Communication control mechanism in reconfiguration network on chip architectures

NTP Network Time Protocol Giao thức thời gian mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở PPP Point to Point Protocol

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐINH THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ĐIỆN THOẠI THẺ THÔNG MINH 1719 TRÊN NỀN MẠNG NGN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2009

HÀ NỘI - 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐINH THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ĐIỆN THOẠI THẺ THÔNG MINH 1719 TRÊN NỀN MẠNG NGN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS -TS NGUYỄN CẢNH TUẤN

HÀ NỘI – 2009

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

Mục lục

Danh sách hình vẽ

Danh sách Bảng biểu

Danh sách các từ viết tắt

lời nói đầu 1

Chương I CÔNG NGHệ VOIP Và DịCH Vụ ĐIệN THOạI IP 3

1.1 Giới thiệu về công nghệ VoIP 3

1.2 Các hình thức truyền thoại trên mạng IP 4

1.2.1 Mô hình PC to PC 4

1.2.2 Mô hình PC to Phone 5

1.2.3 Mô hình Phone to Phone 5

1.3 Các ứng dụng của điện thoại IP 6

1.4 Lợi ích của điện thoại IP 7

1.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng điện thoại IP 9

1.6 Uu điểm và nhược điểm của điện thoại IP 10

1.7 Các thách thức đối với việc triển khai điện thoại IP 11

Chương II Các Giao thức báo hiệu trong VoIP 12

2.1 Báo hiệu theo chuẩn H.323 13

2.1.1 Giới thiệu chuẩn H.323 13

2.1.2 Cấu trúc H.323 14

2.1.3 Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi 20

2.2 Giao thức điều khiển phiên SIP (Session Initation Protocol) 23

2.2.1 Các thành phần của SIP 24

2.2.2 Các bản tin SIP và mào đầu 25

2.2.3 Hoạt động của SIP 26

2.2.4 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP 27

2.2.5 Tính năng của SIP 29

2.2.6 So sánh H.323 và SIP 30

2.3 Báo hiệu theo giao thức MGCP 32

2.3.2 Thiết lập cuộc gọi 33

2.3.3 So sánh MGCP, SIP và H.323 34

2.4 Giao thức Megaco/H.248 36

2.5 Kết luận 38

Chương III Giải pháp đảm bảo chất lượng thoại trong VoIP40 3.1 Kĩ thuật nén thoại trong VoIP 40

3.1.1 Các kĩ thuật mã hoá thoại 40

3.1.2 Các chuẩn nén thoại 45

3.2 Các biện pháp xử lý khi gói hoá thoại truyền trên mạng IP 46

3.2.1 Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) 48

3.2.2 Sử dụng các gói có kích thước bé 49

3.2.3 Sử dụng gói có các cấp ưu tiên khác nhau 49

3.2.4 Bộ đệm jitter 50

3.2.5 Kỹ thuật nén khoảng lặng 50

3.2.6 Độ ồn nền 51

3.2.7 Triệt tiếng vọng 52

3.3 Các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ bên trong một phần tử mạng 52

3.3.1 Các thuật toán xếp hàng 53

3.3.2 Định hình lưu lượng (Traffic Shapping) 54

3.3.3 Các cơ chế tăng hiệu quả đường truyền 54

3.4 Giao thức báo hiệu QoS 55

Chương VI nghiên cứu triển khai dịch vụ điện thoại thẻ ThÔng minh 1719 trên nền mạng NGN 58

4.1 Mạng viễn thông thế hệ mới NGN 58

4.1.1 Định nghĩa 58

4.1.2 Đặc điểm 59

4.2 Giải pháp mạng SURPASS của SIEMENS 61

4.2.1 Cấu trúc mạng Surpass 61

4.2.2 Các thiết bị trong họ sản phẩm Surpass 67

4.2.3 Trung kế ảo (Virtual Trunking) 76

4.2.4 Giao thức BICC 79

4.2.5 Báo hiệu 81

4.3 Dịch vụ điện thoại thẻ trả trước thông minh 1719 (Calling Card) 82

4.3.1 Giới thiệu dịch vụ 82

4.3.1 Cách sử dụng thẻ 1719 83

4.3.3 Cước dịch vụ 1719 và so sánh với các dịch vụ khác 84

4.4 Cấu trúc mạng dịch vụ 1719 88

4.5 Quá trình thiết lập cuộc gọi 1719 90

4.5.1 Thiết lập cuộc gọi 90

4.5.2 Quá trình thực hiện cuộc gọi chi tiết 91

4.6 Một số vướng mắc khi triển khai dịch vụ thẻ trả trước PPCS 96

4.7 So sánh chất lượng dịch vụ 1719-64Kbps và 1719-8Kpbs 100

4.7.1 Cuộc gọi VoIP 64K 100

4.7.2 Cuộc gọi VoIP 8K 103

4.7.3 Chất lượng thoại 64K 105

4.7.4 Chất lượng thoại 8K 107

4.7.5 Nhận xét 109

4.7 Khảo sát số liệu 1719 thực tế 110

Kết luận 115

Tài liệu tham khảo 116

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Điện thoại thông thường 3

Hình 1.2 Mô hình điện thoại IP 4

Hình 1.3 Mô hình PC to PC 5

Hình 1.4 Mô hình PC to Phone 5

Hình 1.5 Mô hình Phone to Phone dùng điện thoại thường 6

Hình 1.6 Mô hình Phone to Phone dùng IP phone 6

Hình 1.7 Hoạt động của bộ đệm 10

Hình 2.1 Quan hệ giữa các giao thức trong mạng VoIP 12

Hình 2.2 Chồng giao thức H.323 14

Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống H.323 14

Hình 2.4 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal) 15

Hình 2.5 Các cấu hình cơ sở của Gateway 18

Hình 2.6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN 20

Hình 2.7 Báo hiệu trực tiếp - Cùng Gatekeeper 22

Hình 2.8 Cấu trúc SIP 24

Hình 2.9 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP 28

Hình 2.10 MG và MGC 33

Hình 2.11 Thiết lập cuộc gọi A-B 33

Hình 2.12 H.323 Gateway và MGC + MG 34

Hình 2.13 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP 35

Hình 2.14 Cấu trúc giao thức điều khiển cổng Megaco/H.248 36

Hình 3.1 Mô hình chung tạo tiếng nói của Vocoding 42

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp tổng hợp CELP 43

Hình 3.3 Mạch triệt tiếng vọng 52

Hình 3.4 Nén tiêu đề gói thoại 55

Hình 3.5 Quá trình gửi path message 56

Hình 3.6 Quá trình gửi resv message 57

Hình 4.1 Mô hình mạng NGN 58

Hình 4.2 Giải pháp Surpass của Siemens 61

Hình 4.3 Chức năng của các thiết bị Surpass 62

Hình 4.4 Chuyển mạch thế hệ sau 64

Hình 4.5 Truy nhập thế hệ sau 66

Hình 4.6 Các thiết bị trong họ sản phẩm Surpass 67

Hình 4.7 Cấu trúc chức năng hiQ9200 69

Hình 4.8 Sơ đồ khối hiQ9200 70

Hình 4.9 Bộ xử lý chính CP113C 72

Hình 4.10 AMP 72

Hình 4.11 MBD 73

Hình 4.12 CCGE 73

Hình 4.13 Sơ đồ tổng quát hiG1000 74

Hình 4.14 Chế độ dự phòng của hiG1000 74

Hình 4.15 Chế độ dự phòng của mạng lưới 75

Hình 4.16 Cấu trúc khung HiG1000 75

Hình 4.17 Trung kế ảo 77

Hình 4.18 Mô hình cuộc gọi trung kế ảo cơ bản 77

Hình 4.19 Modem over IP 78

Hình 4.20 Truyền Fax qua IP 79

Hình 4.21 Truyền dữ liệu ISDN qua IP 79

Hình 4.22 BICC 80

Hình 4.23 BICC trong mô hình cuộc gọi phone to phone 81

Hình 4.24 Báo hiệu trong mạng NGN 81

Hình 4.25 Cấu trúc mạng dịch vụ 1719 89

Hình 4.26 Sơ đồ thiết lập cuộc gọi 90

Hình 4.27 Cuộc gọi Prepaid Card Service 1719 91

Hình 4.28 Cuộc gọi VoIP trả trước 94

Hình 4.29 Cuộc gọi qua mạng PSTN 95

Hình 4.30 Cuộc gọi nội tỉnh 96

Hình 4.31 Cuộc gọi từ thuê bao trong Nam đến một thuê bao ngoài Bắc 97

Hình 4.32 Cấu hình giải pháp của Siemens 98

Hình 4.33 Cấu hình đo cuộc gọi VoIP 64K-64K 101

Hình 4.34 Cấu hình đo cuộc gọi VoIP 64K-VoTDM 102

Hình 4.35 Cấu hình đo cuộc gọi VoIP 8K-8K 104

Hình 4.36 Cấu hình đo cuộc gọi VoIP 8K-VoTDM 105

Hình 4.38 Cấu hình đo chất lượng thoại 8K 108

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thành phần và các giao thức của chuẩn H.323 13

