KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông thế giới, lợi ích mà nó mang lại là rất lớn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông thế giới, lợi ích mà nó mang lại là rất lớn Đối với khách hàng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể Còn đối với các nhà sản xuất, cung cấp và khai thác mạng, truyền thoại qua mạng Internet mở ra những thách thức mới nhưng cũng hứa hẹn khả năng lợi nhuận đáng kể Đây cũng là một bước đột phá trong việc tiến tới một xu thế mạng viễn thông mới Công nghệ VoIP

có rất nhiều ưu điểm như: giảm cước phí dịch vụ thoại đường dài; hỗ trợ nhiều cuộc gọivới băng tần thấp hơn; nhiều hơn và tốt hơn các dịch vụ nâng cao; sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP… Tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm về bảo mật và kĩ thuật phức tạp

Với tình trạng phát triển nhanh của các dịch vụ mạng, dải địa chỉ IPv4 đang ngày càng cạn kiệt, VoIP không thể phát huy hết sức mạnh vốn có của nó Để tận dụng hết những ưu điểm của truyền thoại qua mạng Internet đồng thời giải quyết được nhược điểm của cả VoIP thế hệ cũ và IPv4, thì việc nghiên cứu và thử nghiệm truyền thoại quaIPv6 đã được rất nhiều công ty, tổ chức trên thế giới chú ý Ở Việt Nam dù vẫn còn nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng và nguồn lực song không thể nằm ngoài xu thế phát triểnchung đó của thế giới

Đà Nẳng, tháng 11 năm 2011

Sinh viên : Nguyễn Kim Hải

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt Từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt

VOIP Voice over Internet Protocol Hình thức truyền thoại qua Internet TCP/IP Transport control protocol /

Internet protocol

Giao thức truyền và sửa lỗi đối với Các dữ liệu.

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại công cộng

SIP Session Inititation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

PBX Private Branche Xchange Tổng đài chi nhánh riêng

RTP Real Time Transport Protocol Vận chuyển thời gian thực

RTCP Real Time Transport control

Protocol

Điều khiển truyền thời gian thực

RSVP Reservation Protocol Giao thức giữ trước tài nguyên TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tin

IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6

GSM Global System for Mobie Hệ thống toàn cấu cho điện thoại

di động

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Tiêu chuẩn viễn thông châu âu

ISDN Integrated Service Digital

Network

Mạng dịch vụ tích hợp số

DSL Digital Subcribe Line Đăng ký kỹ thuật số dòng

OAM Operation And Maintenance

Management

Vận hành quản lý và bảo dưỡng

DTMF Dual Tone Multi Frequency

RAS Registration Admission And

Status

Tình trạng đăng nhập

HTTP Hypertext Tranfer Protocol Giao thức chuyển siêu văn bản IETF Internet Engineering Task Force Nhiệm vụ kỹ thuật Internet

SDP Sesion Descripion Protocol Phiên bản mô tả giao thức

SMTP Simple Mail Tranfer Protocol Di chuyển giao thức đơn giản ITU International Telecommunication

Union

Liên đoàn viễn thông quốc tế

OSP Operator Station Test Nhà điều hành trạm thử nghiệm

NAT Network Address Translation Công nghệ thay thế địa chỉ

MAC Media Access Control Kiểm soát truy cập phương tiện

truyền thông

ISP Internet Service Provider Cung cấp dịch vụ Internet

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ RFC Request For Comments Tài liệu chuẩn cho Internet

DAD Duplicate Address Detection Dò tìm địa chỉ trùng lặp

ICMP Internet Control Manager ment

Protocol

Chữa giao thức quản lý Internet

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình địa chỉ động

MTU Maximum Transmition Unit Đơn vị tối đa có thể truyền đượcAPI application programming interface giao diện lập trình ứng dụng

ATM asynchronous transfer mode phương thức truyền dẫn không đồng bộ

B-ISDN broadband ISDN Mạng số đa dịch vụ băng rộng

CoS Corporation for Open Systems Tập đoàn các hệ thống mở

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động

HLR Home Location Register Đăng kí vị trí nội vùng

IAX interexchange carrier nhà khai thác liên tổng đài

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

1.1 Một số khái niệm cơ sở

1.1.1 Khái niệm chuyển mạch

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho

người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Nói cách khác, chuyển

mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và

chức năng chuyển tiếp thông tin

1.1.2 Hệ thống chuyển mạch

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút mạng, trong mạng

chuyển mạch kênh các nút mạng thường được gọi là hệ thống chuyển mạch

(Tổng đài), trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến(Bộ định tuyến) Trong một số mạng đặc biệt, phần tử thực hiện nhiệm vụ

chuyển mạch có thể vừa đóng vai trò thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trò chuyển mạch và chuyển tiếp thông tin

1.1.3 Phân loại chuyển mạch

Các hệ thống chuyển mạch cấu thành mạng chuyển mạch, ta có hai dạng

mạng chuyển mạch cơ bản: Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch

gói Tuy nhiên, dưới góc độ truyền và xử lý thông tin, chuyển mạch còn có thể

phân thành bốn kiểu: chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào.

Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh) chỉ định riêng cho kết nối trước khi quá trình truyền thông thực hiện Như vậy, quá trình chuyển mạch được chia thành 3 giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng Đểthiết lập, giải phóng và điều khiển kết nối, mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ thuật báo hiệu để thực hiện như một thành phần bắt buộc

Ngược lại với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, dựa trên nguyên tắc phân chia các lưu lượng dữ liệu thành các gói tin và truyền đi trên mạng chia sẻ, mỗi gói tin là một thực thể độc lập chứa các thông tin cần thiết cho quá trình xử lý thông tin trên mạng Các giai đoạn thiết lập, truyền và giải phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian và quyết định đường đi được xác lập bởi thông tin trong tiêu đề gói tin

1.1.4 Kỹ thuật lưu lượng TE

Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) được coi là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong khung làm việc của hạ tầng mạng viễn thông Mục đích của kỹ thuật lưu lượng là để cải thiện hiệu năng và độ tin cậy của cáchoạt động của mạng trong khi tối ưu các nguồn tài nguyên và lưu lượng Nói cách khác, TE là công cụ sử dụng để tối ưu tài nguyên sử dụng của mạng bằng phương pháp kỹ thuật để định hướng các luồng lưu lượng phù hợp với các tham số ràng buộc tĩnh hoặc động Mục tiêu cơ bản của kỹ thuật lưu lượng là cân bằng và tối ưu các điều khiển của tải và tài nguyên mạng thông qua các thuật toán và giải pháp kỹ thuật

1.1.5 Báo hiệu trong mạng viễn thông

Báo hiệu sử dụng các tín hiệu để điều khiển truyền thông, trong mạng viễnthông báo hiệu là sự trao đổi thông tin liên quan tới điều khiển, thiết lập các kếtnối và thực hiện quản lý mạng Các hệ thống báo hiệu có thể phân loại theo đặctính và nguyên tắc hoạt động gồm: Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng, báo hiệu đường và báo hiệu thanh ghi, báo hiệu kênh liên kết và báo hiệukênh chung, báo hiệu bắt buộc, v v Các thông tin báo hiệu được truyền dưới dạng tín hiệu điện hoặc bản tin Các hệ thống báo hiệu trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network) được đánh số từ No1-No7

1.1.6 Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng B-ISDN

Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng có nhiệm vụ cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định hoặc bán cố định, các cuộc nối từđiểm tới điểm hoặc từ điểm tới đa điểm và cung cấp các dịch vụ yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc các dịch vụ yêu cầu cố định Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện, đơn phương tiện, theo kiểu hướng liên kết hoặc phi liên kết và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng

1.2 Các tổ chức tiêu chuẩn

Các tiêu chuẩn cho phép các nhà cung cấp thiết bị phát triển các sản phẩm theo một tập các đặc tính chung và người sử dụng cũng như các nhà cung cấp dịch vụ có thể lựa chọn được các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp

Hệ thống tiêu chuẩn được chia thành hai loại: Tiêu chuẩn thực tế và tiêu chuẩn pháp lý Tiêu chuẩn thực tế được phát triển bởi một nhà cung cấp thiết bịhoặc một nhóm các nhà cung cấp được chấp thuận bởi các tổ chức tiêu chuẩn Tiêu chuẩn pháp lý được lập bởi thỏa thuận chung giữa các tổ chức tiêu chuẩn Quốc gia hoặc Ủy ban tiêu chuẩn Quốc tế Các tiêu chuẩn liên quan tới lĩnh vực chuyển mạch thuộc về cả hai loại tiêu chuẩn trên, nhưng tập trung chủ yếu trong hệ thống tiêu chuẩn pháp lý Dưới đây là một số tổ chức tiêu chuẩn và diễn đàn chính

1.2.1 Liên minh viễn thông Quốc tế ITU

Liên minh viễn thông Quốc tế ITU (International Telecommunication Union) là một tổ chức liên chính phủ gồm có các Quốc gia thành viên và Thành viên lĩnh vực Liên minh viễn thông Quốc tế ITU gồm 3 lĩnh vực chính: Lĩnh vực thông tin vô tuyến ITU-R (Radiocommunication); Lĩnh vực tiêu chuẩn hóa viễn thông ITU-T (Telecommunication Standardization); Lĩnh vực phát triển viễn thông ITU-D (Development)

ITU-T được tổ chức bởi 15 nhóm nghiên cứu kỹ thuật và đưa ra các tiêu chuẩn dưới dạng khuyến nghị Các khuyến nghị của ITU-T trong series Q liên quan tới báo hiệu và chuyển mạch Ví dụ, Q.2931 mô tả thủ tục báo hiệu sử dụng để thiết lập kênh ảo điểm-điểm qua giao diện người sử dụng-mạng trong môi trường ATM

1.2.2 Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO

Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO (International Organization for

Standardization) gồm các Ủy ban tiêu chuẩn của các Quốc gia Nhiệm vụ của

tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO là xúc tiến việc tiêu chuẩn hóa và các hoạt động liên quan trên toàn cầu nhằm tạo điều kiện thuận tiện trong trao đổi hàng hóa và dịch vụ, phát triển sự hợp tác trên nhiều lĩnh vực Tiêu chuẩn ISO đưa

ra các tiêu chuẩn hóa bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật, trong lĩnh vực viễn thông mô hình hệ thống kết nối hệ thống mở OSI là một tiêu chuẩn phổ biến của ISO ISO hợp tác với Ủy ban điện tử Quốc tế IEC (International

