Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
5
Hình 1.1 Mô hình mạng VoIP.
Từ 1/7/2001 đến nay Tổng cục Bưu điện đã cho phép Vietel, VNPT, Saigon
Postel và Công ty điện lực Việt Nam chính thức khai thác điện thoại đường dài trong
nước và quốc tế qua giao thức IP, gọi tắt là VoIP. Sự xuất hiện VoIP ở Việt Nam đã
cung cấp cho xã hội một dịch vụ điện thoại đường dài có cước phí thấp hơn nhiều so
với dịch vụ điện thoại đường dài truyền thống với chất lượng mà người sử dụng có thể
chấp nhận được. Nó cũng phù hợp với xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới và
đặc biệt là ở khu vực Châu á - Thái Bình Dương.
1.2.1 Ưu nhược điểm của VoIP so với mạng điện thoại PSTN truyền thống
Với khả năng sử dụng hiệu quả và tiết kiệm độ rộng băng tần, VoIP có nhiều
ưu điểm so với PSTN như sau:
• Giảm cước dịch vụ điện thoại đường dài.
• Nhiều cuộc gọi hơn, giảm độ rộng băng thông cho mỗi kết nối.
1 2 3
4 5 6
7 8 9
*
8 #
T e lep h o ne
M ¹ng
IP
M e d ia G a te w a y
C o n tro ller
1 2 3
4 5 6
7 8 9
*
8 #
1 2 3
4 5 6
7 8 9
*
8 #
T e le p h o n e
T e lep h o ne
PST N
M ¹ng b¸o
hiÖu sè 7
(SS7)
S ig n a lin g G a te w a y
C o n tro ller
PST N
V o IP
G a t e w a y
V o IP
G a t e w a y
V o IP
G a t ew a y
IP
T e le p h o n e
IP
T e le p h o n e
IP
T e le p h o n e
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
6
• Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung khác và giúp triển khai các dịch vụ
mới nhanh chóng, dễ dàng, tự động dịch vụ…
• Sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP vì là giao thức mở nên các thiết bị
sử dụng IP được nhiều nhà sản xuất cung cấp với giá cạnh tranh và nó là
giao thức phổ cập rộng rãi.
Ưu điểm chính của dịch vụ VoIP đối với khách hàng là giá cước rất rẻ so với
thoại thông thường do các cuộc gọi VoIP sử dụng lượng băng thông rất ít. Trong khi
thoại thông thường sử dụng kỹ thuật số hoá PCM theo cuẩn G.711 với lượng băng
thông cố định cho một kênh thoại là 64kb/s thì VoIP sử dụng kiểu số hoá nguồn như
CS-CELP theo chuẩn G.729 (8kb/s), G.723 (5.3kb/s hoặc 6.3kb/s). Như vậy rõ ràng là
lượng băng thông sử dụng đã giảm một cách đáng kể. Hơn nữa trong thực tế khi hai
người nói chuyện với nhau thì thường là một người nói và người kia nghe chứ không
phải hai bên cùng nói. Vả lại ngay cả đối với người đang nói thì người này cũng có
lúc dừng do hết câu hoặc lấy hơi… khi ấy không có thông tin thoại thực sự cần phải
truyền đi và người ta gọi là khoảng lặng. VoIP sử dụng cơ chế triệt khoảng lặng cho
nên có thể tiết kiệm thêm lượng băng thông “khoảng lặng” này để truyền các dạng
thông tin khác. Đấy là một ưu điểm lớn của VoIP so với mạng điện thoại chuyển
mạch kênh truyền thống. Thông thường băng thông truyền dẫn cần thiết cho một cuộc
gọi PSTN có thể sử dụng cho 4-6 thậm chí 8 cuộc gọi VoIP với chất lượng cao.