Bảng 2.2 So sánh SIP và H.323 32

Bảng 2.3 Thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP 35

Bảng 2.4 So sánh Megaco/H.248 và MGCP 38

Bảng 3.1 Tổng kết các đặc tính của các phương pháp nén thoại 46

Bảng 3.2 Dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu 47

Bảng 4.1 Cước gọi liên tỉnh với dịch vụ 1719 87

Bảng 4.2 Cước gọi liên tỉnh với dịch vụ 171 88

Bảng 4.3 Tỷ lệ thành công cho cuộc gọi VoIP 64K-64K 101

Bảng 4.4 Thời gian thiết lập trung bình cho cuộc gọi VoIP 64K-64K 101

Bảng 4.5 Tỷ lệ thành công cho cuộc gọi VoIP 64K-VoTDM 102

Bảng 4.6 Tỷ lệ thành công cho cuộc gọi VoIP 64K-VoTDM 103

Bảng 4.7 Thời gian thiết lập trung bình cho cuộc gọi VoIP 64K-VoTDM 103

Bảng 4.8 Tỷ lệ thành công cho cuộc gọi VoIP 8K-8K 104

Bảng 4.9 Thời gian thiết lập trung bình cho cuộc gọi VoIP 8K-8K 104

Bảng 4.10 Tỷ lệ thành công cho cuộc gọi VoIP 8K-VoTDM 105

Bảng 4.11 Thời gian thiết lập trung bình cho cuộc gọi VoIP 8K-VoTDM 105

Bảng 4.12 Độ trễ VoIP 64K 107

Bảng 4.13 Suy hao tín hiệu VoIP 64K 107

Bảng 4.14 Độ trễ đối với VoIP 8K 108

Bảng 4.15 Suy hao với tín hiệu VoIP 8K 109

Bảng 4.16 Tiêu chuẩn về trễ trong thông tin thoại 119

Bảng 4.17 So sánh tổng lưu lượng 1719 của 9 tháng năm 2008 113

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACF Admission Confirm Xác nhận yêu cầu truy nhập

ARJ Admission Reject Từ chối yêu cầu truy nhập

ADPCM Adaptive Differential Pulse Điều xung mã vi sai thích nghi

Code Modulation

BRI Basic Rate Interface Giao diện tốc độ cơ sở

BRQ Bandwidth Request Yêu cầu dải thông

BRJ Bandwidth Reject Từ chối yêu cầu dải thông

CELP Codebook Excited Linear Prediction Mã dự đoán tuyến tính kích

thích bảng mã cố định

CS-ACELP Conjugate Structure Algebraic Mã dự đoán tuyến tính kích

Codebook Excited Linear Prediction thích bảng mã đại số cấu

trúc liên kết

CTI Computer Telephony Intergration Kết hợp điện thoại máy tính

DRQ Disengage Request Yêu cầu giải phóng

DCF Disengage Confirm Xác nhận yêu cầu giải phóng

DRJ Disengage Reject Từ chối yêu cầu giải phóng

DPCM Delta Pulse Code Modulation Điều chế xung mã Delta

DTMF Dual Tone Multi Frequency Tín hiệu mã đa tần

DSVD Digital Simultaneous Voice and Data Số hoá đồng thời thoại và số

ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông

GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động

GRQ Gatekeeper Request Yêu cầu đăng kí Gatekeeper

GCF Gatekeeper Confirm Gatekeeper xác nhận yêu cầu

GRJ Gatekeeper Reject Gatekeeper từ chối yêu cầu

HDLC High Level Data Link Control Điều khiển liên kết số liệu mức cao

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ

IRQ Information Request Yêu cầu thông tin

IRR Information Request Respond Đáp ứng yêu cầu thông tin

ITU-T International Telecommunication Hiệp hội viễn thông quốc tế

Union - Telecommunication

LSI Large Scale Integration Mạch tích hợp mật độ cao

LCF Location Confirmation Xác nhận yêu cầu cấp phát

LCN Logical Channel Number Số hiệu kênh logic

LD - CELP Low Delay Codebook Excited Linear Mã dự đoán tuyến tính kích

LPC Linear Predictive Coding Mã hoá dự đoán tuyến tính

LTP Long – Term Predictor Bộ dự đoán dài hạn

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm

MCS Multipoint Communication System Hệ thống thông tin đa điểm

MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm

MOS Mean Opnion Scores

MPE Multipulse Excited Coding Mã hoá kích thích đa xung

MIPS Million Intructions Per Second Triệu lệnh trên giây

MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng

Megaco Media Gateway Control Giao thức điều khiển cổng

NTP Network Time Protocol Giao thức thời gian mạng

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới

OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở

PPP Point to Point Protocol Giao thức kết nối điểm điểm

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại công cộng

PPCS Prepaid Card Service Dịch vụ điện thoại thẻ trả trước

QoS Quanlity of Service Chất lượng dịch vụ

RRQ Registration Request Yêu cầu đăng kí

RCF Registration Confirm Xác nhận đăng kí

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giữ trước tài nguyên

RTP Realtime Transport Protocol Giao thức truyền thời gian thực

RTCP Realtime Transport Control Protocol Giao thức điều khiển thời

SID Silence Insertion Descriptor Bộ mô tả chèn khoảng lặng

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SAU Software Authorization Unit Khối nhận thực phần mềm

STP Sort – Term Predictor Bộ dự đoán ngắn hạn

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

TDM Time Division Multipled Ghép kênh theo thời gian

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người

dùng

UCF Unregister Confirmation Xác nhận không đăng kí

URJ Unregister Reject Từ chối yêu cầu không đăng kí

VTN Vietnam Telecoms National Công ty viễn thông liên tỉnh

VAD Voice Activity Detector Bộ phát hiện thoại tích cực

Second

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ngành công nghiệp viễn thông đã đạt được những thành tựu lớn Trên thế giới, công nghệ điện thoại VoIP ngày càng phát triển, với lợi thế giá cước thấp, chất lượng dịch vụ có thể chấp nhận đã làm nhiều nhà kinh doanh viễn thông quan tâm Qua một thời gian sử dụng, nhờ giá cước rẻ hơn hẳn so với dịch vụ điện thoại truyền thống, dịch vụ này thực sự đã thực sự mang lại lợi ích

to lớn cho người sử dung Dịch vụ điện thoại IP được xây dựng trên công nghệ VoIP (Voice over Internet Protocol - phương thức truyền tín hiệu thoại qua mạng gói sử dụng giao thức Internet) Điện thoại IP hay còn gọi VoIP cho phép kết hợp chặt chẽ mạng thoại và mạng số liệu