Electronical Commission) để phát triển các tiêu chuẩn trong mạng máy tính và lập ra Ủy ban liên kết kỹ thuật JCT1 để phát triển các tiêu chuẩn trong lĩnh vựccông nghệ thông tin

1.2.3 Viện kỹ thuật điện và điện tử IEEE

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering) là cộng đồng chuyên gia kỹ thuật lớn nhất trên thế giới phát triển các tiêu chuẩn trong lĩnh

vực điện-điện tử và máy tính thông qua hiệp hội tiêu chuẩn IEEE-SA

(Standards Association)

1.2.4 Tổ chức đặc trách kỹ thuật Internet IETF

IETF (Internet Engineering Task Force) là một cộng đồng mở Quốc tế củacác nhà thiết kế mạng, điều hành mạng, các nhà cung cấp thiết bị và các nhà nghiên cứu liên quan tới sự phát triển của kiến trúc Internet Một số vùng chức năng cơ bản của IETF như: Ứng dụng, Internet, quản lý mạng, các yêu cầu điều hành, định tuyến, bảo mật, truyền tải và dịch vụ người sử dụng

1.2.5 Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) là tổ chức tiêu chuẩn hóa viễn thông, phi lợi nhuận và độc lập của châu Âu cũng như của thế giới Mục tiêu của ETSI nhằm hỗ trợ quá trình tiêu chuẩn hóa trong lĩnh vực viễn thông, công nghệ thông tin và truyền thông toàn cầu thông qua các diễn đàn, tạo điều kiện cho các thành viên chủ chốt đóng góp ý kiến xây dựng các tiêu chuẩn

1.2.6 Diễn đàn chuyển mạch đa phương tiện MSF

MSF (The Multimedia Switching Forum) cung cấp các tiêu chuẩn cho chuyển mạch đa dịch vụ dựa trên nền tảng ATM, hỗ trợ các kiểu dịch vụ gồm các dịch vụ IP và dịch vụ ATM cũng như là các dịch vụ khác

1.2.7 Diễn đàn IP/MPLS

Diễn đàn IP/MPLS là một tổ chức Quốc tế phi lợi nhuận của các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp thiết bị, các trung tâm đo kiểm và người dùng xí nghiệp Mục tiêu của diễn đàn tập trung vào các giải pháp phát triển và ứng dụng trên hạ tầng công nghệ IP/MPLS

1.3 Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch

Vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện

tử số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính Tổng đài điện

tử số công cộng đầu tiên ra đời được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control) Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương mại điện tử số ra đời Một trong những tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT-Alcatel được sử dụng tại Pháp Năm 1976 Bell giới thiệu tổng đài điện tử số công cộng 4ESS Năm 1980 tổng đài DMS100 của Northem Telecom dùng toàn bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới Hệ thống 5ESS của hãng AT&T đưa vào năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch 4ESS và đã có cácchức năng tương thích với các dịch vụ mạng số tích hợp dịch vụ ISDN

(Integrated Service Digital Network)

Khoảng năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới côngnghệ thông tin, nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội tụ các mạng máy tính, truyền thông, điều khiển Hạ tầng mạng viễn thông đã trở thành tâm điểm quan tâm trong vai trò hạ tầng xã hội Một mạng

có thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại, tốc độ cao

và đảm bảo được chất lượng dịch vụ QoS (Quality Of Service) đã trở thành cấpthiết trên nền tảng của một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) Các hệ thống chuyển mạch điện tử số cũng phải dần thay đổi theo hướng này cùng với các chỉ tiêu kỹ thuật, giao thức mới Một ví dụ điển hình là các hệ thống chuyển mạch kênh khi cung cấp các dịch vụ Internet sẽ có độ tin cậy khác so với các cuộc gọi thông thường vớithời gian chiếm dụng cuộc gọi lớn hơn rất nhiều Sự thay đổi của hạ tầng mạngchuyển đổi sang mạng thế hệ sau NGN đã và đang tác động rất lớn tới các hệ thống chuyển mạch, sau đây trình bày một số vấn đề liên quan tới mạng NGN

và các đặc điểm của quá trình hội tụ mạng của hạ tầng mạng công cộng Mạng chuyển mạch kênh công cộng PSTN và IP (Internet Protocol) đang dần hội tụ tới cùng một mục tiêu nhằm hướng tới một hạ tầng mạng tốc độ cao có khả năng tương thích với các ứng dụng đa phương tiện tương tác và đảm bảo chất lượng dịch vụ Hình 1.1 chỉ ra xu hướng hội tụ trong hạ tầng mạng công cộng:

Hình 1.1 Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng

Từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cận sang phương thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiện và QoS, sau đó chuyển hướng sang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiện nay Trong khi đó Internet đưa ra một tiếp cận hơi khác với PSTN qua giải pháp triển khai kiến trúc phân lớp dịch vụ CoS (Class Of Service) và hướng tớiđảm bảo chất lượng dịch vụ QoS thông qua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ

và phân biệt dịch vụ DiffServ, các chiến lược của Internet theo hướng tương thích với IP, mạng quang và hướng tới mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switch) Công nghệ

chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời vào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp hai phương thức chuyển mạch hướng kết nối (ATM, FR) với công nghệ chuyển mạch phi kết nối (IP).