Nếu để ý chi phí cho cuộc gọi theo từng phút ta sẽ thấy lượng tiền tiết kiệm
được quả là không nhỏ. Tuy nhiên việc tiết kiệm này còn tuỳ thuộc vào vùng địa lý và
khoảng cách. Đối với các cuộc gọi nội hạt thì việc tiết kiệm này có vẻ không quan
trọng nhưng đối với các cuộc gọi đường dài nhất là các cuộc gọi quốc tế thì nó thật sự
là đáng kể. Điều này được thể hiện ở giá cước mà các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra,
thông thường giảm còn 1/10 đối với các cuộc gọi quốc tế.
Ưu điểm nữa của VoIP là khả năng dễ dàng kết hợp các loại dịch vụ thoại, dữ
liệu và video. Mạng IP dang phát triển một cách bùng nổ trên toàn thế giới và càng
ngày càng có nhiều ứng dụng đã và đang được phát triển trên nền IP như Internet trở
nên gần gũi với cuộc sống con người. Để giải quyết vấn đề thời gian thực là vấn đề
chính cần quan tâm trong các dịch vụ thời gian thực qua mạng gói, tổ chức IETF phát
triển giao thức truyền tải thời gian thực RTP/RTCP là công cụ cho việc truyền tải
thoại và video trên mạng IP, sử dụng giao thức này. Sử dụng giao thức này các gói tin
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
7
sẽ đảm bảo được mức độ trễ cho phép khi truyền trên mạng nhờ sử dụng các cơ chế
ưu tiên và các dạng format gói tin RTP thích hợp. Bộ giao thức H.323, SIP được các
tổ chức ITU, IETF phát triển để thực hiện báo hiệu và điều khiển cuộc gọi VoIP, đã
được chẩn hoá quốc tế sử dụng cho việc cung cấp dịch vụ thông tin đa phương tiện
trên nền IP. Việc triển khai VoIP không đòi hỏi nâng cấp cơ sở hạ tầng mạng một
cách phức tạp, các thiết bị bổ sung là Gateway, Gatekeeper và bộ điều khiển đa điểm
MCU. Chi phí cho các thiết bị này tương đối rẻ và việc cài đặt, bảo dưỡng cũng
không phức tạp lắm. Hiện nay có nhiều hãng viễn thông lớn trên thế giới cung cấp
thiết bị cho thoại VoIP như Cisco, Acatel, Siemen…Các thiết bị này có thể tương
thích với hầu hết các chuẩn giao thức hiện nay.
Bên cạnh các ưu điểm, VoIP còn có những nhược điểm đặc biệt là về chất
lượng dịch vụ:
• Do dựa trên nền IP là kiểu mạng best effort và không tin cậy.
• Độ trễ không đồng nhất giữa các gói tin.
1.2.2 Các kỹ thuật mã hoá và nén số trong VoIP
Kỹ thuật số hoá đã cho phép truyền thông được tín hiệu tương tự giữa các địa
điểm cách xa nhau một cách khá trung thực. Tuy nhiên, một nhược điểm cơ bản của
số hoá đó là nó sẽ làm tăng độ rộng băng tần cần thiết. Trong mạng điện thoại thông
thường tín hiệu được mã hoá theo luật A hoặc luật µ với tốc độ 64kbps. Với cách mã
hoá này, cho phép khôi phục một cách tương đối trung thực các âm thanh trong giải
tần thoại. Tuy nhiên trong ứng dụng thoại trên mạng IP yêu cầu truyền âm thanh với
tốc độ càng thấp càng tốt. Từ đó đã xuất hiện một số kỹ thuật mã hoá và nén tín hiệu
tiếng nói như G.723.1,G.729A,GSM
Về cơ bản các bộ mã hoá tiếng nói có ba loại: mã hoá dạng sóng (waveform),
mã hoá nguồn (source) và mã hoá lai (hybrid) là sự kết hợp cả hai loại mã hoá dạng
trên.