Thực tế đã cho thấy sức cạnh tranh rất lớn của công nghệ Voip này so với công nghệ thoại chuyển mạch kênh truyền thống Dịch vụ này đã sớm được thử nghiệm và đưa vào khai thác trên mạng viễn thông Việt Nam Ngay từ khi mới xuất hiện, dịch vụ VoIP đã đem lại một môi trường cạnh tranh lành mạnh Tính tới nay trên toàn quốc đã có 9 nhà cung cấp dịch vụ VoIP gọi đường dài trong nước và quốc tế là: Tập đoàn BCVT Việt Nam VNPT - 171, Công ty Viễn thông Quân đội (Viettel) - 178, Công ty Cổ phần dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài Gòn (SaigonPostel - SPT) - 177, Công ty Viễn thông Điện lực (EVN Telecom) -

179, Công ty Viễn thông Hàng Hải – 175, Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội Hanoi Telecom – 172, Công ty truyền thông đa phương tiện VTC – 174 và mới đây là công ty cổ phần FPT- 176 và công ty cổ phần viễn thông Đông Dương-

173 Một số các nhà cung cấp dịch vụ trên ngoài việc triển khai dịch vụ điện thoại Voip trả sau còn triển khai các dịch vụ điện thoại Voip trả trước đem lại nhiều sự lựa chọn hơn cho người sử dụng

Như vậy, dịch vụ VoIP trả sau đã được triển khai rộng rãi ở Việt Nam, ngoài

ra hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã chú ý tới dịch vụ VoIP trả trước

và dịch vụ này đã sớm trở thành chuyên đề hấp dẫn cho các nhà cung cấp dịch

vụ vì nó mang lại nhiều tiện lợi cho khách hàng hơn trong quá trình sử dụng

Kể từ khi mạng viễn thông thế hệ mới NGN (Next Generation Networks) của

Tập đoàn Bưu Chính Viễn thông Việt Nam được xây dựng thì mới có đủ điều kiện thực hiện các dịch vụ thông minh, trong đó có dịch vụ VoIP trả trước: Dịch

vụ điện thoại thẻ 1719 Với cấu trúc mở, linh hoạt, dễ phát triển, hiệu quả khai thác cao, mạng NGN đã cung cấp và thoả mãn tốt hơn các nhu cầu đa dạng của khách hàng, trong đó có dịch vụ 1719

Do đó trong phạm vi luận văn của mình, tôi xin đi sâu vào phân tích khả năng triển khai dịch vụ điện thoại thẻ thông minh 1719 trên nền mạng NGN Đây là dịch vụ điện thoại IP trả trước trên nền mạng thế hệ mới của VNPT, cho phép người sử dụng có thể dễ dàng và nhanh chóng được sử dụng thoại giá rẻ ở bất cứ đâu, cước phí sẽ được trừ dần vào trong tài khoản Dịch vụ này cho phép người sử dụng lựa chọn chất lượng cuộc gọi (NGN 8Kb/s hoặc NGN 64Kb/s) với các mức giá khác nhau

Luận văn được chia làm 4 chương chính, cụ thể như sau:

 Chương I – Công nghệ Voip và dịch vụ điện thoại IP: Giới thiệu chung về

công nghệ VoIP và dịch vụ điện thoại IP, các hình thức truyền thoại trên mạng IP, lợi ích của điện thoại IP, ưu và nhược điểm của điện thoại IP, các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng VoIP và các thách thức khi triển khai điện thoại IP

 Chương II – Các giao thức báo hiệu trong VoIP: Giới thiệu về ba giao thức

báo hiệu hiện đang được sử dụng trong VoIP đó là: báo hiệu theo chuẩn H.323, giao thức điều khiển phiên SIP và báo hiệu theo giao thức MGCP

 Chương III – Giải pháp đảm bảo chất lượng thoại trong VoIP: Trình bày về

kỹ thuật nén thoại trong VoIP, các biện pháp xử lý khi gói thoại truyền trên mạng IP, các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ bên trong một phần tử mạng và giao thức báo hiệu QoS

 Chương IV – Nghiên cứu khả năng triển khai dịch vụ điện thoại thẻ thông

minh 1719 trên nền mạng NGN: Giới thiệu về mạng NGN của VNPT, các ưu

điểm của loại hình dịch vụ này, đi sâu vào cấu trúc mạng dịch vụ 1719, sơ đồ thiết lập cuộc gọi, so sánh chất lượng dịch vụ 1719-64K và 1719-8K Đồng thời bằng các câu lệnh SQL và công cụ lập trình bảng biểu Crystal Report, khảo sát thực tế số liệu 1719

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trường Đại Học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là Phó Giáo Sư - Tiến Sỹ Nguyễn Cảnh Tuấn, người đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG I CÔNG NGHỆ VOIP VÀ DỊCH VỤ ĐIỆN THOẠI IP

1.1 Giới thiệu về công nghệ VoIP

Trong điện thoại thông thường, tín hiệu thoại có tần số nằm trong khoảng 0.3

- 3.4 KHz được lấy mẫu với tần số 8 KHz theo Nyquyst Sau đó các mẫu sẽ được lượng tử hoá với 8 bit/mẫu và được truyền với tốc độ 64 Kbps đến mạng chuyển mạch sau đó được truyền tới đích Ở bên nhận, dòng số 64 Kbps này được giải mã để cho ra tín hiệu thoại tương tự Hình 1.1 mô tả điện thoại thông thường

VoIP (Voice over IP) là hình thức truyền thoại sử dụng giao thức mạng

IP Thực chất thoại qua mạng IP (Voice over IP - VoIP) cũng không hoàn toàn khác hẳn điện thoại thông thường Đầu tiên tín hiệu thoại cũng được số hoá, nhưng sau đó thay vì truyền trên mạng PSTN qua các trường chuyển mạch, chúng sẽ được nén xuống tốc độ thấp, đóng gói và chuyển lên mạng IP Tại bên nhận, các gói tin này được mở gói, giải nén thành các luồng PCM 64Kbps truyền đến thuê bao bị gọi Sự khác nhau chính là mạng truyền dẫn và khuôn dạng thông tin dùng để truyền dẫn

Vì đặc điểm của một mạng gói là tận dụng tối đa hiệu quả sử dụng băng tần

mà ít quan tâm đến thời gian trễ lan truyền trong mạng, trong khi tín hiệu thoại lại là một dạng thông tin thời gian thực Do đó, người ta phải bổ sung vào mạng các phần tử mới và sử dụng các giao thức phù hợp để có thể đảm bảo được chất lượng dịch vụ cho người dùng Các gói này được truyền trên mạng IP mà vẫn đảm bảo được tính thời gian thực của thoại, tức là tín hiệu thoại qua mạng IP đáp ứng được các yêu cầu về độ trễ trong việc truyền thoại VoIP đang trở thành

Lấy mẫu 8KHz

Lượng tử hoá

64 Kbps

Chuyển mạch

Hình 1.1 Điện thoại thông thường

hoạ mô hình cung cấp dịch vụ VoIP

Hình 1.2 Mô hình điện thoại IP

Giả sử thuê bao A gọi đến thuê bao B, thuê bao A quay số điện thoại của thuê bao B Mạng PSTN có nhiệm vụ phân tích địa chỉ và kết nối đến gateway1 Tại đây địa chỉ của B lại được phân tích và gateway 1 xác định được thuê bao B được kiểm soát bởi gateway2, nó sẽ thiết lập một phiên kết nối đến gateway2 Các thông tin báo hiệu mà gateway1 nhận được từ PSTN sẽ được chuyển đổi sang dạng gói và truyền đến gateway2

Tại gateway2, các gói tin được chuyển đổi ngược lại và truyền sang mạng PSTN Mạng PSTN có nhiệm vụ định tuyến cuộc gọi đến thuê bao B Các thông tin trả lời sẽ được chuyển đổi ngược lại qua gateway2 đến gateway1 Sau khi cuộc gọi được thiết lập, các gateway có nhiệm vụ chuyển đổi giữa các gói tin thoại trên mạng IP và các luồng PCM trên nền mạng PSTN

1.2 Các hình thức truyền thoại trên mạng IP

1.2.1 Mô hình PC to PC

Trong mô hình này, mỗi máy PC được trang bị thêm các thiết bị truyền thông (microphone, sound card, speaker) và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua giao diện NIC với mạng LAN, hoặc thông qua modem/cable modem khi kết nối thông qua nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) Mọi quá trình lấy mẫu, nén/giải nén, mã hoá/giải mã đều thực hiện trên máy tính Các máy tính

INTERNET

PSTN

Gateway 1

Gateway 2

Computer Computer

được kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ VoIP bằng tài khoản và mật mã, từ đó cuộc gọi được thiết lập và khách hàng có thể thực hiện cuộc đàm thoại của mình Cuộc gọi giữa hai người sử dụng máy tính được hình thành thông qua địa chỉ IP Trong mô hình này, mạng IP và mạng PSTN vẫn vận hành riêng biệt Hình 1.3 minh hoạ mô hình PC to PC

Hình 1.3 Mô hình PC to PC

1.2.2 Mô hình PC to Phone

Mô hình PC to Phone là một mô hình được cải 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 Trong mô hình PC to Phone, mạng Internet và mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị đặc biệt

đó là các cổng giao tiếp gateway Đây là mô hình cơ sở để dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay đa dịch vụ khác Hình 1.4 minh hoạ mô hình PC to Phone

Hình 1.4 Mô hình PC to Phone

1.2.3 Mô hình Phone to Phone

Có hai mô hình Phone to Phone Mô hình thứ nhất có sự kết hợp giữa mạng PSTN và mạng IP Mô hình thứ hai chỉ có mạng IP, mô hình này tương tự

mô hình PC to PC, chỉ khác là ta thay máy tính bằng điện thoại IP

IP Network

IP

Mô hình thứ nhất

Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone, nó sử dụng mạng

Internet làm phương tiện giao tiếp giữa các mạng PSTN Tất cả các mạng PSTN

đều kết nối với mạng Internet thông qua các cổng gateway Trong mô hình này,

sử dụng một mã số đặc biệt là giá trị cổng kết nối giữa mạng PSTN và mạng

Internet rồi mới nhấn số điện thoại cần gọi Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN

sẽ kết nối đến gateway gần nhất Tại gateway địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa

chỉ PSTN sang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích

Đồng thời gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành

dạng số sau đó mã hoá, nén, đóng gói và gửi qua mạng Mạng đích cũng được

kết nối với gateway và tại gateway đích, địa chỉ lại được chuyển đổi trở lại thành

địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã chuyển đổi ngược lại thành tín

hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích Hình 1.5 minh hoạ mô hình Phone

to Phone dùng điện thoại thường

Ở mô hình này, thay vì dùng PC ta dùng điện thoại IP để thực hiện cuộc gọi

Hình 1.6 minh hoạ mô hình Phone to Phone dùng IP phone

Hình 1.6 Mô hình Phone to Phone dùng IP phone 1.3 Các ứng dụng của điện thoại IP

Giao tiếp thoại vẫn là giao tiếp cơ bản của con người, mạng điện thoại

công cộng không dễ dàng bị thay thế hoàn toàn Mục đich của các nhà cung cấp

Telephony

IP Network PSTN

Gateway

PSTN

Gateway Telephony

IP Network

dịch vụ điện thoại IP là tái tạo khả năng của điện thoại với chi phí vận hành thấp hơn nhiều và đưa ra các giải pháp bổ sung cho mạng PSTN Với khả năng của Internet, dịch vụ điện thoại IP sẽ cung cấp thêm các tính năng mới Trước hết, ta

có thể xem xét tới các ứng dụng hiện tại của điện thoại IP:

Thoại thông minh

Hệ thống điện thoại thông thường dễ sử dụng nhưng nó lại chỉ có một số phím điều khiển Internet đã thay đổi điều này, nó cho phép người sử dụng được phép dùng các tính năng thông minh hơn Giữa máy tính và điện thoại tồn tại một mối liên hệ Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển các cuộc thoại một cách tiện lợi hơn Chúng ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet

Dịch vụ điện thoại Web

Điện thoại web cho phép các nhà doanh nghiệp có thể đưa thêm các phím bấm trên trang web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ Dịch vụ bấm số là cách dễ nhất và an toàn nhất để đưa thêm các kênh trực tiếp từ trang web của bạn vào hệ thống điện thoại

Truy cập các trung tâm trả lời điện thoại

Truy nhập đến các trung tâm phục vụ khách hàng qua mạng Internet sẽ thúc đẩy mạnh mẽ thương mại điện tử Dịch vụ này sẽ cho phép một khách hàng

có câu hỏi về một sản phẩm được chào hàng qua Internet được các nhân viên công ty trả lời trực tuyến

Dịch vụ fax qua IP

Nếu bạn gửi nhiều fax từ PC, đặc biệt là gửi ra nước ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet faxing sẽ giúp bạn tiết kiệm được tiền và cả kênh thoại Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC của bạn qua kết nối Internet Việc sử dụng internet không những được mở rộng cho thoại mà còn cho cả dịch vụ fax

1.4 Lợi ích của điện thoại IP

Điện thoại IP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu, tính linh hoạt trong việc phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP đồng

lại khả năng rất lớn về tích hợp mạng thoại và mạng số liệu

- Giảm chi phí cuộc gọi

Ưu điểm lớn nhất của VoIP là tiết kiệm chi phí cuộc gọi, đặc biệt là các cuộc gọi đường dài trong nước và quốc tế Người sử dụng VoIP chỉ phải trả mức cước thấp hơn nhiều so với điện thoại truyền thống Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet và do đó tiết kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax

Sự chia sẻ chi phí thiết bị và thao tác giữa những người sử dụng thoại và dữ liệu cũng tăng cường hiệu quả sử dụng mạng bởi lẽ dư thừa băng tần trên mạng của người này có thể được sử dụng bởi một người khác

Đồng thời, kĩ thuật nén tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64Kbps xuống dưới 8Kbps nên một kênh 64Kbps lúc này có thể dùng được cho 8 cuộc gọi đồng thời Việc kết nối như vậy tiết kiệm đáng kể tài nguyên của mạng dẫn đến chi phí được giảm rõ rệt

- Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu

Trong điện thoại IP, các tín hiệu báo hiệu, thoại và cả số liệu đều đi trên cùng một mạng IP Điều này sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư về nhân lực cũng như

cơ sở hạ tằng so với xây dựng những mạng riêng rẽ

- Đơn giản hoá

Một cơ sở hạ tầng tích hợp hỗ trợ tất cả các hình thức thông tin cho phép chuẩn hoá tốt hơn và giảm tổng số thiết bị Cơ sở hạ tầng kết hợp này có thể hỗ trợ việc tối ưu hoá băng tần động

Dễ dàng quản lý từ xa toàn bộ hệ thống hạ tầng mạng Hệ thống có thể được coi như một khối thống nhất thay vì phải quản lý các khối riêng biệt như trước đây Việc đơn giản hoá quản lý hạ tầng mạng sẽ làm giảm lỗi, dễ phát hiện lỗi và dễ dàng tính toán chi phí của hệ thống

- Thống nhất:

Vì con người là nhân tố quan trọng nhất nhưng cũng rất dễ sai lầm trong một mạng viễn thông, mọi cơ hội để hợp nhất các thao tác, loại bỏ các điểm sai sót và thống nhất các điểm thanh toán sẽ rất có ích Trong các tổ chức kinh doanh, sự quản lý trên cơ sở SNMP (Simple Network Management Protocol) có thể được cung cấp cho cả dịch vụ thoại và dữ liệu sử dụng VoIP Việc sử dụng thống nhất giao thức IP cho tất cả các ứng dụng hứa hẹn giảm bớt phức tạp và tăng cường tính mềm dẻo Các ứng dụng liên quan như dịch vụ danh bạ và dịch

vụ an ninh mạng có thể được chia sẻ dễ dàng hơn

- Khả năng Multimedia và đa dịch vụ

Thoại và fax chỉ là các ứng dụng khởi đầu cho VoIP, các lợi ích trong thời gian dài hơn được mong đợi từ các ứng dụng Multimedia và đa dịch vụ Trong khi tiến hành đàm thoại, người sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu hay xem hình ảnh của người bên kia

1.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng điện thoại IP

Yêu cầu cơ bản nhất của VoIP là cung cấp chất lượng thoại ngang bằng với chất lượng thoại của mạng PSTN Vì vậy đánh giá chất lượng thoại là công việc hết sức cần thiết Có ba nhân tố chính quyết định đến chất lượng thoại:

 Trễ (delay)

Đối với truyền số liệu trễ giữa thời điểm gói được gửi đi và đến đích là không quan trọng Tuy nhiên, trong truyền thoại thì trễ là yếu tố đặc biệt quan trọng Thời gian trễ lớn làm giảm chất lượng thoại rất nhiều Độ trễ của tín hiệu thoại càng nhỏ càng tốt Mỗi hệ thống truyền thông chỉ chấp nhận một giới hạn độ trễ nhất định nên yêu cầu giảm trễ là rất cần thiết Khi thời gian trễ trong hệ thống vượt quá 400ms thì chất lượng cuộc gọi là không chấp nhận được Thời gian trễ có thể chấp nhận được nằm trong khoảng từ 200ms đến 400ms Muốn đạt được chất lượng cuộc gọi tốt thì thời gian trễ yêu cầu không quá 200ms

 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 và trung thực 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 buffer Các gói sau khi nhận sẽ được lưu trong bộ đệm và sẽ được xử lý lần lượt Dùng bộ đệm sẽ tránh được những thời gian trễ lớn của các gói tin Nhưng bù lại thì bộ đệm làm tăng thời gian trễ trong hệ thống Thời gian trượt càng lớn thì dung lượng của bộ đệm cũng càng phải lớn Nhưng bộ đệm càng lớn thì thời gian trễ gây ra càng lớn Do vậy việc tính toán dung lượng của bộ đệm thích hợp đối với từng hệ thống là rất cần thiết sao cho tránh được trượt mà thời gian trễ không làm giảm chất lượng của hệ thống Hình 1.7 minh hoạ hoạt động của bộ đệm

Hình 1.7 Hoạt động của bộ đệm

 Mất gói (Packet loss)

Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin đều được chuyển

giao Các gói tin có thể bị mất trong trường hợp mạng bị quá tải hay trong

trường hợp nghẽn mạng hoặc do đường kết nối không đảm bảo Yêu cầu tỉ

lệ mất gói là nhỏ hơn 10% Do hạn chế của thời gian trễ nên các giao thức

truyền bảo đảm không thích hợp để giải quyết vấn đề này Cách tiếp cận

được sử dụng để bù lại các gói mất là thêm vào cuộc nói chuyện bằng

cách phát lại gói cuối cùng Đồng thời gửi đi thông tin dư

1.6 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của điện thoại IP

Ƣu điểm:

Làm giảm lưu lượng mạng do thông tin thoại trước khi đưa lên mạng IP

sẽ được nén xuống dung lượng thấp

Tăng hiệu suất mạng do điện thoại IP có cơ chế phát hiện khoảng lặng

(khoảng thời gian không có tiếng nói)

Nhƣợc điểm:

Nhược điểm chính là chất lượng dịch vụ Các mạng số liệu vốn được xây

dựng không phải với mục đích truyền thoại thời gian thực, vì vậy truyền thoại

qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi thấp và không thể xác định trước được

do gói tin truyền trong mạng có trễ thay đổi trong phạm vi lớn, khả năng mất

mát thông tin có thể xảy ra Ngoài ra kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền

cũng làm giảm chất lượng thoại Nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì kỹ

thuật nén càng phức tạp, chất lượng không cao, thời gian xử lý lâu, gây trễ

Ngoài ra, một nhược điểm khác là vấn đề tiếng vọng do trễ lớn nên tiếng

vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại

Thời gian đến

Thời gian phát lại

1.7 Các thách thức đối với việc triển khai điện thoại IP

Mục đích của nhà phát triển là thêm các tính năng gọi điện thoại (cả truyền thoại và báo hiệu) vào các mạng IP, kết nối chúng với mạng điện thoại công cộng, các mạng điện thoại cá nhân sao cho duy trì chất lượng thoại hiện tại và các tính chất mà người dùng mong muốn ở điện thoại Có những yêu cầu chính khi phát triển VoIP như sau:

 Chất lượng thoại phải so sánh được với chất lượng thoại của mạng PSTN và với các mạng có chất lượng phục vụ khác nhau

 Mạng IP cơ bản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động khắt khe gồm giảm thiểu việc không chấp nhận cuộc gọi, mất mát gói và mất liên lạc Điều này đòi hỏi ngay cả trong trường hợp mạng bị nghẽn hoặc khi nhiều người sử dụng chung năng lực của mạng cùng một lúc

 Tín hiệu điều khiển gọi (báo hiệu) không ảnh hưởng đến hoạt động của mạng sao cho người sử dụng không biết họ đang được cung cấp dịch vụ dựa trên công nghệ gì

 Quản lý hệ thống an toàn, địa chỉ hoá và thanh toán phải được cung cấp, tốt nhất là được hợp nhất với các hệ thống hỗ trợ hoạt động PSTN

CHƯƠNG II CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG VOIP

Báo hiệu cuộc gọi trong mạng IP là một phần không thể thiếu của bất cứ một giải pháp VoIP nào Hiện có khá nhiều phương án cho việc thiết lập cuộc gọi trong mạng IP, từ những thời điểm ban đầu với giao thức báo hiệu H.323 đến những cải tiến sau này với giao thức SIP và phương pháp báo hiệu mới cho VoIP như giao thức MGCP Dưới đây xin t rình bày ba giao thức báo hiệu chính trong VoIP:

 H.323

 SIP (Session Initiation Protocol)

 MGCP (Media Gateway Control Protocol)

Hình 2.1 Quan hệ giữa các giao thức trong mạng VoIP

Giao thức H.323 phiên bản 1 và 2 hỗ trợ H.245 trên nền TCP, Q.931 trên nền TCP và RAS trên nền UDP Các phiên bản 3 và 4 của H.323 hỗ trợ thêm H.245 và Q.931 trên nền UDP Giao thức SIP hỗ trợ cả TCP và UDP

2.1 Báo hiệu theo chuẩn H.323

2.1.1 Giới thiệu chuẩn H.323

RTCP RTP

IP MGCP

Call Control and Signaling Signaling and

Gateway Control

Media

H.225 Q.931

Audio/

Video

RTSP

VoIP là công nghệ truyền thoại hiệu quả và đang phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên, mạng PSTN truyền thống đã tồn tại và phát triển từ trước tới nay Người

sử dụng vốn đã quen với hình thức sử dụng điện thoại thông thường Với những đặc điểm như vậy, rõ ràng điện thoại IP không thể thay thế tức thì điện thoại truyền thống Nó đòi hỏi các nhà kĩ thuật phải đưa ra được mô hình có sự kết hợp chặt chẽ giữa điện thoại IP và điện thoại truyền thống Chuẩn H.323 của ITU ra đời đã đáp ứng được các yêu cầu đó

H.323 là nhóm tiêu chuẩn kĩ thuật cho truyền dẫn: video, audio và dữ liệu thông qua giao thức mạng internet IP do hiệp hội viễn thông quốc tế về tiêu chuẩn hoá ITU đưa ra Theo tiêu đề của ITU cho H.323: "Hệ thống truyền thông đa phương tiện dựa trên công nghệ gói" Chuẩn H.323 bao gồm các chức năng như báo hiệu và điều khiển cuộc gọi, giao vận và điều khiển truyền thông (multimedia transport và control), điều khiển độ rộng băng tần cho hội nghị điểm - điểm và hội nghị đa điểm (point-to-point và multipoint conferences)

Chuẩn H.323 bao gồm các thành phần và các giao thức sau:

Bảng 2.1 Các thành phần và các giao thức của chuẩn H.323

Báo hiệu cuộc gọi (Call Signaling) H.225

Điều khiển truyền thông (Media Control) H.245

Mã hoá và giải mã Audio (Audio Codecs) G.711, G.722, G.723,

G.728, G.729

Mã hóa và giải mã Video (Video Codecs) H.261, H.263

Chia sẻ dữ liệu (Data Sharing) T.120

Giao vận truyền thông (Media Transport) RTP/RTCP

H.323 Terminal

H.323 MCU

H.323

Gatekeeper

H.323 Terminal

H.323 Terminal

cuối H.323

PSTN

Mạng chuyển mạch gói (PBN)

H.323 Gateway

Thiết bị đầu cuối Thiết bị đầu cuối

Chồng giao thức H.323 có cấu trúc như sau (hình 2.2):

Kªnh

Sè liÖu

Kªnh Video

LAN (Ethernet, Token Ring, )

IP

RTP

Audio codec G.711

G.722 G.723 G.728 G.729

Video codec

H.261 H.263

Kªnh Audio C¸c kªnh ®iÒu khiÓn

Cấu trúc H.323 bao gồm các thành phần chính sau: thiết bị đầu cuối (terminal), gateway, gatekeeper, đơn vị điều khiển đa điểm MCU (Multipoint

Control Unit) Chức năng cụ thể của mỗi thiết bị được đề cập dưới đây

2.1.2.1 Thiết bị đầu cuối (Terminal)

Đầu cuối được dùng cho truyền thông hai chiều thời gian thực Một H.323 terminal có thể là điện thoại hay một máy tính chạy ứng dụng của H.323 và các multimedia khác Nó được sử dụng cho cả tín hiệu audio, video và dữ liệu H.323 đóng vai trò quan trọng trong điện thoại IP Mục đích của H.323 là có thể liên kết hoạt động được với các thiết bị truyền thông khác H.323 tương thích với H.324 terminal của mạng chuyển mạch công cộng, với H.310 terminal trên mạng B-ISDN Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323 được chỉ ra trên hình 2.4

Hình 2.4 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal)

LAN Interface

System Control

RAS Control H.225.0 Call Control H.225.0 H.245 Control

Receive Path Delay Audio Codec

G.711, G.722, G.723, G.728, G.729

Video Codec H.261, H.263

a) Bộ mã hoá và giải mã audio: tất cả các thiết bị đầu cuối H.323 đều phải

có bộ mã hoá và giải mã audio theo chuẩn G.711, và có khả năng truyền và nhận tín hiệu PCM mã hoá theo luật A hay  Các thiết bị đầu cuối cũng có thể mã hoá và giải mã theo các chuẩn nén tín hiệu thoại như G.723, G.728 và G.729 Khối mã hoá và giải mã của đầu cuối H.323 có khả năng hoạt động một cách không đối xứng trên cùng một kênh tiếng Có nghĩa là nó có khả năng gửi tín hiệu mã hoá theo chuẩn G.711, và có thể nhận tín hiệu mã hoá theo chuẩn G.723 nếu như nó có khả năng mã hoá và giải mã đối với cả hai dạng tín hiệu trên

b) Bộ mã hoá và giải mã video: có nhiệm vụ mã hoá tín hiệu video từ tín

hiệu video gốc và giải mã tín hiệu video nhận được Việc mã hoá và giải mã được thực hiện theo một trong hai chuẩn là chuẩn H.261 và H.263

c) Bộ đệm nhận tín hiệu: tất cả các gói tin khi nhận đều được ghi vào bộ

đệm Bộ đệm có nhiệm vụ điều khiển trễ trên đường truyền Nó sẽ cộng thêm trễ vào các gói tin tuỳ theo độ trễ của chúng để đạt được đồng bộ trên kênh Ngoài

ra bộ đệm còn có khả năng xử lý để điều khiển trễ trên các kênh để đạt được sự đồng bộ giữa các luồng tín hiệu khác nhau

d) Khối điều khiển hệ thống: có nhiệm vụ điều khiển và giám sát mọi hoạt

động của thiết bị trong mạng Khối điều khiển hệ thống gồm 3 khối điều khiển tồn tại độc lập với nhau là: điều khiển H.245, chức năng báo hiệu RAS và chức năng báo hiệu cuộc gọi

 Khối điều khiển theo chuẩn H.245: sử dụng kênh điều khiển H.245 để

truyền các bản tin điều khiển điểm - điểm để điều khiển các hoạt động của các phần tử H.323 trong mạng bao gồm: các khả năng trao đổi, mở và đóng các kênh logic, yêu cầu các chế độ hoạt động thích hợp, điều khiển tính tuần tự của các bản tin, phát các lệnh và các chỉ thị

 Chức năng báo hiệu cuộc gọi: sử dụng báo hiệu theo khuyến nghị

H.225.0 để thiết lập kết nối giữa hai đầu cuối H.323 Kênh báo hiệu này độc lập với kênh báo hiệu RAS và kênh điều khiển H.245 Trong một hệ thống không có Gatekeeper thì kênh báo hiệu cuộc gọi được thiết lập nối giữa hai đầu cuối tham gia vào cuộc gọi Còn trong hệ thống có Gatekeeper thì kênh báo hiệu cuộc gọi

sẽ được thiết lập giữa các đầu cuối với Gatekeeper hoặc giữa hai đầu cuối với nhau, việc lựa chọn phương án thiết lập kênh báo hiệu như thế nào là do Gatekeeper quyết định

 Kênh báo hiệu RAS: sử dụng các bản tin được định nghĩa trong khuyến

nghị H.225.0 để thực hiện các chức năng gồm: đăng kí và cho phép dịch vụ, thay đổi độ rộng băng tần, thông báo trạng thái hoạt động giữa các đầu cuối và Gatekeeper Do tính độc lập với nhau nên kênh logic được thiết lập bởi H.245 sẽ không được sử dụng để truyền kênh báo hiệu RAS Trong môi trường mạng không có Gatekeeper thì không tồn tại kênh báo hiệu RAS còn trong môi trường mạng có Gatekeeper thì kênh báo hiệu RAS được thiết lập giữa một đầu cuối và Gatekeeper

e) Lớp H.225.0 (Lớp đóng gói thông tin): Các kênh logic mang thông tin

thoại, video, số liệu hay thông tin điều khiển được thiết lập theo các thủ tục điều khiển mô tả trong khuyến nghị H.245 Các kênh logic hầu hết là đơn hướng và độc lập trên mỗi hướng truyền Một vài kênh lôgic như kênh số liệu có thể là hai hướng và liên quan đến thủ tục mở kênh hai hướng của H.245 Một số lượng bất

kỳ các kênh logic có thể được sử dụng để truyền ngoại trừ kênh điều khiển H.245 (chỉ có một kênh cho mỗi cuộc gọi) Mỗi một kênh logic được chỉ ra bởi một số kênh logic (LCN) trong khoảng từ 0 cho đến 65535 nhằm mục đích phù hợp với kênh logic tương ứng trong kết nối tầng giao vận Băng thông của một kênh logic phải được giới hạn bởi một giá trị cận trên suy ra từ khả năng phát tối thiểu và khả năng thu của thiết bị đầu cuối

2.1.2.2 Gateway

Gateway cung cấp chức năng ánh xạ và thông dịch giữa các mạng IP và mạng điện thoại Nó đóng vai trò làm cầu nối và chỉ tham gia vào một cuộc gọi khi có sự chuyển tiếp từ mạng H.323 sang mạng phi H.323 Gateway thực hiện một số chức năng như: chuyển đổi giữa các dạng khung truyền dẫn (như chuyển

từ H.225.0 thành H.221 và ngược lại), chuyển đổi giữa các thủ tục giao tiếp (như chuyển từ H.245 thành H.242 và ngược lại) Ngoài ra Gateway còn thực hiện chức năng chuyển đổi giữa các dạng mã hoá khác nhau của các luồng tín hiệu (âm thanh hay hình ảnh), và có thể thực hiện việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi ở cả hai phía