Trong môi trường mạng hiện nay, sự phân cấp hệ thống thiết bị biên (nội hạt), thiết bị quá giang và thiết bị lõi trong mạng cung cấp các dịch vụ PSTN vẫn đang tồn tại Các mạng bao trùm như FR, ATM và Internet đang được triểnkhai song song và tạo ra nhu cầu kết nối liên mạng Các truy nhập cộng thêm gồm cáp đồng, cáp quang và truy nhập không dây đang được triển khai làm đa dạng và tăng mật độ truy nhập từ phía mạng truy nhập

Sự tăng trưởng của các dịch vụ truy nhập đã tạo nên sức ép và đặt ra 3 vấn

đề chính đối với hệ thống chuyển mạch băng rộng đa dịch vụ: Truy nhập băng thông rộng, sự thông minh của thiết bị biên và truyền dẫn tốc độ cao tại mạng lõi

Với môi trường mạng PSTN trước đây, các thiết bị lõi mạng chịu trách nhiệm chính trong điều hành và quản lý và điều này được thay đổi chức năng cho các thiết bị gờ mạng trong môi trường NGN

Các hệ thống chuyển mạch phải có độ mềm dẻo lớn nhằm tương thích và đáp ứng các yêu cầu tăng trưởng lưu lượng từ phía khách hàng Vì vậy, cơ chế điều khiển các hệ thống chuyển mạch đã được phát triển theo hướng phân lớp

và module hóa nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối Hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS (Call Server) và hướngtriển khai phân hệ đa dịch vụ IP (IMS) được trình bày dưới đây chỉ ra những sựthay đổi lớn trong lịch sử phát triển hệ thống chuyển mạch

1.3.1 Chuyển mạch mềm và hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS

Hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS được hình thành trong quá trình chuyển đổi các hạ tầng mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói trong mạng PSTN Để thực hiện quá trình chuyển đổi và truyền thoại trên nền IP, một giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bị lai có thể chuyển mạch thoại

ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi Thiết bị

bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC (Media Gateway Controller) được coi

là thành phần mấu chốt trong giải pháp kỹ thuật chuyển mạch mềm Softswitch.Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng đa phương tiện MG (Media Gateway), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC

Chuyển mạch mềm thực hiện các chức năng tương tự chuyển mạch kênh truyền thống nhưng với năng lực mềm dẻo và tính năng ưu việt hơn Các ưu

điểm của chuyển mạch mềm mang lại là do việc chuyển mạch bằng phần mềm dựa trên cấu trúc phân tán và các giao diện lập trình ứng dụng mở.

Trong chuyển mạch truyền thống, phần cứng chuyển mạch luôn đi kèm với phần mềm điều khiển của cùng một nhà cung cấp Điều này làm tăng tính độc quyền trong việc cung cấp các hệ thống chuyển mạch, không cung cấp mộtmôi trường kiến tạo dịch vụ mới, làm giới hạn khả năng phát triển các dịch vụ mới của các nhà quản trị mạng Khắc phục điều này, chuyển mạch mềm đưa ra giao diện lập trình ứng dụng mở API (Application Programable Interface), cho phép tương thích phần mềm điều khiển và phần cứng của các nhà cung cấp khác nhau

Chuyển mạch mềm được xây dựng trên cơ sở mạng IP, xử lý thông tin một cách trong suốt, cho phép đáp ứng nhiều loại lưu lượng khác nhau Được xây dựng theo cấu hình phân tán, tách các chức năng khác khỏi chức năng chuyển mạch cũng làm cho nhiệm vụ chuyển mạch trở nên đơn giản hơn và do

đó năng lực xử lý mạnh mẽ hơn Công nghệ chuyển mạch mềm làm giảm tính độc quyền của các nhà cung cấp, góp phần tăng tính cạnh tranh và do đó giảm giá thành của hệ thống chuyển mạch mềm

1.3.2 Hướng tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP (IMS)

Để thực hiện hội tụ giữa mạng di động với mạng cố định theo hướng IP hóa hoàn toàn, mạng thế hệ kế tiếp NGN ứng dụng tới mạng 3G trong nhiều cách Vào năm 2000, 3GPP (3rd Generation Partnership Project) đã thiết lập các đặc tính của WCDMA R4 (Wireless Code Division Multiple Access

Release 4), đó là lần đầu tiên đưa ra khái niệm chuyển mạch mềm vào trong hệ thống mạng lõi di động Sự thay đổi này ảnh hưởng tới kiến trúc mạng, các giao diện mạng, sự phát triển của các dịch vụ trong hệ thống thông tin di động hướng sự phát triển của 3G tới NGN NGN và 3G đưa ra rất nhiều giao thức 3G và NGN không chỉ cung cấp các dịch vụ như thoại mà còn là các dịch vụ

đa phương tiện thông qua các giao diện dịch vụ mở

1.4 Vai trò và vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông

1.4.1 Các thành phần của mạng viễn thông (Telecommunications network)

Là một tập hợp bao gồm các nút mạng và các đường truyền dẫn kết nối giữa hai hay nhiều điểm xác định để thực hiện các cuộc trao đổi thông tin giữa chúng Mạng viễn thông cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ viễn thông chokhách hàng, từ những dịch vụ truyền thống như điện thoại, Fax, truyền số liệu cho đến các dịch vụ mới như Internet, VOD, thương mại điện tử, …

1.4.1.1 Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng để giao tiếp với mạng cung cấp dịch vụ Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (ví dụ như máy điện thoại, máy fax, …) Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành các tín hiệu điện và ngược lại

1.4.1.3 Thiết bị truyền dẫn

Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác.Thiết bị truyền dẫn được phân loại thành thiết bị truyền dẫn thuê bao, nối thiết bị đầu cuối với một tổng đài nội hạt, và thiết bị truyền dẫn chuyển tiếp, nối giữa các tổng đài Dựa vào môi trường truyền dẫn, thiết bị truyền dẫn có thể được phân loại gồm thiết bị truyền dẫn hữu tuyến sử dụng cáp kim loại, cápsợi quang và thiết bị truyền dẫn vô tuyến sử dụng không gian làm môi trường truyền dẫn

1.4.2 Vai trò của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông

Hệ thống chuyển mạch (tổng đài, Node chuyển mạch) có chức năng chính

là thiết lập đấu nối giữa thiết bị đầu cuối phát với thiết bị đầu cuối thu dựa vào địa chỉ mạng (số thuê bao) Hệ thống chuyển mạch được đặt ở các vị trí nút mạng Nó bao gồm tập hợp các phương tiện kỹ thuật để thực hiện việc thu, xử

lý và phân phối các thông tin chuyển tới từ các kênh thông tin kết nối với hệ thống chuyển mạch

Các chức năng được thực hiện bởi một hệ thống chuyển mạch, hay một phân hệ của nó cung cấp các tính năng dịch vụ cho khách hàng Khi hạ tầng

mạng thay đổi, việc thiết kế các hệ thống chuyển mạch càng trở nên phức tạp hơn để có thể cung cấp các phương tiện bổ sung cho phép các mạng có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ phong phú và chất lượng tới khách hàng và giúp cho việc vận hành cũng như bảo dưỡng trở nên dễ dàng hơn.

Mặc dù các hệ thống chuyển mạch hiện đại có phức tạp nhưng nó vẫn thựchiện đầy đủ các chức năng cơ bản của một hệ thống chuyển mạch Hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông đã trở thành một thành phần phức tạp nhất, tập trung cao nhất hàm lượng công nghệ hiện đại, hàm lượng chất xám vàhàm lượng các chức năng xử lý thông tin

1.4.3 Vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông

1.4.3.1 Vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng PSTN

Hình 1.3 Vị trí của tổng đài trong mạng PSTN

GW : Gateway – Tổng đài quốc tế

TE : Transit Exchange – Tổng đài chuyển tiếp quốc gia

HLE : Host Local Exchange – Tổng đài nội hạt

REL : Remote Local Exchange – Tổng đài xa (Tổng đài vệ tinh

Sub : Subcriber – Thuê bao

Mạng PSTN là mạng viễn thông công cộng được chuẩn hóa do ITU, công nghệ nền tảng là công nghệ chuyển mạch kênh Hệ thống chuyển mạch được đặt tại các node mạng và được gọi là tổng đài Tùy theo vị trí, chức năng của tổng đài mà trong mạng phân chia thành các loại:

 Tổng đài cổng quốc tế

 Tổng đài chuyển tiếp vùng Toll

 Tổng đài chuyển tiếp nội hạt Tandem

 Tổng đài nội hạt Local

1.4.3.2 Vị trí của các hệ thống chuyển mạch trong mạng GSM

Chức năng chuyển mạch chính trong mạng thông tin di động toàn cầu GSM được thực hiện bởi hệ thống con chuyển mạch (SS) Nó bao gồm một số các khối chức năng:

Tổng đài chuyển mạch trung tâm MSC: Thực hiện các công việc liên quanđến thiết lập/giải phóng cuộc gọi, quản lý thuê bao, đấu nối với các mạng khác

để thực hiện các cuộc gọi liên mạng MSC quản lý các BTS và được trang bị các cơ sở dữ liệu cho phép nhanh chóng cập nhật các thông tin về thuê bao, vị trí thuê bao để có các đáp ứng phù hợp (HLR, VLR)

Tổng đài chuyển mạch cửa ngõ GMSC: Kết nối với các mạng khác như mạng điện thoại cố định hay mạng Internet GMSC thực hiện điều khiển các cuộc gọi từ mạng di động vào mạng điện thoại cố định và ngược lại

Hình 1.4 Vị trí của tổng đài trong mạng GSM

1.4.3.3 Vị trí của các hệ thống chuyển mạch trong mạng NGN

Hình 1.5 Cấu trúc mạng NGNCông nghệ nền tảng của NGN là chuyển mạch gói, vì vậy các hệ thống chuyển mạch trong mạng NGN là các thiết bị định tuyến Router Các khối trong tổng đài hiện nay được phân chia thành các lớp mạng riêng lẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.

Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch PSTN đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch Sự thông minh đó nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm hay bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller) hay tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới

Đặc điểm của NGN

Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) thay thế các thiết bị chuyển mạch phần cứng (Hardware) cồng kềnh Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ Softswitch được ví như

“trái tim” của NGN

Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động Các loại tín hiệu được truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS

Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: mạng truyền dẫn quang với công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

2.4 Cấu trúc NGN

Hình 1.6 Cấu trúc lớp mạng của NGNCấu trúc NGN bao gồm 5 lớp chức năng:

 Lớp truy nhập dịch vụ (service access layer)

 Lớp truyền tải dịch vụ (service transport/core layer)

 Lớp điều khiển (control layer)

 Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer)

 Lớp quản lý (management layer)

Lớp truy nhập dịch vụ: Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các kết

nối với các thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định …)

Lớp truyền tải dịch vụ: Bao gồm các nút chuyển mạch (AMT+IP) và các

hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết

bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển

Lớp điều khiển: Bao gồm các hệ thống điều khiển nối cuộc gọi giữa các

thuê bao qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (AMT+IP) của lớp truyền tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển

Lớp ứng dụng/dịch vụ: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ

mạng thông minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia

tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển … Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này.

Lớp quản lý: Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên Các chức năng

quản lý được chú trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh

2.5 Các thành phần của NGN

Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp chức năng và các thành phần chínhcủa NGN được mô tả trong hình 2.2

Hình 1.7 Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN

Theo hình 2.2 ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của mạng trục Thiết bị quan trọng nhất của NGN là Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi là mạng lõi) Softswitch điềukhiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức Hình 2.3 liệt kê chi tiết các thành phần NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến mạng công cộng (PSTN)

Hình 1.8 Các thành phần chính trong NGN

Thiết bị Softswitch: Là thiết bị đầu não trong mạng NGN Nó làm nhiệm

vụ điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc xuyên qua nhiều mạng khác (PSTN, ISDN) Softswitch còn được gọi là Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway Controller – MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông MediaGateway)

Thiết bị Softswitch có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway) Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:

 Ngang hàng (peer-to-peer): Giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao thức sử dụng là BICC hay SIP

 Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway, giao thức sử dụng là MGCP hay Megaco/H.248

Cổng truyền thông: Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG-Media

Gateway) là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói(packet), hoặc từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén

dữ liệu MG cung cấp phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax

và hình ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng IP

Cổng truy nhập: Cổng truy nhập (AG – Access Gateway) là một dạng của

MG Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL

và giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM Trong NGN, cổng truy nhập

được điều khiển từ Softswitch qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248 Lúc này, lưu lượng thoại từ thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP.

Cổng báo hiệu: Cổng báo hiệu (Signalling – Gateway – SG) đóng vai trò

như cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 – Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị Softswitch trong mạng IP Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn MG điều khiển các

mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7

Mạng trục IP: Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ

ATM hoặc MPLS Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai

xu hướng Các dịch vụ và ứng dụng trên NGN được quản lý và cung cấp bởi

các máy chủ dịch vụ (server) Các máy chủ này hoạt động trong mạng thông

minh (IN – Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ VoIP 2.1 Khái niệm VoIP :

VoIP (viết tắt của Voice over Internet Protocol – nghĩa là “truyền giọng nói trên

giao thức IP”) là truyền tiếng nói của con người (thoại) qua mạng thông tin sử dụng bộ giao thức TCP/IP

Hình 2.1: mã hóa âm thanh

VoIP là một công nghệ mà cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thông rộng thay

vì dùng đường dây điện thoại tương tự (analog)

VoIP cho phép thực hiện cuộc dùng máy tính qua mạng dữ liệu như Internet VoIP chuyển đổi tín hiệu thoại từ điện thoại tương tự analog vào tín hiệu số (digital) trước khitruyền qua Internet, sau đó chuyển đổi ngược lại ở đấu nhận Khi tạo một cuộc gọi VoIPdùng điện thoại với một bộ điều hợp, chúng ta sẽ nghe âm mời gọi, quay số sẽ xảy ra sau tiến trình này VoIP có thể cũng sẽ cho phép tạo một cuộc gọi trực tiếp từ máy tính dùng loại điện thoại tương ứng hay dùng microphone

VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vì phải đượctruyền qua mạng PSTN

Hình 2.2 Mô hình truyền thoại qua IP

Nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hóa tín hiệu tiếng nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu

Để thực hiện việc này, điện thoại IP thường được tích hợp sẵn các nghi thức báo hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP ( IP PBX ) của doanh nghiệphay của nhà cung cấp dịch vụ Điện thoại IP có thể ở dạng như một điện thoại thông thường ( chỉ khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đường dây thì điện thoại IP nối

trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet ) hoặc phần mềm thoại (soft-phone) cài trên

IPv4, IPv6

Hình 2.3 cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP

2.2 Đặc điểm của điện thoại IP và mạng VoIP:

 Giảm chi phí cuộc gọi:

Ưu điểm nổi bật của điện thoại IP so với dịch vụ điện thoại hiện

tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ với chất lượng

chấp nhận được

 Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong điện thoại IP,

tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể đi trên cùng một mạng

IP

 Khả năng mở rộng: Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ thống kín,

thì rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng

Internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới Chính tính mềm dẻo đó mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mở rộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống

 Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói thông tin

trong mạng IP truyền đến đích mà không cần một sự thiết lập kênh nào Gói tin chỉ cần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể đến được đích

 Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh tài nguyên băng

thông cung cấp cho một cuộc thoại là cố định, nhưng trong điện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều

 Nhiều tính năng dịch vụ: Cho biết thông tin về người gọi tới hay một thuê

bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất

 Khả năng multimedia: Trong một cuộc gọi người sử dụng có thể vừa nói

chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia…

Tuy nhiên công nghệ IP cũng có những hạn chế như:

 Kỹ thuật phức tạp: Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được cần phải có

một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe như: tỉ số nén lớn,

tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder-bộ mã hóa và giải mã)

phải đủ nhanh Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới để có tốc độ cao hơn và có cơ chế thực hiện chức năng

QoS (Quality of Service-chất lượng dịch vụ).

 Vấn đề bảo mật: Mạng Internet là mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp, trong

đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng

 Ngoài ra: VoIP có thể gặp những vấn đề như không thể sử dụng được dịch

vụ khi cúp điện, không thể kết nối đến các dịch vụ khẩn như: cấp cứu, báo cháy

) Ứng dụng của VoIP:

+ Internet Telephone: là thiết bị giống như điện thoại thông thường nhưng có

thể kết nối vào mạng máy tính đồng thời có thể hỗ trợ hoặc không hỗ trợ kết nối vàomạng điện thoại công cộng PSTN Internet Telephone còn có khả năng truyền và nhận tín hiệu âm thanh trực tiếp từ các mạng số liệu

+ Gateway IP – PSTN: Để có thể sử dụng mạng VoIP với mạng điện thoại

công cộng PSTN thì gateway IP – PSTN là một cổng kết nối cho phép trao đổi các thông tin trên hai mạng Gateway có thể trực tiếp hai mạng nói trên hoặc có thể sử dụng kết hợp với các PBX Gateway IP – PSTN có hai giao diện chính đó là: giao diện với mạng PSTN và giao diện với mạng Internet

+ Các ứng dụng mở rộng: Trên cơ sở gateway IP – PSTN, chúng ta có thể phát

triển thiết kế gateway IP – mobile để có thể trực tiếp trao đổi thông tin giữa mạng di động với mạng Internet Ngoài ra có thể phát triển các ứng dụng VoIP như truyền hình hội thảo hay điện thoại có hình

2.3 Các hình thức truyền thoại qua IP

2.3.1 Mô hình PC to PC

Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một

microphone, một speraker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua

modem hoặc card mạng Mỗi máy tính được cung cấp một địa chỉ IP và hai máy tính, vậy là đã có thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet

2.3.2 Mô hình PC to phone

Mô hình PC to phone là một mô hình được cái tiến hơn so với mô hình PC to

PC Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi đến mạng PSTN thông thường và ngược lại

2.3.3Mô hình phone to phone

Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to phone, sử dụng Internet làm phươngtiện liên lạc giữa các mạng PSTN

2.4 Cơ chế làm việc của VoIP:

Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó là những tín hiệu analog Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số dùng thuật toán đặc biệt để chuyển đổi

2.4.1 Số hóa tín hiệu Analog:

Biểu diễn tín hiệu tương tự thành dạng số là công việc khó khăn Vì bản thân dạng

âm thanh như giọng nói con người ở dạng analog do đó cần một số lượng lớn các giá trịdigital để biểu diễn biên độ, tần sốvà pha, chuyển đổi những giá trị đó thành dạng số nhịphân là rất khó khăn Cần thiết cần có cơ chế dùng để thực hiện sự chuyển đổi này và kết quả của sự phát triển này là sự ra đời của những thiết bị được gọi là codec hay là thiết bị mã hóa và giải mã

2.4.2 Lấy mẫu (Sampling):

Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10Khz Tuy nhiên, hầu hết năng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này Do đó để tiết kiệm băng thông trong các hệ thống truyền được ghép kênh theo FDM và cả TDM Các kênh điện thoại thường giới hạn băng tần trong khoảng từ 300 đến 3400Hz Tuy nhiên trong thực tế sẽ có một ít năng lương nhiễu được chuyển qua dưới dạng các tần số cao hơn tần số hiệu dụng 3400Hz Vì thế phổ tẩn số có thể được mở rộng đến 4Khz

2.4.3 Lượng tử hoá (Quantization):

Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác cho mỗi mẫu được lấy Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với biên độ (theochiều cao) của mẫu Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối với biên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượt mỗi mẫu sẽ được so sánh với một tập hợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp xỉ với nó Qui định rằng tất cả các mẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử được xem có cùng giá trị Sau đó giá trị gán được dùng trong hệ thống truyền Sự phục hồi hình dạng tín hiệu ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại

2.4.4 Mã hóa (Encoding):

Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức hay giá trị Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu Bảy bít còn lại biểu diễn cho độ lớn; bit đầu tiên chỉ nửa trên hay nửa dưới của dãy, bit thứ hai chỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại Dùng bướcthứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông Với tùy chọn này thì một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi đồng thời

2.4.5 Nén giọng nói(Voice Compression):

Mặc dù kĩ thuật mã hóa PCM 64 Kps hiện hành là phương pháp được chuẩn hóa, nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt Các phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM, nhờ đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số Chắc hẳn, các mã hóa tốc

độ thấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và méo tần số

2.4.6 Packetizing voice:

Mỗi khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia thành

những phần nhỏ, để đặt vào gói IP, VoIP thì không hiệu quả cho những gói tin

nhỏ, trong khi những gói tin lớn thì tạo ra nhiều độ trễ, do ảnh hưởng của vài loại header mà kích thước của dữ liệu thoại (voice data ) cũng sẽ ảnh hưởng Số lượng

dữ liệu thoại bên trong gói tin cần cân bằng giữa sự hiệu quả trong sử dụng băng

thông và chất lượng của cuộc thoại

2.5 Các vấn đề chất lượng của VoIP:

Đòi hỏi cơ bản nhất của hệ thống VoIP là phải có chất lượng thoại tương

đương với chất lượng thoại trong mạng PSTN Có 3 tham số chính quyết định chấtlượng thoại đó là : trễ, trượt và mất gói

Chất lượng như nói chuyện trực tiếp

Chất lượng điện thoại

Có thể hiểu được ý nhưng chất lượng chưa tốt lắm

Không hiểu hết từ nhưng hiểu ý của người nói

Không hiểu được từ và ý của người nói

Hình 2.4 Các mức độ đánh giá chất lượng thoại

 Trễ (Delay):

Trễ là một nhân tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại, thời gian trễ lớn làm giảmchất lượng thoại rất nhiều Thời gian trễ được phân chia thành 2 loại là thời gian trễ cố định (như thời gian trễ truyền dẫn) và trễ biến đổi (như thời gian trễ do xếp hàng đợi ở

router) Yêu cầu giảm trễ là rất cần thiết trong hệ thống VoIP để có thể nâng cao chất lượng dịch vụ.

 Trượt (Jitter):

Trượt là sự chênh lệch về thời gian đến của các gói trong mạng gây ra do sự chênh lệch thời gian truyền dẫn của các gói thoại theo các đường khác nhau từ nguồn đến đích Để có thể tái tạo tiếng nói một cách chính xác trung thực thì bên bên thu cần phải loại bỏ Jitter Phương pháp được sử dụng để loại bỏ Jitter hiện đang được sử dụng là dùng bộ đệm

 Mất gói (packet loss):

Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin đều được chuyển giao Yêu cầu tỉ lệ mất gói là nhỏ hơn 10% Để duy trì chất lượng thoại ở múc chấp nhận được mặc dù không thể tránh khỏi các nguyên nhân bất thường trong mạng, một số kỹ thuật

đã được đưa ra Đó là kỹ thuật thay thế các gói tin mất bằng những khoảng im lặng

CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP 3.1.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP :

3.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP :

Theo tiêu chuẩn của tổ chức ETSI, cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể gồm các phần sau:

- Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP

- Mạng xương sống, mạng truy nhập Ip

- Gateway điều khiển phương tiện

- Gateway phương tiện

- Gateway báo hiệu

- Gatekeeper (GK)

- Mạng chuyển mạch (SCN)

- Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng điện thoại SCN

- Các dịch vụ đầu cuối (Back-end service)

3.2 Các thành phần của mạng VoIP:

3.2.1 Thiết bị đầu cuối:

- Một thiết bị đầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP Một thiết bịđầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao khác trong mạng chuyển mạch Các cuộc gọi sẽ được nằm dưới sự giám sát của Gk của thiết bị đầu cuối mà thuê bao đã được đăng ký

3.2.2 Mạng truy nhập IP:

Mạng truy nhập IP cho phép thiết bị đầu cuối, gateway, gatekeeper truy nhập vào mạng IP thông qua cơ sở hạ tầng sẵn có Một vài loại giao diện chuẩn truy nhập IP được sử dụng trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP là:

- Truy nhập PSTN

- Truy nhập ISDN

- Truy nhập LAN

- Truy nhập cáp, DSL

- Truy nhập GSM

Trên đây không phải là tất cả các giao diện truy nhập IP, bởi còn một vài loại khác đang được nghiên cứu để sử dụng trong mạng VoIP Đăc điểm của các giao diện này cóthể gây ảnh hưởng đến chất lượng và tính bảo mật của cuộc gọi VoIP

3.3 Giao thức báo hiệu H.323:

Giao thức H.323 là chuẩn do ITU-T phát triển cho phép truyền thông đa phương tiện qua các hệ thống dựa trên mạng chuyển mạch gói (ví dụ như Internet) H.323 cung cấp nền tảng kĩ thuật cho truyền thoại, hình ảnh, số liệu một cách đồng thời qua mạng

IP, giải quyết các ứng dụng cốt lõi của điện thoại IP H323 bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lý thông tin đa phương tiện, quản lí băng thông, cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác

Hình 3.1 cấu trúc H.323

Hình 3.1 sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323

3.3.1 Giao thức RAS (Registration Admission and Status):

Các bản tin RAS được dùng để trao đổi giữa các đầu cuối và các Gatekeeper cho cácchức năng như tìm Gatekeeper, đăng kí, quản lí băng thông… Kênh báo hiệu RAS đượctải đi trong gói tin UDP mang thông điệp dùng trong quá trình tìm Gatekeeper và đăng ký

3.3.2 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H225 (Q.931):

H225 được dùng để thiết lập liên kết giữa các điểm cuối H323 ( đầu cuối, gateway ),qua liên kết đó dữ liệu thời gian thực sẽ được truyền đi Do yêu cầu tin cậy nên các thông báo của H225 sẽ được truyền đi trong gói tin TCP

3.3.3 Giao thức vận chuyển thời gian thực RTP/RTCP:

 RTP:

Là một thủ tục dựa trên kĩ thuật IP tạo ra các hỗ trợ truyền tải các dữ liệu yêu cầu thời gian thực RTP được coi như một giao thức truyền từ đầu cuối đến đầu cuối (end toend) phục vụ truyền dữ liệu thời gian thực như audio và video