Nguyên lý của mã hoá dạng sóng là mã hoá dạng của tín hiệu tuơng tự. Tại
phía phát, bộ mã hóa sẽ nhận các tín hiệu tương tự liên tục và mã hoá thành tín hiệu
số trước khi truyền đi. Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khôi phục tín hiệu
tương tự từ luồng số thu được. Nếu không có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng
nói khôi phục sẽ rất giống với dạng sóng tiếng nói gốc. Cơ sở của bộ mã hoá dạng
sóng là: nếu người nghe nhận được một bản sao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
8
lượng âm thanh sẽ rất tuyệt vời. Tuy nhiên trong thực tế, qúa trình mã hoá lại sinh ra
tạp âm lượng tử (mà thực chất là méo dạng sóng ), nhưng nó thường đủ nhỏ để không
ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói thu được. Ưu điểm của bộ mã hoá loại này là: độ
phức tạp, giá thành thiết kế, độ trễ và công suất tiêu thụ thấp. Người ta có thể áp dụng
chúng để mã các tín hiệu khác như: tín hiệu báo hiệu, tín hiệu tương tự ở giải tần âm
thanh và đặc biệt với những thiết bị ở một điều kiện nhất định thì chúng còn có khả
năng mã hoá được cả tín hiệu audio. Bộ mã hoá dạng sóng đơn giản nhất là điều chế
xung mã (PCM), điều chế Delta (DM) Tuy nhiên, nhược điểm của bộ mã hoá dạng
sóng là không tạo được tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit thấp (dưới 16 kbps).
Nguyên lý bộ mã hoá nguồn là mã hóa theo kiểu phát âm (vocoder), ví dụ như
bộ mã hoá dự báo tuyến tính (LPC). Đặc điểm của kiểu mã hoá này là giả thiết rằng:
tín hiệu tiếng nói bao gồm cả âm hữu thanh và vô thanh. Đối với âm hữu thanh thì
nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dãy xung, còn đối với các âm vô thanh thì
nó sẽ là một nguồn nhiễu ngẫu nhiên. Trong thực tế, có rất nhiều cách để kích thích
cơ quan phát âm. Nhưng để đơn giản hoá, người ta giả thiết rằng chỉ có một điểm kích
thích trong toàn bộ giai đoạn lên giọng của tiếng nói, dù cho đó là âm hữu thanh hay
vô thanh.
Vào năm 1982, Atal đã đề ra một mô hình mới về kích thích, được gọi là kích
thích đa xung. Trong mô hình này, không cần biết trước âm cần tạo ra là âm hữu
thanh hay vô thanh và đó có phải là giai đoạn lên giọng hay không. Sự kích thích
được mô hình hoá bởi một số xung (thông thường là 3 xung trên 5ms ) có biên độ và
vị trí được xác định bằng cực tiểu hoá sai lệch, có tính đến trọng số thụ cảm, giữa
tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp. Phương pháp này có khả năng cho tiếng nói chất
lượng cao tại tốc độ bit quanh 10 kbps và thậm chí chỉ 4,8 kbps. Tín hiệu kích thích sẽ
được tối ưu hoá một cách kỹ lưỡng và người ta sử dụng kỹ thuật mã hoá dạng sóng để
mã hoá tín hiệu kích thích này một cách có hiệu quả.
Bảng dưới đây trình bày về một số chuẩn mã hoá đang được sử dụng trong
thực tế:
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
9
Hình 1.2 Các chuẩn mã hoá thoại.
Trong đó, các G.711 là thực hiện mã hoá PCM thông thường cho tốc độ 64
kbps, G.728 là kỹ thuật mã hoá CELP ở tốc độ 16 kbps với sự thay đổi độ trễ thấp,
G.729 là kỹ thuật mã hoá CELP cho tốc độ 8 kbps, G.723.1 cho tốc độ rất thấp ở 5,3
kbps và 6,3 kbps là các chuẩn mã hoá được dùng phổ biến trong công nghệ VoIP.
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
10
CHƯƠNG II
CÁC GIAO THỨC TRONG VoIP
Trong một vài năm trở lại dây, công nghệ VoIP đã trở thành một công nghệ
hứa hẹn mang lại các lợi ích to lớn cho xã hội, nhiều tổ chức đã tiến hành nghiên cứu
và phát triển các giao thức cho VoIP mà đáng quan tâm hơn cả là hai giao thức H.323
và SIP đang được tiến hành tại nhiều quốc gia trên thế giới.