Gateway khi hoạt động sẽ có đặc điểm của một thiết bị đầu cuối H.323 hoặc một MCU trong mạng LAN và có đặc điểm của một thiết bị đầu cuối trong SCN (Switch Channel Network) hoặc một MCU trong SCN Vì vậy ta có 4 cấu hình cơ sở của Gateway được thể hiện trên hình 2.5

Các chức năng bắt buộc của Gatekeeper

 Chức năng dịch địa chỉ - Gatekeeper sẽ thực hiện việc chuyển đổi từ một

địa chỉ hình thức (dạng tên gọi) của các thiết bị đầu cuối và Gateway sang địa chỉ truyền dẫn thực trong mạng (địa chỉ IP)

 Điều khiển truy nhập - Gatekeeper sẽ chấp nhận một truy nhập mạng

LAN bằng cách sử dụng các bản tin H.225.0 là ARQ/ACF/ARJ

 Điều khiển độ rộng băng tần - Gatekeeper hỗ trợ việc trao đổi các bản tin

H.225.0 là BRQ/BCF/BRJ để điều khiển độ rộng băng tần của một cuộc gọi

Gateway A

Chức năng đầu cuối H.323

Biến đổi chức năng

Chức năng đầu cuối SCN

Gateway B

Chức năng đầu cuối H.323

Biến đổi chức năng

Chức năng MCU SCN

Gateway C

Chức năng MCU H.323

Biến đổi chức năng

Chức năng đầu cuối SCN

Gateway D

Chức năng MCU H.323

Biến đổi chức năng

Chức năng MCU SCN

 Điều khiển vùng - ở đây chữ vùng đặc trưng cho tập hợp tất cả các phần

tử H.323 gồm thiết bị đầu cuối, Gateway, MCU có đăng kí hoạt động với Gatekeeper Cơ chế điều khiển của Gatekeeper để thực hiện liên lạc giữa

các phần tử trong vùng cũng như từ vùng này sang vùng khác

Các chức năng không bắt buộc của Gatekeeper

 Điều khiển báo hiệu cuộc gọi - Gatekeeper có thể lựa chọn giữa hai

phương thức điều khiển báo hiệu cuộc gọi là: nó kết hợp với kênh báo hiệu trực tiếp giữa các đầu cuối để hoàn thành báo hiệu cuộc gọi hoặc chỉ sử dụng các kênh báo hiệu của nó để xử lý báo hiệu cuộc gọi

 Hạn chế truy nhập - Gatekeeper có thể sử dụng báo hiệu trên kênh

H.225.0 để từ chối một cuộc gọi của một thiết bị đầu cuối khi nhận thấy có lỗi trong việc đăng ký

 Giám sát độ rộng băng tần - Gatekeeper có thể hạn chế một lượng nhất

định các đầu cuối H.232 cùng một lúc sử dụng mạng Nó có thể thông qua kênh báo hiệu H.225.0 từ chối một cuộc gọi do không có đủ băng tần, hay khi một đầu cuối đang hoạt động yêu cầu thêm độ rộng băng Đây có thể là một thủ tục rỗng nghĩa là tất cả mọi yêu cầu truy nhập đều được đồng ý

 Giám sát cuộc gọi - Một ví dụ cụ thể về chức năng này của Gatekeeper là

nó lưu danh sách tất cả các cuộc gọi H.323 hướng đi đang thực hiện để chỉ thị các thuê bao bị gọi nào đang bận và cung cấp thông tin cho chức năng quản lý độ rộng băng tần

2.1.2.4 MCU (Multipoint Control Unit)

MCU là một điểm cuối (Endpoint) trong mạng, nó cung cấp khả năng nhiều thiết bị đầu cuối, Gateway cùng tham gia vào một liên kết đa điểm (multipoint conference) Nó bao gồm một MC (Multipoint Controller) bắt buộc phải có và một MP (Multipoint Process) có thể có hoặc không Nhiệm vụ của MC là điều tiết khả năng audio, video, data giữa các thiết bị đầu cuối theo giao thức H.245

Nó cũng điều khiển các tài nguyên của hội thoại bằng việc xác định dòng audio, video, data nào cần được gửi đến các đầu cuối Tuy nhiên, MC không thao tác trực tiếp trên các dòng dữ liệu mà nhiệm vụ này được giao cho MP MP sẽ thực hiện việc kết hợp, chuyển đổi, xử lý các bit dữ liệu

2.1.3 Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi

Một cuộc gọi trong hệ thống được tiến hành theo 5 giai đoạn như sau:

Giai đoạn I - Thiết lập cuộc gọi (Call Setup): Một kết nối TCP được thiết lập

để truyền các thông điệp Q.931của kênh báo hiệu cuộc gọi

Giai đoạn II - Khởi đầu truyền thông: Một liên kết TCP nữa được mở dành

cho kênh điều khiển truyền thông H.245 Quá trình trao đổi khả năng được thực hiện trong giai đoạn này

Giai đoạn III - Thiết lập kênh tín hiệu media (Establish media

communication): Thủ tục mở kênh logic cho tín hiệu media của kênh H.245

được thực hiện

Giai đoạn IV - Các dịch vụ cuộc gọi (Call Services): Người sử dụng trao đổi

thông tin với nhau, đồng thời các dịch vụ giám sát chất lượng, điều khiển thông lượng và các dịch vụ bổ trợ khác cũng được tiến hành

Giai đoạn V - Kết thúc cuộc gọi (Call Termination)

Báo hiệu H.323 là một quá trình thực sự phức tạp Tương tác giữa các phần

tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu được mô tả trong hình 2.6

Hình 2.6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN

PSTN Gatekeeper

H.245 messages over call control channel

H.225/Q.931 messages over call signaling channel

H.225/RAS messages over RAS channel

H.225/Q.931 (optional)

H.245 messages (optional) H.245 messages (optional)

H.225/Q.931 (optional)

H.225/RAS messages

over RAS channel

Hai kiểu báo hiệu là trực tiếp giữa các điểm cuối và gián tiếp qua gatekeeper chỉ khác nhau ở chỗ các thông điệp Q.931 được trao đổi trực tiếp giữa các điểm cuối hay gián tiếp qua gatekeeper Các điểm cuối chia sẻ cùng một gatekeeper hay mỗi điểm cuối có một gatekeeper riêng

Dưới đây là ví dụ thiết lập cuộc gọi giữa hai điểm cuối A,B có cùng một gatekeeper đã đăng kí trong trường hợp báo hiệu trực tiếp Đây là trường hợp cuộc gọi điểm-điểm đơn giản nhất, khi mà báo hiệu cuộc gọi không được định tuyến tới gatekeeper H.323 hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi phức tạp khác

Nếu xem xét một cách chi tiết thì cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 được thiết lập như sau (hình 2.7):

- Trước hết cả 2 phải đã được đăng ký tại gatekeeper

- Đầu cuối A gửi yêu cầu tới gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi

- Gatekeeper gửi cho đầu cuối A thông tin cần thiết về đầu cuối B

- Đầu cuối A gửi bản tin SETUP tới đầu cuối B

- Đầu cuối B trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi

- Đầu cuối B gửi bản tin Alerting và Connect

- Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ/ tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kết nối RTP

Điểm cuối A Gatekeeper Điểm cuối B

H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ H.225Khẳng định kết nạp ACF

Mở kênh TCP cho Q931

Q931 Setup Q931 Call Proceeding

H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ

H.225Khẳng định kết nạp ACF

Q931 Alerting Q931 Connect

Mở kênh TCP cho H245

Trao đổi khả năng Quyết định chủ tớ

Mở kênh logic cho thoại

Trao đổi thông tin thoại hai chiều

Hình 2.7 Báo hiệu trực tiếp - Cùng Gatekeeper

2.2 Giao thức điều khiển phiên SIP (Session Initation Protocol) SIP là giao thức được dùng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên thông tin đa phương tiện multimedia Các phiên multimedia bao gồm thoại, truyền thông hội nghị và các ứng dụng khác liên quan tới âm thanh, hình ảnh và cả dữ liệu đi kèm

Được phát triển bởi tổ chức đảm trách kĩ thuật Internet IETF, SIP được dùng như một giao thức báo hiệu cho dịch vụ thoại trong môi trường các mạng

IP Nó kế thừa các đặc điểm của các giao thức đã được IETF phát triển trước đây như giao thức truyền thư (SMTP), giao thức truyền siêu văn bản (HTTP)

SIP hoạt động theo mô hình Client/Server Client tạo ra các yêu cầu (Resquest)

và gửi tới server Server xử lí các yêu cầu và gửi các trả lời (Response) cho

client Một yêu cầu và những trả lời cho yêu cầu đó tạo thành một phiên giao

dịch (transaction) Các yêu cầu có thể gửi qua kết nối TCP hay UDP

SIP sử dụng các thông điệp INVITE và ACK khởi tạo quá trình mở một kênh tin cậy để truyền các thông điệp điều khiển cuộc gọi SIP kết hợp với giao thức mô tả phiên SDP (Session Description Protocol) cho phép các bên tham gia thoả thuận về kiểu mã hoá được dùng trong cuộc đàm thoại (giống chức năng trao đổi khả năng của H245) SIP hỗ trợ các phiên Unicast và Multicast cũng như các cuộc gọi điểm-điểm và đa điểm Các dịch vụ mà SIP cung cấp bao gồm:

 Vị trí người sử dụng: xác định hệ thống cuối (end system) được sử dụng cho thông tin

 Thiết lập cuộc gọi: rung chuông và thiết lập các thông số của cuộc gọi cho cả người bị gọi và người gọi

 Tính sẵn sàng của người dùng: xác định tính tự nguyện của người bị gọi khi tham gia trao đổi thông tin

 Khả năng người dùng: xác định phương tiện và các tham số của phương tiện được sử dụng

 Quá trình tiến hành cuộc gọi (call handling): cung cấp dịch vụ chuyển và kết thúc cuộc gọi

2.2.1 Các thành phần của SIP

Hình 2.8 chỉ ra các thành phần của SIP:

Hình 2.8 Cấu trúc SIP

Hệ thống SIP bao gồm hai thành phần là các User Agent và các Network Server

 Thực thể người dùng (User Agent): User Agent là thiết bị đầu cuối

trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP Một thực thể người dùng gồm có hai phần là client và server Phần client được gọi là UAC (User Agent Client) được dùng để khởi tạo một yêu cầu, còn phần server được gọi là UAS (User Agent Server) dùng để nhận các yêu cầu và gửi lại các trả lời

 Các Server mạng (Network Servers):

 Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động cả như server và

client để thực hiện các yêu cầu thay mặt các đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu được xử lý tại chỗ bởi Proxy Server nếu có thể, hoặc được chuyển cho các máy chủ khác Trong trường hợp Proxy Server không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì Proxy Server sẽ thực hiện khâu chuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi

 Server vị trí (Location Server) định vị thuê bao, cung cấp thông tin

về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các Proxy Server và Redirect Server

 Redirect Server nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một

số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Redirect server nhận các

Redirect Server

Location Server

Registrar Server

SIP Components

Proxy Server

Proxy Server

PSTN

yêucầu, xác định server chặng tiếp theo cần chuyển yêu cầu và gửi địa chỉ của server đó tới client để client tự chuyển yêu cầu Không giống như Proxy Server, Redirect Server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào Redirect Server cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi

 Registrar Server (Server đăng kí) nhận các yêu cầu đăng ký

REGISTER Trong nhiều trường hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng Thông thường Registrar Server được cài đặt cùng với proxy hoặc redirect server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (thí

dụ máy ĐT hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với server Nếu đầu cuối cần thông báo cho server về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER cũng được gửi đi Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ

2.2.2 Các bản tin SIP và mào đầu

SIP định nghĩa rất nhiều bản tin Những bản tin được dùng để trao đổi thông tin giữa Client và SIP Server bao gồm:

 INVITE – Bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác tham gia

 ACK – Bản tin này khẳng định client đã nhận được bản tin trả lời bản tin INVITE

 BYE – Bắt đầu kết thúc cuộc gọi

 CANCEL – Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợi

 REGISTER - Đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với Registrar Server

 OPTIONS – Sử dụng để xác định năng lực của server

 INFO – Sử dụng để tải các thông tin như tone DTMF

Giao thức SIP có nhiều điểm trùng hợp với giao thức HTTP Các bản tin trả lời các bản tin SIP nêu trên gồm có:

Các bản tin SIP đều có khuôn dạng text, tương tự như HTTP Mào đầu của bản tin SIP cũng tương tự như HTTP và SIP cũng hỗ trợ MIME (một số chuẩn

về e-mail) Sau đây là thí dụ về mào đầu của bản tin SIP:

2.2.3 Hoạt động của SIP:

Người gọi và người bị gọi được xác định qua các địa chỉ SIP Khi thực hiện một cuộc gọi dùng báo hiệu SIP, người gọi đầu tiên cần phải xác định Server phù hợp để gửi yêu cầu tới một yêu cầu Bên gọi có thể đi tới bên bị gọi một cách trực tiếp hay thông qua các Server chỉ đường Trường call ID trong phần tiêu đề của một thông điệp SIP nhận dạng duy nhất một cuộc gọi

Địa chỉ SIP:

Các trạm SIP được nhận dạng qua địa chỉ SIP có dạng như các địa chỉ tài nguyên toàn cầu URL (Universal Resouce Locator) là user@host Phần User có thể là tên người sử dụng hay số điện thoại, phần host có thể là tên miền (domain name) hay địa chỉ mạng và có thể dùng địa chỉ e-mail làm địa chỉ SIP Ví dụ : sip:leminh@mail.hut.edu.vn hay sip:4085376@193.100.101.23

Một địa chỉ SIP có thể đại diện cho một cá nhân hoặc một nhóm người

Xác định một SIP server:

Một Client có thể gửi một yêu cầu trực tiếp tới một Proxy Server ở trong cùng một vùng hoặc gửi tới địa chỉ IP và cổng tương ứng với địa chỉ SIP Gửi

một yêu cầu trực tiếp là tương đối dễ vì trạm cuối biết về proxy server phục vụ

nó Nếu gửi theo cách thứ hai thì phức tạp hơn vì client phải xác định địa chỉ IP

và địa chỉ cổng của server

Mời tham gia đàm thoại:

Một lời mời thành công bao gồm một thông điệp INVITE và một thông điệp ACK đáp lại Yêu cầu INVITE mời bên bị gọi tham gia vào một hội nghị hoặc một đối thoại hai bên Sau đó nếu bên bị gọi đồng ý tham gia thì xác nhận bằng cách gửi lại một thông điệp ACK Yêu cầu INVITE bao gồm một bản mô tả phiên cung cấp cho bên bị gọi đầy đủ thông tin để tham gia vào phiên đó Nếu bên bị gọi hưởng ứng lời mời thì nó cũng gửi lại một bản giống như vậy trong thông điệp ACK

Xác định người bị gọi :

Bên bị gọi có thể thay đổi địa điểm từ trạm cuối này sang trạm cuối khác Anh ta có thể lúc thì kết nối vào mạng LAN trong công ty, lúc thì truy nhập từ nhà vào mạng công cộng của một ISP Những vị trí này có thể đăng kí một cách mềm dẻo với SIP Server hoặc với các Server xác định vị trí ở ngoài hệ thống SIP Trong trường hợp sau các SIP Server phải lưu trữ một bảng danh sách các

vị trí có thể Một server vị trí thực sự trong hệ thống SIP sinh ra các bảng danh sách này và chuyển cho SIP server

Hoạt động thiết lập cuộc gọi trong hệ thống SIP:

Các SIP server có thể hoạt động như một Proxy server hoặc Redirect server SIP server có thể liên lạc với một Location server bên ngoài để có thông tin về đường đi tới đích Location server có thể là bất kì hệ thống nào chứa thông tin

về thuê bao bị gọi

2.2.4 Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP

Quá trình thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP cơ bản được mô tả trong hình 2.9:

UAC Proxy

Server

Redirect Server

Proxy Server