2.1 Hệ thống VoIP H.323
2.1.1 Giới thiệu
Chuẩn H.323 cung cấp nền tảng cho việc truyền thông thoại, video và dữ liệu
qua các mạng dựa trên IP, bao gồm cả Internet. H.323 là khuyến nghị của ITU, nơi
đưa ra các chuẩn truyền thông đa phương tiện trên các mạng LANs, các mạng này
không đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS).
H.323 có thể dùng cho nhiều cơ cấu mạng khác nhau: chỉ có audio (IP
telephony), audio và video (videotelephony), audio và dữ liệu, tích hợp audio, video
và dữ liệu. Nó cũng có thể dùng cho truyền thông đa điểm đa phương tiện. H.323
cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ và có thể dùng trong các lĩnh vực khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
11
2.1.2 Lịch sử phát triển của H.323
Ban đầu H.323 là giao thức dành cho LANs (1996), chỉ là kết nối thoại trên
mạng LAN. Sau đó là sử dụng trên mạng WAN, mạng VoIP riêng và sau cùng là giao
thức trên Internet. Trước kia nó được các giao thức của IETF chấp nhận như RTP-
cung cấp khả năng truyền thoại và video thời gian thực qua mạng IP trên toàn thế giới
nhưng thực tế H.323 lớn hơn so với giao thức chỉ dành riêng cho mạng LAN. Nhận
thức được điều này, ITU-T đã liên tục phát triển giao thức này. H.320 cũng tương tự
như H.323 vì nó cũng cung cấp truyền thoại, video và dữ liệu song H.323 lại được
thiết kế cho truyền thông qua mạng gói như Internet, LAN doanh nghiệp hay các
mạng dựa trên IP khác trong khi H.320 chỉ thiết kế để dùng cho ISDN.
Dù có nhiều lần bổ sung song điểm tập trung cần phải giải quyết vẫn là tính
tương thích ngược. Mỗi version mới được đưa ra có nhiều đặc điểm nhưng vẫn không
thoả mãn được tính phối hợp hoạt động. H.323 bao gồm các giao thức H.225.0-RAS,
Q.931- H.245, RTP/RTCP và các bộ mã hoá và giải mã thoại, video, dữ liệu như các
bộ mã hoá và giải mã thoại (audio) G.711, G.723.1, G.728 , cho video là H.261 và
H.263, cho dữ liệu là T.120. Các dòng thông tin dữ liệu được truyền trên giao thức
H.323 MCU
H.323
Terminal
H.323
Terminal
H.323
Gateway
H.323
Terminal
H.323
Gatekeeper
IP Network
H.323 system
PSTN
ISDN
V.70
Terminal
H.324
Tẻminal
Speech
Terminal
H.320
Terminal
Speech
Terminal
Hình 2.1 Các phần tử kết nối mạng H.323.
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
12
RTP/RTCP. RTP mang thông tin thực còn RTCP mang thông tin điều khiển và trạng
thái. Thông tin báo hiệu (ngoại trừ RAS) được truyền tin cậy trên giao thức TCP. Các
giao thức sau xử lý về báo hiệu:
• RAS: Quản lý việc đăng ký, chấp nhận và trạng thái dùng cho truyền
thông giữa một điểm cuối H.323 với một gatekeeper.
• Q.931: Quản lý việc thiết lập và điều khiển /kết thúc cuộc gọi.
• H.225: Điều khiển cuộc gọi.
• H.245: thảo luận về việc sử dụng kênh và các khả năng.
• H.235: bảo mật và nhận thực.
• H.450.x: các dịch vụ bổ trợ.
2.1.3 Sơ đồ mạng lưới
Hình 2.2 Sơ đồ mạng lưới mạng VoIP.
Hình trên cho thấy vị trí các phần tử cơ bản và kết nối của chúng trong mạng
VoIP sử dụng chuẩn H.323 và kết nối tới các mạng ngoài.
2.1.4 Bộ giao thức H.323
H.323 cung cấp nhiều loại hình dịch vụ từ thoại đến video và dữ liệu, thông tin
đa phương tiện. Lược đồ sau minh hoạ các giao thức H.323 khi so sánh với mô hình
OSI.
Với dịch vụ Audio có giao thức lớp ứng dụng là các chuẩn G (G.711, G.723,
G.729) và Video có giao thức lớp ứng dụng là các chuẩn H (H.261, H.263), chúng
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
13
cùng với các giao thức RTCP, RAS, RTP dựa trên nền giao tức UDP ở lớp vận
chuyển.
- Với dịch vụ dữ liệu/fax: có chuẩn riêng, không dựa trên UDP, đó là T.120
cho dữ liệu và T.138 cho fax.
- Với các dịch vụ bổ sung: chỉ nằm trong lớp vận chuyển có các giao thức
báo hiệu và điều khiển, sử dụng TCP ở lớp vận chuyển phía dưới.
Hình 2.3 Mô hình giao thức H.323 tương quan với mô hình OSI.
Các khuyến nghị giao thức H khác của ITU hoạt động cùng H.323:
H.235: Đặc tả tính bảo mật và mã hoá cho các đầu cuối theo H.323 và
H.245.
H.450.N: H.450.1 đặc tả khung công việc cho các dịch vụ bổ sung như các
dịch vụ chuyển cuộc gọi, chuyển hướng cuộc gọi, giữ cuộc gọi, dừng cuộc
gọi, đợi cuộc gọi, chỉ dẫn có tin nhắn chờ, nhận dạng tên, kết thúc cuộc gọi,
yêu cầu cuộc gọi và chỉ dẫn cuộc gọi.
H.246: Đặc tả liên mạng giữa các đầu cuối H với các đầu cuối chuyển mạch
kênh.
RTP (Real Transfer protocol): Giao thức vận chuyển thời gian thực cung cấp
các chức năng vận chuyển phù hợp cho các ứng dụng truyền dữ liệu thời gian thực
Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT
14
như audio, video, hay dữ liệu mô phỏng qua các dịch vụ mạng như unicast hoặc
multicast. RTP không chiếm giữ nguồn địa chỉ và không đảm bảo chất lượng dịch vụ
cho các dịch vụ thời gian thực. Nó được bổ sung vào dữ liệu UDP trong H.323.
RTCP: Đảm bảo giao thức thời gian thực, nó cho phép giám sát luồng lưu
lượng phân tán trong mạng và thực hiện các chức năng điều khiển luồng, nhận dạng
luồng cho các lưu lượng thời gian thực.
Các bản tin điều khiển: Bản tin báo hiệu Q.931, các bản tin thay đổi khả năng
H.245, bản tin giao thức RAS được mang trên lớp TCP tin cậy.
Hình 2.4 trình bày các chức năng giao thức của hệ thống VoIP sử dụng H.323
cho Audio.
Hình 2.4 Các chức năng giao thức của hệ thống VoIP.
• Chức năng điều khiển H.245 dùng kênh điều khiển H.245 để mang bản tin
điều khiển đầu cuối-đầu cuối để quản lý hoạt động thực thể H.323.
- Các bản tin: khả năng trao đổi, đóng và mở kênh logic, yêu cầu ưu tiên
mode, bản tin điều khiển luồng, lệnh và chỉ thị chung.
- Vị trí: thiết lập giữa hai điểm cuối, điểm cuối với MCU, điểm cuối và
Gatekeeper. Kênh điều khiển H.245 được mang trên kênh logic 0, kênh
logic này mở từ khi thiết lập kênh điều khiển H.245 đến khi kết thúc
kênh này.
- Có 4 loại bản tin H.245: Request, Response, Command, Indication. Bản
tin Request và Response được sử dụng bởi các thực thể giao thức, bản
Audio
In/Out
Điều
khiển
Hệ thống
Chuyển
tải
Mã
Audio
Chuyển
đổi IP
Mạng IP
(Internet)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét