›
›

Đồ án Công nghệ VOIP và ứng dụng - Mai Văn Lập

pdf 95 trang huongle 180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Công nghệ VOIP và ứng dụng - Mai Văn Lập", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_cong_nghe_voip_va_ung_dung_mai_van_lap.pdf

Nội dung text: Đồ án Công nghệ VOIP và ứng dụng - Mai Văn Lập

  1. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG iso 9001:2008 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Người hướng dẫn: Th.S Mai Văn Lập Sinh viên : Nguyễn Thị Hằng HẢI PHÕNG - 2010 1
  2. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG CƠNG NGHỆ VOIP VÀ ỨNG DỤNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Người hướng dẫn : ThS. Mai Văn Lập Sinh viên : Nguyễn Thị Hằng HẢI PHÕNG – 2010 2
  3. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Thị Hằng Mã số:100460 Lớp : ĐT1001 Ngành: Điện tử viễn thơng. Tên đề tài : Cơng nghệ VoIP và ứng dụng. 3
  4. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính tốn và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. 4
  5. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 5
  6. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ và tên : Mai Văn Lập Học hàm, học vị: Thạc sỹ. Cơ quan cơng tác : Trường Đại học Dân lập Hải Phịng. Nội dung hướng dẫn : . Người hướng dẫn thứ hai: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan cơng tác : Nội dung hướng dẫn : 6
  7. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2010. Yêu cầu phải hồn thành xong trước ngày tháng năm 2010. Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phịng, ngày tháng năm 2010. HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lượng của đồ án ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu ): 7
  8. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (ghi cả số và chữ) : Hải Phịng, ngày tháng năm 2010. Cán bộ hướng dẫn PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN 1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 8
  9. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2. Cho điểm của cán bộ phản biện. (Điểm ghi cả số và chữ). Hải Phịng, ngày tháng năm 2010. Người chấm phản biện 9
  10. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VOIP 2 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VOIP 2 1.2. ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG VOIP 4 1.2.1. Ưu điểm 4 1.2.2. Nhược điểm 7 1.3. PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ ĐIỆN THOẠI IP 7 1.3.1. Khả năng triển khai dịch vụ điện thoại IP 7 1.3.2. Các yêu cầu khi phát triển dịch vụ điện thoại IP 8 1.3.3. Những khĩ khăn khi triển khai dịch vụ 9 1.3.4. Xu hướng phát triển 9 Chương 2: CƠNG NGHỆ VOIP 11 2.1. KIẾN TRÚC MẠNG VOIP 11 2.1.1. Mơ hình kiến trúc phân tầng của hệ thống VoIP 11 2.1.1.1. Lớp giao tiếp mạng 11 2.1.1.2. Lớp mạng 12 2.1.1.3. Lớp giao vận 13 2.1.1.4. Lớp ứng dụng 13 2.1.2. Mơ hình phân lớp chức năng 14 2.1.2.1. Lớp cơ sở hạ tầng mạng gĩi 14 2.1.2.2. Lớp điều khiển cuộc gọi 14 2.1.2.3. Lớp ứng dụng dịch vụ 15 2.1.3. Kiến trúc mạng VoIP 15 2.1.4. Thực hiện cuộc gọi qua mạng VoIP 17 2.1.4.1. Mơ hình PC-PC 17 2.1.4.2. Mơ hình PC to phone 17 2.1.4.3. Mơ hình Phone to phone 18 2.2. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU THOẠI TRONG VOIP 18 2.2.1. Xử lý tín hiệu 18 2.2.1.1. Quá trình biến đổi thoại sang số và ngược lại 19 2.2.1.2. Giao tiếp hệ thống PCM 20 10
  11. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.2.2. Phương pháp mã hĩa nén thoại trong VoIP 20 2.2.2.1. Tại sao phải nén tín hiệu thoại 20 2.2.2.2. Kĩ thuật nén tín hiệu thoại trong VoIP 21 2.2.3. Đĩng gĩi tín hiệu thoại – Bộ giao thức RTP/RTCP 24 2.2.4. Quá trình xử lý tín hiệu thoại trong Media Gateway 25 2.2.4.1. Các thành phần của một Media Gateway 25 2.2.4.2. Quá trình xử lý tín hiệu thoại 26 2.3. CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG VOIP 27 2.3.1. Giao thức báo hiệu H.323 27 2.3.1.1. Kiến trúc mạng và các thành phần trong hệ thống H.323 27 2.3.1.1.1. Thiết bị đầu cuối H.323 28 2.3.1.1.2.Getway 29 2.3.1.1.3. Gatekeeper 29 2.3.1.1.4. Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU 30 2.3.1.2. Giao thức H.323 31 2.3.1.2.1. Báo hiệu RAS 32 2.3.1.2.2. Báo hiệu điểu khiển cuộc gọi H.225 32 2.3.1.2.3. Giao thức H.245 33 2.3.1.3. Thiết lập cuộc gọi VoIP sử dụng giao thức H.323 35 2.3.1.3.1. Báo hiệu trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối 35 2.3.1.3.2. Báo hiệu được định tuyến thơng qua Gatekeeper 37 2.3.1.3.3. Thiết lập cuộc gọi giữa hai thiết bị đầu cuối 37 2.3.2. Giao thức báo hiệu SIP 38 2.3.2.1. Các thành phần trong mạng SIP 39 2.3.2.2. Mối liên hệ giữa các thành phần trong mạng SIP 40 2.3.2.3. Bản tin SIP 41 2.3.2.4. Mơ tả cuộc gọi SIP 42 2.3.2.4.1. Cuộc gọi được định tuyến qua Proxy Server 42 2.3.2.4.2. Báo hiệu trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối 43 2.3.2.4.3. Thiết lập cuộc gọi SIP giữa hai điện thoại 44 2.3.3. So sánh giữa giao thức H.323 và SIP 45 2.4. KẾT NỐI GIỮA MẠNG VOIP VÀ PSTN 47 2.4.1. Vấn đề kết nối giữa VoIP và PSTN 47 11
  12. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.4.2. Mạng báo hiệu SS7 48 2.4.2.1. Các thành phần trong mạng báo hiệu SS7 48 2.4.2.2. Giao thức trong mạng SS7 49 2.4.2.3. Các bước thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 51 2.4.3. Giao thức SIGTRAN 52 2.4.4. Kết nối mạng VoIP với PSTN 53 2.4.4.1. Cuộc gọi bắt đầu từ mạng VoIP (SIP) và kết thúc tại PSTN 53 2.4.4.2. Cuộc gọi bắt đầu từ PSTN và kết thúc ở mạng VoIP 54 2.4.4.3. Cuộc gọi PSTN – PSTN thơng qua mạng VoIP. 55 Chương 3: ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ VOIP 58 3.1. CÁC ỨNG DỤNG CỦA VOIP 58 3.1.1. Thoại thơng minh 58 3.1.2. Dịch vụ Callback Web 58 3.1.3. Dịch vụ Call center 59 3.1.4. Dịch vụ fax qua IP 59 3.1.5. Dịch vụ tính cước cho bị gọi 59 3.2. ỨNG DỤNG VOIP TẠI VIỆT NAM 60 3.2.1. Cấu hình mạng Internet backbone 60 3.2.2.Một số phần mềm VoIP phổ biến hiện nay 62 3.2.2.1. Phần mềm Skype 62 3.2.2.2. Phần mềm Google Talk 65 3.2.2.3. Phần mềm VoIP 66 3.2.2.4. Phần mềm VoIP Voice 777 67 3.2.3. Một số thiết bị gọi điện thoại VoIP: 69 3.2.3.1. Điện thoại VoIP MaxIP10: 69 3.2.3.2. Planet USB Phone UP 100 70 3.2.3.3. Planet SKD 200 và DCT 100 70 3.2.4. Gọi miễn phí giữa các chi nhánh trong doanh nghiệp 70 3.2.4.1. Mơ hình VoIP khơng đăng ký với SIP Server 70 3.2.4.2. Mơ hình VoIP đăng ký với SIP Server 75 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 12
  13. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Viết đầy đủ Ý nghĩa viết tắt ADPC Adaptive Differential Pulse Điều chế xung mã vi sai thích M Code Modulation nghi CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm DNS Domain Name System Hệ thống phân giải tên miền DSP Digital Signalling Proccessor Bộ xử lý tín hiệu số Global System for Mobie Hệ thống tồn cấu cho điện GSM thoại di động HTTP Hypertext Tranfer Protocol Giao thức chuyển siêu văn bản Tổ chức viễn thơng quốc tế - Lực IETF Internet Engineering Task Forcelượng chuyên phụ trách kỹ thuật kết nối mạng IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 IP version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 Integrated Service Digital Mạng dịch vụ tích hợp số ISDN Network ISUP ISDN User Part Phần người dùng ISDN International Hiệp hội viễn thơng quốc tế - Tổ Telecommunication Union - ITU-T chức chuẩn hĩa các kỹ thuật Telecommunication viễn thơng Standardization Sector Bộ chuyển đổi người dùng IUA ISDN User Adapter ISDN LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ LLC Logic Link Control Điều khiển liên kết logic Điều khiển truy nhập mơi MAC Media Access Control trường 13
  14. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng MC Multipoint Controller Bộ phận điều khiển đa điểm MCU Multipoint Control Unit Đơn vị điều khiển đa điểm Media Gateway Control Giao thức điều khiển Media MGCP Protocol Getway Millions of Instruction per MIPS Đơn vị thời gian (triệu/giây) second MP Multipoint Processor Bộ xử lý đa điểm MTP Message Tranfer Part Phần truyền bản tin Bộ chuyển đổi người dùng M2UA MTP2 User Adapter MTP2 Bộ chuyển đổi bản tin lớp 2 M2PA MTP L2 Peer-to-Peer Adapter ngang hàng Bộ chuyển đổi người dùng M3UA MTP3 User Adapter MTP3 OSI Open System Interference Mơ hình tham chiếu mạng PAM Pulse Amplitude Modulation Điều biên dạng xung PBX Private Branche Xchange Tổng đài chi nhánh riêng PC Personnal Computer Máy tính cá nhân PCM Pulse-Code Modulation Bộ mã hĩa mã xung Public Switch Telephone PSTN Mạng điện thoại cơng cộng Network QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ Báo hiệu đăng kí, cấp phép, RAS Register Admission Status thơng tin trạng thái Giao thức định trước nguồn tài RSVP Reservation Protocol nguyên RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền thời gian thực Real-Time Transport Control Giao thức điều khiển truyền thời RTCP Protocol gian thực Session Announcement SAP Giao thức thơng báo phiên Protocol SCN Switching Network Mạng chuyển mạch kênh 14
  15. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng SCP Signal Control Point Điểm điều khiển báo hiệu Signaling Connection Control Phần điều khiển kết nối báo SCCP Part hiệu Stream Control Transmission Giao thức truyền điều khiển SCTP Protocol luồng SDP Session Description Protocol Giao thức mơ tả phiên SIP Session Initiation Protocol Giao thức thiết lập phiên SS7 Signaling System No.7 Hệ thống báo hiệu số 7 SSP Switch Service Point Điểm dịch vụ chuyển mạch Giao thức truyền báo hiệu SS7 Sigtran Signalling Transport trên mạng IP STP Signal Tranfer Point Điểm truyền báo hiệu Bộ chuyển đổi người dùng SUA SCCP User Adapter SCCP Transaction Capabilities Phần ứng dụng cung cấp giao TCAP Application Part dịch Transmission Control Giao thức điều khiển truyền TCP Protocol thơng tin TUP Telephone User Part Phần người dùng điện thoại UA User Agent Đại diện người sử dụng User Agent Client Đại diện người sử dụng khách UAC hàng User Agent Server Đại diện người sử dụng máy UAS chủ UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người dùng Cơng nghệ truyền thoại trên VoIP Voice over Internet Protocol mạng IP VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng băng rộng 15
  16. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng LỜI MỞ ĐẦU Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gĩi IP hiện nay cùng với sự hội nhập mạnh mẽ vào nền kinh tế khu vực và thế giới, mơi trường viễn thơng Việt Nam cũng cĩ những bước chuyển lớn với hàng loạt các dịch vụ mới. Chẳng hạn như sự ra đời của mảng điện thoại di động mới Sfone phá vỡ thế độc quyền của Vinafone, Mobifone, tiếp theo là dịch vụ đường truyền Internet tốc độ cao ADSL với chi phí thấp, rồi tiếp theo là sự ra đời của dịch vụ gọi điện thoại quốc tế giá rẻ Internet Phone. Sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thơng thế giới, lợi ích mà nĩ mang lại là rất lớn. Đối với người tiêu dùng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể. Cịn 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. VoIP ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như chất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại. Mạng VoIP ra đời như là một cuộc các mạng của hệ thống viễn thơng và xã hội. Với những ưu điểm vượt trội, mạng VoIP đã chứng tỏ được sức sống và tính thực tiễn cao của nĩ. Để thấy được những ưu nhược điểm cũng như những lợi ích mà VoIP đã mang lại và những ứng dụng thực tế trong đồ án này em nghiên cứu về Đề tài: “Cơng nghệ VoIP và ứng dụng”. Đồ án gồm 3 chương: Chương I: Tổng quan về VoIP Chương II: Cơng nghệ VoIP Chương III: Ứng dụng cơng nghệ VoIP Do hạn chế về thời gian nghiên cứu, khuơn khổ của Đồ án cũng như kiến thức và kinh nghiệm ứng dụng thực tiễn nên Đồ án của em khơng tránh khỏi những thiếu sĩt. Rất mong nhận được sự cảm thơng và đĩng gĩp ý kiến của các thầy cơ giáo, bạn bè, để Đồ án của em được hồn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hải phịng, ngày 12 tháng 7 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thị Hằng 16
  17. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VOIP 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VOIP VoIP (Voice over Internet Protocol) là cơng nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn cĩ của mạng Internet. VoIP là một trong những cơng nghệ viễn thơng đang được quan tâm nhất hiện nay khơng chỉ đối với nhà khai thác, các nhà sản xuất mà cịn cả với người sử dụng dịch vụ. VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP cĩ sẵn thay vì phải được truyền qua mạng PSTN (Public Switch Telephone Network). Ngày nay nhiều cơng ty đã thực hiện giải pháp VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chi nhánh xa nhau. Hình 1.1: Mơ hình truyền thoại qua IP Nhìn chung VoIP cĩ thể vừa thực hiện mọi cuộc gọi như trên mạng điện thoại kênh truyền thống PSTN, vừa đồng thời truyền dữ trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Như vậy, nĩ đã tận dụng được sức mạnh và sự phát triển vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thơng thường. Cơng nghệ này dựa trên chuyển mạch gĩi, nhằm thay thế cơng nghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Nguyên tắc của VoIP bao gồm việc 17
  18. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng số hĩa tín hiệu tiếng nĩi, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gĩi nếu cần và truyền gĩi tin này qua mạng, tới nơi nhận các gĩi tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nĩi ban đầu. Để gọi điện qua VoIP, người dùng cần cĩ chương trình phần mềm điện thoại SIP hoặc một điện thoại VoIP dạng phần cứng. Cĩ thể gọi điện thoại đến bất cứ đâu, cho bất kỳ ai đối với cả số điện thoại VoIP và những người dùng số điện thoại bình thường. Hình 1.2: Mơ hình chung của một kế nối VoIP Để cĩ thể hiểu được những ưu điểm của VoIP mang lại, trước hết chúng ta đi vào nghiên cứu mạng chuyển mạch gĩi nĩi chung và mạng VoIP nĩi riêng. Kỹ thuật chuyển mạch gĩi (Packet Switching): Trong chuyển mạch gĩi mỗi bản tin được chia thành các gĩi tin (packet), cĩ khuơn dạng được quy định trước. Trong mỗi gĩi cũng cĩ chứa thơng tin điều khiển: Địa chỉ trạm nguồn, địa chỉ trạm đích và số thứ tự của gĩi tin Các thơng tin điều khiển được tối thiểu, chứa các thơng tin mà mạng yêu cầu để cĩ thể định tuyến được cho các gĩi tin qua mạng và đưa nĩ tới đích. Tại mỗi node trên tuyến gĩi tin 18
  19. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng được nhận, nhớ và sau đĩ thì chuyển tiếp cho tới trạm đích. Vì kỹ thuật chuyển mạch gĩi trong quá trình truyền tin cĩ thể được định tuyến động để truyền tin. Điều khĩ khăn nhất đối với chuyển mạch gĩi là việc tập hợp các gĩi tin để tạo bản tin ban đầu; đặc biệt là khi các gĩi tin được truyền theo nhiều con đường khác nhau tới trạm đích. Chính vì lý do trên mà các gĩi tin cần phải được đánh dấu số thứ tự, điều này cĩ tác dụng chống lặp, sửa sai và cĩ thể truyền lại khi hiên tượng mất gĩi xảy ra. Các ưu điểm của chuyển mạch gĩi: Mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: Tính mềm dẻo trong định tuyến, trong việc thay đổi băng thơng. Hiệu suất sử dụng đường truyền rất cao vì trong chuyển mạch gĩi khơng cĩ khái niệm kênh cố định và dành riêng, do đĩ tận dụng được tối đa hiệu suất đường truyền. Khả năng tryền ưu tiên: Với một chồng giao thức đi kèm, chuyển mạch gĩi cĩ chế độ ưu tiên cho các ứng dụng khác nhau theo các mức khác nhau. Điều này cũng là cơ sở để phát triển mạng VoIP. Khả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại. Thích nghi tốt nếu như cĩ lỗi xảy ra: Đặc tính này cĩ được là nhờ khả năng định tuyến động của mạng. Nhược điểm: . Trễ đường truyền lớn: Do đi qua mỗi trạm, dữ liệu được lưu trữ, xử lý trước khi được truyền đi. . Độ tin cậy của mạng gĩi khơng cao, dễ xảy ra tắc nghẽn, lỗi mất bản tin . Tính đa đường cĩ thể gây là lặp bản tin, loop làm tăng lưu lượng mạng khơng cần thiết. . Tính bảo mật trên đường truyền chung là khơng cao. 1.2. ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG VOIP 1.2.1. Ưu điểm VoIP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu, khai thác tính linh hoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP và nĩ được áp dụng trên một mạng tồn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của cơng nghệ đã mang đến cho VoIP những ưu điểm sau: 19
  20. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 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. Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai thì chi phí cho một cuộc gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy nhập Internet. Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyền tải trong mạng IP cĩ khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao. Đồng thời, kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64Kbps xuống thấp tới 8Kbps kết hợp với tốc độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việc truyền tiếng nĩi theo thời gian thực là cĩ thể thực hiện được với lượng tài nguyên băng thơng thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ. So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua mạng IP:  PSTN: Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra để duy trì cho một kênh 64Kbps suốt từ đầu cuối này tới đầu cuối kia thơng qua một hệ thống các tổng đài. Chi phí này đối với các cuộc gọi đường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn.  IP: Người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64Kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phương. Nhà cung cấp dịch vụ điện thoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đĩng gĩi tín hiệu thoại và gửi chúng đi qua mạng IP một cách cĩ hiệu quả nhất để tới được Gateway nối tới một mạng điện thoại khác cĩ người liên lạc đầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm đáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps đã được thay thế bằng việc truyền thơng tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao. 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 cĩ thể đi trên cùng một mạng IP. Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư để xây dựng những mạng riêng rẽ. Khả năng mở rộng: Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ thống kín, thì rất khĩ để thêm vào đĩ những tính năng thì các thiết bị trong mạng Internet thường cĩ khả năng thêm vào những tính năng mới. Chính tính mềm dẻo đĩ mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng 20
  21. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng mở rộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống. Khơng cần thơng tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gĩi thơng tin trong mạng IP truyền đến đích mà khơng cần một sự thiết lập kênh nào. Gĩi tin chỉ cần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thơng tin đĩ cĩ thể đến được đích. Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà khơng cần phải tập trung vào chức năng thiết lập kênh. Quản lý băng thơng: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng thơng cung cấp cho một cuộc thoại là cố định (một kênh 64Kbps), nhưng trong điện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp thì băng thơng dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất cĩ thể, nhưng khi lưu lượng của mạng cao thì mạng sẽ hạn chế băng thơng của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận được nhằm phục vụ cùng lúc được nhiều người nhất. Điểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP.Việc quản lý băng thơng một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn như điện thoại hội nghị, điều mà với cơng nghệ chuyển mạch cũ thì khơng thực hiện vì chi phí quá cao. Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại như: Cho biết thơng tin về người gọi tới hay một thuê bao điện thoại IP cĩ thể cĩ nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất. Khả năng multimedia: Trong một cuộc gọi người sử dụng cĩ thể vừa nĩi chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của người nĩi chuyện bên kia. Sử dụng hiệu quả: Như đã biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet và sử dụng giao thức IP, ngày nay IP là giao thức mạng được sử dụng rộng rãi nhất và cĩ rất nhiều ứng dụng đang được khai thác trên cơ sở các giao thức của mạng IP, VoIP cĩ thể kết hợp sử dụng các ứng dụng này để nâng cao hiệu quả sử dụng mạng. Kỹ thuật VoIP được sử dụng chủ yếu kết hợp với các mạng máy tính do đĩ cĩ thể tận dụng được sự phát 21
  22. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng triển của cơng nghệ thơng tin để nâng cao hiệu quả sử dụng, các phần mềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc khai thác các dịch vụ của mạng VoIP. Cơng nghệ thơng tin càng phát triển thì việc khai thác càng cĩ hiệu quả, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ mới hỗ trợ người sử dụng trong mọi lĩnh vực. 1.2.2. Nhược điểm Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gĩi là rất khĩ thực hiện do mất gĩi trong mạng là khơng thể tránh và độ trễ khơng cố định của các gĩi thơng tin khi truyền trên mạng. Để cĩ được một dịch vụ thoại chấp nhận được cần phải cĩ một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe như: Tỉ số nén lớn, cĩ khả năng suy đốn và tạo lại thơng tin của các gĩi bị thất lạc Tốc độ xử lý của các bộ Codec phải đủ nhanh để khơng làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các cơng nghệ mới để cĩ tốc độ cao hơn và cĩ cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service). Vấn đề bảo mật: Mạng Internet là mạng cĩ tính rộng khắp và hỗn hợp, trong đĩ cĩ rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy khơng cĩ gì đảm bảo rằng thơng tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. Và nguy cơ nghe lén cuộc gọi VoIP khá cao do các gĩi dữ liệu phải chuyển tiếp qua nhiều trạm trung gian trước khi đến người nghe hoặc vấn đề truy cập trái phép, hacker cĩ thể lợi dụng các lỗ hổng bảo mật để xâm nhập vào hệ thống mạng. Ngồi ra VoIP cĩ thể gặp những vấn đề như khơng thể sử dụng được dịch vụ khi cúp điện, khơng thể kết nối đến các dịch vụ khẩn như: cấp cứu, báo cháy 1.3. PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ ĐIỆN THOẠI IP 1.3.1. Khả năng triển khai dịch vụ điện thoại IP Thoại qua IP hiện nay đã hình thành một dịch vụ phổ biến, cùng với sự phát triển khơng ngừng của Internet. Bên cạnh đĩ ta cũng thấy thực tế rằng các nhà cung cấp phần mềm hiện nay đều tích hợp trong sản phẩm của họ 22
  23. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng những tính năng cĩ thể hỗ trợ cho dịch vụ VoIP như Microsolf, IBM , điều đĩ cho thấy VoIP đang thực sự phát triển hiện tại và tương lai đang rất hứa hẹn. Qua sơ đồ sau ta thấy được khả năng phát triển của dịch vụ. Đủ tài nguyên trên mạng Internet Dịch vụ trên IP phát triển mạnh Giá cung cấp VoIP thay đổi Lợi thế giá cả trở nên khơng cần thiết Các nhà cung cấp dịch vụ mới & ISP cĩ chỗ đứng trong dịch vụ thoại Mạng IP tải phần lớn lưu lượng viễn thơng Hình 1.3: Điện thoại IP được sử dụng rộng Dựa vào sơ đồ ta thấy để VoIP phát triển thì cần phải cĩ những điều kiện nhất định. Đĩ cũng chính là lý do tại sao mặc dù hiện nay rất nhiều các nhà cung cấp quan tâm nhưng thực sự để cĩ thể dùng VoIP thay thế cho dịch vụ điện thoại truyền thống thì cịn trong khoảng thời gian dài và VoIP chỉ cĩ thể là một dịch vụ chiếm thiểu số. 1.3.2. Các yêu cầu khi phát triển dịch vụ điện thoại IP Vì các lý do trên nên 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 cơng cộng, các mạng điện thoại cá nhân sao cho chúng duy trì chất lượng thoại hiện tại và các tính chất mà người dùng mong muốn. Những yêu cầu khi phát triển VoIP: . Chất lượng thoại phải ổn định, độ trễ chấp nhận được và phải so sánh đựợc với chất lượng thoại của mạng PSTN và các mạng cĩ chất lượng phục vụ khác nhau. . Mạng IP cơ bản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động khắt khe bao gồm giảm thiểu việc từ chối cuộc gọi, mất mát gĩi và mất liên lạc. 23
  24. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Điều này địi hỏi ngay cả khi mạng bị nghẽn hoặc khi người sử dụng chung tài nguyên của mạng cùng một lúc. . Tín hiệu báo hiệu phải cĩ khả năng tương tác được với báo hiệu của mạng khác (PSTN) để khơng gây ra sự thay đổi khi chuyển giao giữa các mạng cũng như khơng ảnh hưởng đến hoạt động của mạng. . Liên kết các dịch vụ PSTN/VoIP bao gồm các Gateway giữa các mạng trường thoại và mạng dữ liệu. Các mạng sẵn cĩ cần được hỗ trợ QoS và các dịch vụ cơng đồng tồn cầu được thiết lập. 1.3.3. Những khĩ khăn khi triển khai dịch vụ  Vấn đề tiêu chuẩn: Do tiêu chuẩn quốc tế cả điện thoại IP cịn đang khơng ngừng phát triển và hồn thiện và đặc biệt là tiêu chuẩn thơng tin giữa các miền khác nhau, giữa các mạng khác nhau v.v cịn đang trong thời gian tranh luận đã ảnh hưởng trực tiếp đến sự tương thích giữa các sản phẩm điện thoại VoIP của các nhà cung cấp khác nhau. Ngồi ra vấn đề chuyển mạch của thuê bao ở các miền khác nhau, vấn đề lộ trình và vấn đề tương thích dịch vụ, vấn đề thanh tốn cước phí giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau cịn đang chờ đợi.  Vấn đề mạng truyền tải: Trong mạng Internet là khơng thể xác định trước được và luơn thay đổi, vì vậy ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng thơng thoại. Căn cứ vào tình hình kỹ thuật hiện nay cĩ thể nĩi Internet đối với thơng tin điện thoại thời gian thực yêu cầu chất lượng cao cịn tồn tại nhiều khuyết điểm.  Vấn đề dung lượng thiết bị: Các nhà sản xuất thiết bị tiếp nhận Internet và các nhà sản xuất thiết bị cổng mạng đều đang cố gắng phát triển với quy mơ lớn, từ vài cửa ra E1 cho đến hơn 100 cửa ra E1. Tuy nhiên chất lượng của thiết bị hiện nay cịn cách xa so với sản phẩm viễn thơng. 1.3.4. Xu hướng phát triển Hiện nay mảnh đất hứa hẹn cho VoIP là các mạng doanh nghiệp Intranet và mạng Etranet thương mại. Cở sở hạ tầng dựa trên IP cho phép điều khiển quản lý việc sử dụng các dịch vụ cho phép hay khơng cho phép truy cập các dịch vụ. Các sản phẩm điện thoại trên mạng Internet chưa thể đáp ứng các yêu cầu chất lượng dịch vụ như điện thoại thơng thường. Bởi vậy, phát triển VoIP trên Intranet, Etranet là hướng phát triển trước mắt. 24
  25. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Một xu thế phát triển khác hứa hẹn là xây dựng các cổng nối giữa mạng IP và mạng thoại là các VoIP Gateway. Những Gateway này xây dựng từ nền tảng PC trở thành các hệ thống mạnh cĩ khả năng điều khiển hàng trăm cuộc gọi đồng thời. Bởi vậy các doanh nghiệp sẽ phát triển lượng lớn các Gateway trong nỗ lực giảm chi phí liên quan đến lưu lượng thoại, fax và video hội nghị. 25
  26. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Chương 2 CƠNG NGHỆ VOIP 2.1. KIẾN TRƯC MẠNG VOIP 2.1.1. Mơ hình kiến trúc phân tầng của hệ thống VoIP Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP phổ biến hiện nay được mơ tả giống như cấu trúc phân lớp của mơ hình TCP/IP và được biểu diễn như sau: OSI VoIP Application H.323 Presentation RTP/ RTCP Session Transport TCP/UDP/SCT P Network IPv4,CTP IPv6 Data link Link & Physical Layer Physical (Kênh điều Hình 2.1:khiển MơA/ hình tham chiếu OSI so với mơ hình mạng VoIP Video code 2.1.1.1. Lớp giao tiếp mạng G.711 Lớp giaoG.722 tiếp mạng: Là lớp thấp nhất của mơ hình TCP/IP, cĩ trách nhiệm nhận cácG.723 IP datagram và truyền chúng trên một mạng nhất định. Người G.728 ta lại chia lớp giaoG.729 tiếp mạng thành 2 lớp con là:  Lớp vật clý: Là lớp làm việc với các thiết bị vật lý với các chức năng như sau: H.261 . Định nghĩaH. các phần cứng đặc biệt, cung cấp mơi trường truyền dẫn(Kênh như: điều Truyền khiển trên mơi trường cĩ dây, mơi trường khơng dây, A/ truyềnVideo qua code cáp quang hay cáp đồng. . MãG.711 hĩa tín hiệu: Lớp vật lý cĩ chức năng mã hĩa tín hiệu sao G.722 choG.723 phù hợp với mơi trường truyền. . TruyềnG.728 và thu tín hiệu tại các đầu cuối mạng. G.729 c H.261 26 H.263 V) 263
  27. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng  Lớp liên kết dữ liệu: Tương ứng với lớp thứ 2 trong mơ hình OSI. Lớp liên kết dữ liệu đảm bảo việc truyền dữ liệu tin cậy giữa các đầu cuối cục bộ (local). Lớp liên kết lại được chia thành hai phân lớp con là: Điều khiển liên kết logic (LLC), và điều khiển truy cập (MAC). Tại đây dữ liệu được tổ chức thành các khung (frame). Phần đầu khung chứa địa chỉ và thơng tin điều khiển, phần cuối khung dành cho việc phát hiện lỗi. 2.1.1.2. Lớp mạng Lớp mạng tương ứng với lớp thứ 3 trong mơ hình tham chiếu OSI. Lớp mạng sử dụng những giao thức nhằm đảm bảo truyền dữ liệu giữa các trạm khơng kề nhau sao cho khơng cĩ lỗi. Địa chỉ lớp mạng là địa chỉ logic, bao gồm địa chỉ IPv4 hoặc IPv6. Địa chỉ IPv4 cĩ 32 bit và địa chỉ IPv6 cĩ 128 bit. Giao thức mạng IP được thiết kế để liên kết các mạng máy tính sử dụng phương pháp truyền thơng và nhận dữ liệu dưới dạng gĩi. Giao thức IP cho phép truyền các gĩi dữ liệu từ điểm nguồn tới điểm đích cĩ địa chỉ cố định. Đơn vị dữ liệu được trao đổi là các gĩi dữ liệu. Các chức năng được thực hiện ở IP là: Đánh địa chỉ: Tất cả các Host trong mạng và trong liên mạng đều được cung cấp một địa chỉ IP duy nhất. Theo giao thức IPv4, mỗi địa chỉ IP gồm 32bit và được chia làm 5 lớp A,B,C,D,E. Các lớp A,B,C được sử dụng để định danh các host trên các mạng. Lớp D được sử dụng cho quá trình truyền đa điểm cịn lớp E để dự phịng. Định tuyến: Giúp xác định đường đi (tuyến) cho gĩi tin khi được truyền trên mạng. Nĩ giúp lựa chọn đường đi tối ưu cho các gĩi dữ liệu. Nếu hai host cần liên lạc khơng nằm trên một Subnet thì bảng định tuyến sẽ được sử dụng để quyết định việc chuyển dữ liệu và các bộ định tuyến thường xuyên trao đổi và cập nhật thơng tin trong bảng định tuyến tùy thuộc vào phương pháp định tuyến được sử dụng. Truyền đa điểm: Hiện nay cĩ ba cách truyền các gĩi IP là: o Truyền một điểm đích (Unicast): Các gĩi tin được truyền từ host nguồn đến host đích duy nhất. o Truyền quảng bá: Gĩi tin được truyền đến tất cả các host trong mạng. 27
  28. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng o Truyền đa điểm: Gĩi tin được gửi đến một số các host nhất định trong mạng. Ngồi ra, giao thức IP cịn cung cấp khả năng phân mảnh dữ liệu lớn thành các gĩi cĩ kích thước nhỏ hơn để truyền qua mạng. 2.1.1.3. Lớp giao vận Lớp giao vận nằm trên lớp thứ 3 trong mơ hình mạng VoIP tương ứng với lớp 4 của mơ hình tham chiếu OSI. Cung cấp dịch vụ truyền thơng giữa các chương trình ứng dụng chạy trên các máy tính khác nhau. Tầng giao vận cĩ 2 giao thức quan trọng là TCP và UDP. Ngồi ra để phù hợp với các dịch vụ truyền thời gian thực trong lớp giao vận cịn cĩ giao thức SCTP. Lớp Transport cĩ một số nhiệm vụ như sau: Cho phép nhiều ứng dụng truyền thơng qua mạng tại cùng một thời điểm, trên cùng một thiết bị. Đảm bảo dữ liệu được tin cậy khi sử dụng giao thức TCP, sắp xếp đúng gĩi tin cho từng loại ứng dụng khác nhau. Cung cấp cơ chế truyền lại trong trường hợp gĩi tin bị mất hoặc lỗi trong quá trình truyền từ nguồn tới đích. Chức năng của lớp Transport: . Đảm bảo duy trì các kết nối riêng biệt giữa các ứng dụng khác nhau trên host nguồn và đích. . Thực hiện phân mảnh tại nguồn và cĩ cơ chế quản lý gĩi tin này. . Ghép các mảnh dữ liệu tại đích để tạo thành luồng dữ liệu ứng dụng trước khi đẩy lên lớp ứng dụng. . Cĩ khả năng nhận diện các ứng dụng khác nhau. Điều này giúp cho lớp Transport cĩ thể khởi tạo, duy trì, bảo dưỡng và kết thúc nhiều ứng dụng khác nhau trên cùng một thiết bị. 2.1.1.4. Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng trong mạng VoIP tương ứng với 3 lớp trên cùng của OSI. Là lớp liên quan trực tiếp đến người dùng. Lớp ứng dụng chứa một loạt các giao thức phục vụ cho ứng dụng voice. Các giao thức báo hiệu: H.323, SIP, MGCP, Megaco/ H.248. Các giao thức truyền tin thời gian thực: RTP, RTCP, RSVP. 28
  29. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Các chuẩn nén thoại, video: G.711, G.722, G.723.1, G.728, G.729, H.261, H.263. 2.1.2. Mơ hình phân lớp chức năng Về mặt chức năng, cơng nghệ VoIP cĩ thể được chia làm ba lớp như sau: Lớp ứng dụng dịch vụ Giao diện mở và tuân theo chuẩn Lớp điều khiển cuộc gọi Giao diện mở và tuân theo chuẩn Lớp cơ sở hạ tầng mạng gĩi Hình 2.2: Mơ hình phân lớp chức năng của VoIP 2.1.2.1. Lớp cơ sở hạ tầng mạng gĩi Thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng thoại. Trong VoIP, cơ sở hạ tầng là các mạng IP. Giao thức truyền tải thời gian thực RTP kết hợp với UDP và IP giúp truyền tải thơng tin thoại qua mạng IP. RTP chạy trên UDP, cịn UDP hoạt động trên IP hình thành lên cơ chế truyền RTP/UDP/IP trong VoIP. Trong các mạng IP, hiện tượng các gĩi IP thất lạc hoặc đến khơng theo thứ tự thường xuyên xảy ra. Cơ chế truyền TCP/IP khắc phục việc mất gĩi bằng cơ chế truyền lại khơng phù hợp với các ứng dụng thời gian thực vốn rất nhạy cảm với trễ. RTP với trường tem thời gian (timestamp) được dùng để bên thu nhận biết và xử lý các vấn đề như trễ, sự thay đổi độ trễ (jitter) và sự mất gĩi. 2.1.2.2. Lớp điều khiển cuộc gọi Thực hiện chức năng báo hiệu, định hướng cuộc gọi trong VoIP. Sự phân tách giữa mặt phẳng báo hiệu và truyền tải đã được thực hiện ở PSTN với báo hiệu kênh chung SS7, nhưng ở đây nhấn mạnh một thực tế cĩ nhiều chuẩn báo hiệu cho VoIP cùng tồn tại như H.323, SIP hay SGCP/MGCP. Các giao thức báo hiệu này cĩ thể hoạt động cùng nhau, được ứng dụng để phù hợp với những nhu cầu cụ thể của mạng. Ngồi ra, lớp này cịn cung cấp chức năng truy nhập tới dịch vụ bên trên cũng như các giao diện lập trình mở để phát triển ứng dụng. 29
  30. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.1.2.3. Lớp ứng dụng dịch vụ Đảm nhiệm chức năng cung cấp dịch vụ trong mạng với cả dịch vụ cũ tương tự như trong PSTN và các dịch vụ mới thêm vào. Các giao diện mở cho phép các nhà cung cấp phần mềm độc lập phát triển ra nhiều ứng dụng mới. Đặc biệt là các ứng dụng dựa trên Web, các ứng dụng kết hợp giữa thoại và dữ liệu, các ứng dụng liên quan tới thương mại điện tử. Sự phân tách lớp dịch vụ làm cho các dịch vụ mới được triển khai nhanh chĩng. Ngồi ra, các chức năng như quản lý, nhận thực cuộc gọi và chuyển đổi địa chỉ cũng được thực hiện ở lớp này. Do các giao diện giữa các lớp là mở và tuân theo chuẩn, tạo ra nhiều sự lựa chọn khi xây dựng thiết kế mạng. Ví dụ, ứng với lớp cơ sở hạ tầng mạng ta cĩ thể dùng các Router và Switch của hãng Cisco, điều khiển cuộc gọi thực hiện bằng các Gatekeeper của VocalTec và các dịch vụ được cung cấp bởi Server dịch vụ của Netspeak. Do đĩ mơ hình trên khơng chỉ cĩ giá trị về mặt lý thuyết. 2.1.3. Kiến trúc mạng VoIP Hình 2.3: Mơ hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP 30
  31. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Trong mơ hình này là sự cĩ mặt của ba thành phần chính trong mạng VoIP đĩ là:  IP Phone (hay cịn gọi là SoftPhone): Là thiết bị giao diện đầu cuối phía người dùng với mạng VoIP. Cấu tạo chính của một IP Phone gồm hai thành phần chính: . Thành phần báo hiệu mạng VoIP: Báo hiệu cĩ thể là H.323 sử dụng giao thức TCP hay SIP sử dụng UDP hoặc TCP làm giao thức truyền tải của mình. . Thành phần truyền tải media: Sử dụng RTP để truyền luồng media với chất lượng thời gian thực và được điều khiển theo giao thức RTCP.  VoIP Server: Chức năng chính của Server trong mạng VoIP tùy thuộc vào giao thức báo hiệu được sử dụng. Nhưng về mơ hình chung thì VoIP Server thực hiện các chức năng sau: . Định tuyến bản tin báo hiệu trong mạng VoIP. . Đăng kí, xác thực người sử dụng. . Dịch địa chỉ trong mạng. Nĩi chung, VoIP Server trong mạng như là đầu não chỉ huy mọi hoạt động của mạng. Server cĩ thể tích hợp tất cả các chức năng (SoftSwitch) hoặc nằm tách biệt trên các Server chức năng khác nhau (Location Server, Registrar Server, Proxy Server, ). Ở đây cĩ mơ tả việc thiết lập một cuộc gọi giữa hai đầu cuối VoIP. Chúng ta cĩ thể thấy được rõ ràng vai trị của từng thành phần trong mạng cũng như chức năng của các giao thức truyền tải được sử dụng. Báo hiệu VoIP cĩ thể sử dụng giao thức TCP hay UDP tùy thuộc vào giao thức báo hiệu được sử dụng (SIP hay H.323) và cấu hình được chọn (UDP hay TCP với trường hợp SIP). Bản tin báo hiệu được định tuyến thơng qua VoIP Server. Ở đây, ta khơng đề cập tới việc đăng kí và xác thực người dùng vì nĩ cịn tùy thuộc vào từng giao thức cụ thể lại cĩ sự khác nhau nhất định. Ở đây cĩ một chú ý là với trường hợp sử dụng UDP, chúng ta cần sử dụng bản tin Connect ACK để xác nhận rằng hai bên đã bắt tay xong và bắt đầu tiến hành cuộc gọi do UDP là giao thức khơng tin cậy. 31
  32. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.1.4. Thực hiện cuộc gọi qua mạng VoIP Hiện tại, cĩ 3 phương thức để thực hiện cuộc gọi VoIP là sử dụng máy tính với 1 kết nối Internet tốc độ càng cao càng tốt, điện thoại VoIP (IP phone) hoặc điện thoại bàn truyền thống kết nối đến VoIP adapter. 2.1.4.1. Mơ hình PC-PC Hình 2.4: Mơ hình PC - PC Trong mơ 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 thơng qua Modem hoặc Card mạng. Mỗi máy tính được cài đặt những phần mềm dùng riêng cho việc truyền thoại, như vậy là 2 máy tính đã cĩ thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thơng qua mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hĩa và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện. Mơ hình này thường được áp dụng trong tổ chức hoặc cơng ty nhằm đáp ứng các nhu cầu liên lạc mà khơng phải lắp đặt thêm hệ thống tổng đài nội bộ. Hạn chế của mơ hình này: Các thiết bị PC sẽ liên tục đựơc mở để cĩ thể nghe được các cuộc điện thoại. 2.1.4.2. Mơ hình PC to phone Hình 2.5: Mơ hình PC to Phone 32
  33. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Mơ hình PC to Phone là một mơ hình được cái tiến hơn so với mơ hình PC to PC. Mơ hình này cho phép người sử dụng máy tính cĩ thể thực hiện cuộc gọi đến mạng PSTN thơng thường và ngược lại. Trong mơ hình này mạng Internet và mạng PSTN cĩ thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị đặc biệt đĩ là Gateway. Đây là mơ 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. 2.1.4.3. Mơ hình Phone to phone Hình 2.6: Mơ hình Phone to Phone Đây là mơ hình mở rộng của mơ hình PC to Phone, sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với mạng Internet thơng qua các Gateway. Khi tiến hành cuộc gọi, mạng PSTN sẽ kết nối đến Gateway gần nhất, tại đây địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTN sang địa chỉ IP để cĩ thể định tuyến các gĩi tin đến được mạng đích. Đồng thời Gateway nguồn cĩ nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau đĩ mã hĩa, nén, đĩng gĩi lại và gửi qua mạng. Mạng đích cũng được kết nối với Gateway và tại đĩ địa chỉ lại được chuyển đổi trở thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã, rồi chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích. Ngồi ra, thay vì dùng PC ta sử dụng các điện thoại VoIP, iPhone, VoIP adapter bạn cĩ thể thực hiện cuộc gọi phone to phone đến bất kỳ số điện thoại nào. Lúc này máy điện thoại trở thành một IP phone. Mơ hình này tương tự mơ hình PC to PC, chỉ khác là ta thay máy tính bằng điện thoại IP. 2.2. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU THOẠI TRONG VOIP 2.2.1. Xử lý tín hiệu Khi nĩi vào ống nghe hay Microphone, giọng nĩi sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đĩ là những tín hiệu analog. Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số 33
  34. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng dùng thuật tốn đặc biệt để chuyển đổi. Những thiết bị khác nhau cĩ cách chuyển đổi khác nhau như IP phony hay Softphone, nếu dùng điện thoại Analog thơng thường thì cần một Telephone Adapter (TA). Sau đĩ giọng nĩi được số hĩa sẽ được đĩng vào gĩi tin và gởi trên mạng IP. Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối và RTP thì được dùng cho tính năng đảm bảo độ tin cậy và duy trì chất lượng dịch vụ trong quá trình truyền. 2.2.1.1. Quá trình biến đổi thoại sang số và ngược lại Analog Data Analog Signal (voice sound waves) Digital Data Analog Signal Modem (modulation on carrier frequency) (binary voltage pulses) Analog Signal Codec Digital Signal Digital Data Digital Signal Digital transmiter Hình 2.7: Các phương thức biến đổi dữ liệu – tín hiệu Dữ liệu cĩ thể được biểu diễn bằng các tín hiệu tương tự khi sử dụng các Modem (Modulation – Demodulation). Các Modem này biến đổi các chuỗi nhị phân (2 giá trị) thành các tín hiệu tương tự bằng cách điều chế tần số sĩng mang. Tín hiệu thu được cĩ phổ tần số trung tâm tại tần số sĩng mang và cĩ thể được truyền qua mơi trường. Hầu hết các Modem đều biến đổi các dữ liệu số thành phổ tiếng nĩi để cho phép các dữ liệu số này cĩ thể được truyền qua tuyến thoại. Đầu kia của tuyến thoại, một Modem giải điều chế tín hiệu trả lại dữ liệu số. Một cách tương tự, dữ liệu tương tự cĩ thể biểu diễn thành các tín hiệu số. Các thiết bị thực hiện chức năng này cho dữ liệu tiếng nĩi được gọi là Codec (Code – Decode). Trong đĩ code codec lấy một tín hiệu tương tự biểu diễn một dữ liệu tiếng tương ứng biến đổi thành các tín hiệu với một chuỗi bit. Đầu kia, chuỗi bit được sử dụng để khơi phục lại dữ liệu tương tự. 34
  35. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Cuối cùng dữ liệu số cĩ thể biểu diễn trực tiếp thành dạng nhị phân với 2 mức điện áp. Để nâng cao đặc tính truyền dẫn, các dữ liệu nhị phân thường được mã hĩa thành các dạng phức tạp hơn của tín hiệu số. 2.2.1.2. Giao tiếp hệ thống PCM PCM (Pulse code modulation) - Điều chế theo mã: Là phương pháp thơng dụng nhất chuyển đổi các tín hiệu Analog sang dạng Digital (và ngược lại) để cĩ thể vận chuyển qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số. Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình chính: Lấy mẫu, lượng tử hố, mã hố. Tiến trình này hoạt động như sau: Giai đoạn đầu tiên cuả PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số hố), nĩ tạo ra một tuần tự các mẫu Analog dưới dạng chuỗi PAM. Các mẫu PAM cĩ dải biên độ nối tiếp nhau, sau đĩ phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng. Tất cả các mẫu với các biên độ nào đĩ nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệt nào thì được gán cùng mức giá trị của khoảng đĩ. Cơng việc này được gọi là “lượng tử hố”. Cuối cùng trong bộ mã hố, độ lớn của các mẫu được lượng tử hố được biểu diễn bởi các mã nhị phân. 2.2.2. Phương pháp mã hĩa nén thoại trong VoIP 2.2.2.1. Tại sao phải nén tín hiệu thoại Mạng PSTN dùng kỹ thuật điều chế xung mã PCM theo luật A hoặc với tốc độ 64 Kbps. Cách mã hĩa này cho phép khơi phục tín hiệu một cách khá trung thực các tín hiệu trong dải tần của tiếng nĩi, tuy nhiên với một dải tần 64Kbps trong mạng VoIP là một yêu cầu khĩ cĩ thể được đáp ứng. Vì thế nén thoại là yêu cầu khơng thể thiếu trong cơng nghệ VoIP. Do băng thơng của mạng IP là hạn chế, tốc độ bit của các mạng là khác nhau. Cho nên muốn truyền thoại qua mạng IP cần phải nén thoại xuống tốc độ thấp để cĩ thể thích nghi với các tốc độ khác nhau của mạng. Hiện nay cĩ rất nhiều các kỹ thuật nén thoại, G.711 (PCM 64kb/s), G.722 (Wideband Coder), G.723.1 (MPC- MLQ), G.726 (ADPCM), G.728 (LD-CELP), G.729/G.729A (CS-ACELP), nhưng phổ biến nhất là kỹ thuật mã hố dự đốn tuyến tính. Kỹ thuật này cĩ thể cho ta nhiều tốc độ thoại khác nhau tuỳ theo yêu cầu cụ thể. 35
  36. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.2.2.2. Kĩ thuật nén tín hiệu thoại trong VoIP. Sau khi xem xét cấu tạo của tiếng nĩi con người, người ta đưa ra 3 phương pháp để mã hĩa thoại đĩ là: Mã hĩa dạng sĩng (Waveform), mã hĩa nguồn (Source), và mã hĩa lai (Hybrid). Mã hố dạng sĩng: Nguyên lý của mã hố dạng sĩng là mã hố dạng sĩng của tiếng nĩi dựa trên định lý lấy mẫu. Tại phía phát, bộ mã hố sẽ lấy mẫu tín hiệu tiếng nĩi tương tự và mã hĩa thành tín hiệu số trước khi truyền đi. Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khơi phục tín hiệu tiếng nĩi. Ưu điểm của bộ mã hố loại này là độ phức tạp và độ trễ thấp. Người ta cĩ thể áp dụng chúng để mã hố các tín hiệu khác như: Tín hiệu báo hiệu, số liệu ở dải âm thanh. Bộ mã hố dạng sĩng đơn giản nhất là điều chế xung mã (PCM), điều chế Delta (DM), PCM vi sai thích nghi (ADPCM) Tuy nhiên, nhược điểm của bộ mã hố dạng sĩng là khơng tạo được tiếng nĩi chất lượng cao tại tốc độ bit dưới 16Kbit/s. Các chuẩn G.711 và G.726 của ITU-T dựa trên phương pháp mã hố dạng sĩng. Mã hĩa nguồn: Dựa trên nguyên tắc phân tích, mơ phỏng, tái tạo các tín hiệu âm thanh sau đĩ tách ra các thơng số đặc trưng của tín hiệu âm thanh, mã hĩa các thơng số đĩ và gửi đi, ở nơi thu cũng sử dụng một cơ chế phát âm tương tự, dùng các thơng số nhận được để kích thích bộ phát âm, phát lại âm thanh như bên gửi. Điển hình của các bộ mã hĩa theo nguồn âm là bộ mã hĩa dự báo tuyến tính LPC. Vì tham số của tiếng nĩi được truyền đi thay vì dạng sĩng nên tốc độ bit mã hĩa tiếng nĩi thấp hơn nhiều so với phương pháp trên (> 2kb/s). Tuy nhiên chất lượng thoại thường khơng cao bởi vì tìm một mơ hình tiếng nĩi phù hợp (ít tham số và ít phức tạp) là khĩ khăn. Cũng bởi vì bản thân quá trình hình thành tiếng nĩi là phức tạp. Các chuẩn G.723.1, G.729 của ITU-T đều dựa trên phương pháp mã hố nguồn. Mã hĩa lai: Được kết hợp từ hai phương pháp mã hĩa trên. Dạng sĩng của tiếng nĩi được phân tích và các tham số chủ yếu được rút ra. Tuy nhiên, thay vì truyền ngay các tham số này thì bộ mã hĩa sử dụng chúng để tổng hợp lại mẫu tiếng nĩi và so sánh nĩ với dạng gốc. Sau đĩ bộ mã hĩa căn cứ vào sự khác nhau giữa mẫu thực và mẫu được tổng hợp để chỉnh lại các tham số, sau đĩ các tham số này mới được chuyển thành dịng bit và truyền đến bên thu. 36
  37. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Trong khi Vocoding chỉ tập trung vào phần hữu thanh hoặc vơ thanh của tiếng nĩi, bỏ đi các thành phần khác mà cĩ thể chứa các thơng tin quan trọng để khơi phục lại âm thanh chuẩn xác. Hybid coding khắc phục nhờ việc lựa chọn tín hiệu kích thích phù hợp để cố gắng tạo ra các tham số mơ tả dạng sĩng nguyên thủy chính xác nhất cĩ thể. Phương pháp mã hĩa này cho chất lượng thoại tương đối tốt và tốc độ bít thấp nhưng độ phức tạp (kèm theo đĩ là giá thành thiết bị) cao. Cơng nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ tạo ra các vi mạch với khả năng tính tốn mạnh và giá thành thấp đã cho phép phát triển nhiều kiểu mã hĩa theo phương pháp này và nĩ trở thành cơng nghệ chủ yếu cho mã hĩa tiếng nĩi tốc độ thấp (thường hay được gọi là nén thoại). Một số kiểu mã hĩa được dùng như: Kích thích đa xung MPF (Multi-Pulse Excited). Kích thích xung đều RPF (Regular-Pulse Excited). Dự đốn tuyến tính, kích thích theo mã CELP (Code-Excited Linear Prediction). Bandwidth Compression Codec Peak rate Packet size (including gain(relative (Kb/s) (bytes) overheads) to PCM/STM) 64 40(5ms) 142,4kb/s 0,45 G.711 (PCM) (no compression) 160(20ms) 83,6kb/s 0,77 20(5ms) 110,4kb/s 0,58 G.726/G.727 40/32/24 80(20ms) 51,6kb/s 1,24 G.728 10(5ms) 94,4kb/s 0,68 16 (LD-CELP) 40(20ms) 35,6kb/s 18 G.729 5(5ms) 86,4kb/s 0,74 8 (CS-ACELP) 20(20ms) 27,6kb/s 2,32 G.723.1 5,3 4(5ms) 83,5kb/s 0,77 A-CELP 6,3 16(20ms) 25,6kb/s 2,5 MP-MLP Bảng 1: Mã hĩa dạng sĩng, Mã hĩa nguồn, Mã hĩa lai Tín hiệu thoại sau khi được mã hĩa tuyến tính. Dịng thoại số hĩa này sẽ được nén xuống các tốc độ bít thấp hơn theo nhiều chuẩn nén khác nhau 37
  38. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng như: G.711 (PCM 64kb/s), G.722 (Wideband Coder), G.723.1 (MPC-MLQ), G.726 (ADPCM), G.728 (LD-CELP), G.729/G.729A (CS-ACELP). Trong trường hợp của Gateway giao tiếp với mạng chuyển mạch kênh (PSTN/ISDN), các dịng PCM 64Kbps tại các giao diện mạng PSTN/ISDN được chuyển đổi thành mã tuyến tính, triệt tiếng vọng rồi mới nén theo một trong các chuẩn kể trên. Mỗi phương pháp nén cĩ đặc điểm riêng và được chọn sử dụng trong những điều kiện cụ thể của mạng. Để đánh giá các phương pháp nén này, ta xem xét chúng theo 4 đặc điểm sau:  Tốc độ bít (bít Rate): Tốc độ bít là một đặc tính đầu tiên được nghĩ đến khi nĩi về phương pháp nén thoại, nĩ biểu hiện mức độ nén tín hiệu của phương pháp. Các chuẩn nén thoại trên cho các tốc độ bít từ 6,4Kbps/5,3Kbps (G.723.1) đến 64Kbps (G.711).  Độ trễ (Delay): Độ trễ là một đặc tính rất quan trọng đối với một ứng dụng truyền thơng thời gian thực. Phương pháp nén cho tốc độ bít thấp thường cĩ độ trễ cao. Điều này cĩ thể lý giải là để cĩ thể nén tín hiệu, dịng thoại nhất thiết phải được chia thành các khung rồi tiến hành nén thơng tin của các khung theo một thuật tốn nào đĩ. Phương pháp nén cĩ tỷ lệ số nén cao thường địi hỏi khung thoại phải lớn. Do vậy, độ trễ là một yếu tố phụ thuộc vào tốc độ bít và kích thước khung thoại. Khung thoại càng lớn và tốc độ bít càng chậm thì độ trễ càng cao.  Độ phức tạp (Complexity): Nén thoại được thực hiện bởi những độ DSP hay bởi những CPU trong máy tính. Độ phức tạp của phương pháp nén được thực hiện ở số phép tính mà DSP hoặc CPU cần thực hiện trong một đơn vị thời gian (MIPS- Millions of Instruction per second) và số lượng bộ nhớ cần thiết cho thuật tốn nén. Độ phức tạp của phương pháp liên quan đến giá thành của thiết bị.  Chất lượng tín hiệu (Quality): Chất lượng tín hiệu thoại liên quan đến tỷ số tín hiệu trên tạp âm của tín hiệu tương tự hay hệ số lỗi bít BER của dịng thoại số tuyến tính đầu vào. Để xác định chất lượng tín hiệu của các phương pháp nén tốc độ thấp, người ta tiến hành các cuộc thử nghiệm so sánh chất lượng của các phương pháp đĩ với chất lượng của các phương pháp được chọn làm chuẩn trong các điều kiện khác nhau. 38
  39. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Dưới đây là các tổng kết các đặc tính của các phương pháp nén thoại thường được sử dụng trong các hệ thống VoIP. Kích thước Chuẩn nén Tốc độ bit MOS Độ phức tạp khung thoại G.711 PCM 64 Kb/s 4,4 125 s G.723 32 Kb/s 4,2 125 s ADPCM G.728 LD- 16 Kb/s 4,2 625 s 30 MIPS CELP G.729 CS- 8 Kb/s 4,2 10 ms 20 MIPS ACELP G.729A 8 Kbps 4,2 10 ms 10,5 MIPS G.723.1 MPC- 5,3 & 3,98&3,5 30 ms 16 MIPS; 2200 MLQ 6,4Kb/s từ nhớ Bảng 2: Đặc tính của các phương pháp nén thoại 2.2.3. Đĩng gĩi tín hiệu thoại – Bộ giao thức RTP/RTCP Tín hiệu thoại sau khi nén xuống tốc độ thấp được đĩng gĩi lại để truyền đi trong mạng chuyển mạch gĩi. Cĩ nhiều cách thức đĩng gĩi tín hiệu thoại để truyền trong mạng IP. Một trong những cách thức được áp dụng nhiều nhất là bộ giao thức RTP/RTCP nhờ tính linh hoạt và khả năng giám sát trạng thái dịng thơng tin một cách hiệu quả của nĩ. Vai trị của RTP/RTCP Giao thức RTP (Real-time Transport Protocol) cung cấp các chức năng giao vận phù hợp cho các ứng dụng truyền dữ liệu mang đặc tính thời gian thực như là thoại và truyền hình tương tác. Những dịch vụ của RTP bao gồm trường chỉ thị loại tải trọng (Payload Identification), đánh số thứ tự các gĩi, điền tem thời gian (phục vụ cho cơ chế đồng bộ khi phát lại tín hiệu ở bên thu) Thơng thường các ứng dụng chạy giao thức RTP ở bên trên giao thức UDP để sử dụng các dịch vụ ghép kênh (multiplexing) và kiểm tra tổng (checksum) của dịch vụ này. Cả hai giao thức RTP và UDP tạo nên một phần chức năng của giao thức tầng giao vận. Tuy nhiên RTP cũng cĩ thể được sử dụng với những giao thức khác của tầng mạng và tầng giao vận bên dưới miễn là các giao thức này cung cấp được các dịch vụ mà RTP địi hỏi. Giao thức RTP hỗ trợ việc truyền dữ liệu tới nhiều đích sử dụng phân bố dữ liệu multicast nếu như 39
  40. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng khả năng này được tầng mạng hoạt động bên dưới nĩ cung cấp. Đi cùng với RTP là giao thức RTCP (Realtime Transport Control Protocol) cĩ các dịch vụ giám sát chất lượng dịch vụ như là đếm gĩi (packet count), mất gĩi, độ trễ, jitter và thu thập các thơng tin về những người tham gia vào phiên truyền RTP đang tiến hành. Giao thức RTP chỉ cung cấp các dịch vụ phổ thơng nhất cho hầu hết các ứng dụng truyền thơng hội nghị đa phương tiện. Mỗi một ứng dụng cụ thể đều cĩ thể thêm vào RTP các dịch vụ mới cho phù hợp với các yêu cầu của nĩ. Các khả năng mở rộng thêm vào cho RTP được mơ tả trong một profile đi kèm. Ngồi ra, profile cịn chỉ ra các mã tương ứng sử dụng trong trường PT (Payload type) của phần tiều đề RTP ứng với các loại tải trọng (Payload) mang trong gĩi. Một vài ứng dụng cả thử nghiệm cũng như thương mại đã được triển khai. Những ứng dụng này bao gồm các ứng dụng truyền thoại, video và chuẩn đốn tình trạng mạng (như là giám sát lưu lượng). Tuy nhiên, mạng Internet ngày nay vẫn chưa thể hỗ trợ được đầy đủ yêu cầu của các dịch vụ thời gian thực. Các dịch vụ sử dụng RTP địi hỏi băng thơng cao (như là truyền audio) cĩ thể là giảm nghiêm trọng chất lượng của các dịch vụ khác trong mạng. Như vậy những người triển khai phải chú ý đến giới hạn băng thơng sử dụng của ứng dụng trong mạng. 2.2.4. Quá trình xử lý tín hiệu thoại trong Media Gateway 2.2.4.1. Các thành phần của một Media Gateway Các quá trình nén thoại và đĩng gĩi thoại như trình bày ở trên trong hệ thống VoIP được thực hiện hầu hết tại Media Gateway. Cấu trúc một Media Gateway thường bao gồm thiết bị xử lý tín hiệu số DSP thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thoại và các giao thức IP/LAN/WAN. Ngồi ra, cần thiết phải cĩ vùng nhớ RAM dùng chung giữa DSP và CPU để thực hiện việc chuyển thơng tin qua lại giữa DSP và CPU. Các chức năng cụ thể của thiết bị xử lý tín hiệu DSP bao gồm: Cung cấp giao diện PCM với mạng PSTN. Triệt tiếng vọng. Tạo và phát hiện tín hiệu tone. 40
  41. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Nén và giải nén thoại. Các chức năng cụ thể của CPU bao gồm: . Điều khiển cuộc gọi. . Đĩng gĩi và mở gĩi các gĩi thoại IP. . Gửi các gĩi thoại IP ra giao diện mạng LAN/WAN. 2.2.4.2. Quá trình xử lý tín hiệu thoại Tại Gateway phát, các tín hiệu thoại từ mạng PSTN qua các giao diện PCM được đưa vào DSP. Ở đây tín hiệu thoại được xử lý triệt tiếng vọng, nén lại theo một thuật tốn được thỏa thuận trước giữa bên thu và bên phát và gửi đến CPU theo từng khối cĩ kích thước nhất định tùy vào thuật tốn nén thoại sử dụng. CPU lần lượt thêm vào các khối tín hiệu thoại mào đầu các giao thức RTP, UDP, IP và mào đầu lớp liên kết rồi gửi các gĩi này ra giao diện mạng LAN/WAN. DSP CPU ứng dụng điều các Điều khiển khiển cuộc gọi ứng báo hiệu dụng H.323 Stack khác Báo hiệu Gĩi thoại UDP TCP giao thức UDP/IPvà IP Bộ triệt Nén Nhớ lớp liên kết Giao thức lớp liên kết Thoại LAN/ tiếng vọng Thoại Đệm RTP i Giao diện thiết bị WAN jitter Hình 2.8: Cấu trúc Media Gateway và quá trình xử lý cuộc gọi Tại Gateway thu, các gĩi thoại IP được giao diện mạng IP được đưa vào tới CPU xử lý mào đầu giao thức RTP, UDP và cân bằng các biến động về độ trễ của các gĩi (jitter) nhờ bộ nhớ đệm jitter. Các gĩi sau đĩ được gửi sang bộ xử lý tín hiệu số DSP để thực hiện việc giải nén và đưa sang mạng PSTN qua các giao diện PCM. Mỗi DSP được thiết kế cho một số kênh thoại nhất định. Vì vậy muốn tăng dung lượng Gateway cần phải lắp thêm các DSP tương ứng. Tuy nhiên do khả năng xử lý giới hạn của CPU nên số lượng kênh thoại trong Media Gateway vẫn bị giới hạn. 41
  42. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.3. CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG VOIP Cĩ rất nhiều loại giao thức dùng thực hiện dịch vụ VoIP. Trong đĩ, nền tảng của cơng nghệ VoIP là 2 giao thức báo hiệu cơ bản H.323 và SIP. Cả SIP và H323 đều cho phép người dùng thực hiện cùng cơng việc: Để thiết lập giao tiếp cho những ứng dụng đa phuơng tiện (multimedia) như audio, video, những giao tiếp dữ liệu khác. Nhưng H323 chủ yếu được thiết kế cho những dịch vụ đa phương tiện, trong khi SIP thì phù hợp cho những dịch vụ VoIP. 2.3.1. Giao thức báo hiệu H.323 Giao thức H.323 là chuẩn do ITU-T phát triển cho phép truyền thơng đa phương tiện qua các hệ thống dựa trên mạng chuyển mạch gĩi, ví dụ như Internet. Nĩ được ITU_T ban hành lần đầu tiên vào năm 1996 và năm 1998 phiên bản thứ hai ra đời. H.323 ban đầu được sử dụng cho mục đích truyền các cuộc hội thoại đa phương tiện trên các mạng LAN, nhưng sau đĩ H.323 đã tiến tới trở thành 1 giao thức truyền tải VoIP trên thế giới. 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 thơng tin đa phương tiện, quản lí băng thơng, cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác. 2.3.1.1. Kiến trúc mạng và các thành phần trong hệ thống H.323 Cấu trúc của một hệ thống H.323 và việc thơng tin giữa hệ thống H.323 với các mạng khác được chỉ ra trên hình sau: Hình 2.9: Kiến trúc mạng và các thành phần H.323 42
  43. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.3.1.1.1.Thiết bị đầu cuối H.323 H.323 Terminal: Là một thiết bị đầu cuối trong mạng LAN cĩ khả năng truyền thơng hai chiều, nĩ cĩ thể là một máy PC hoặc một thiết bị độc lập. Tất cả các đầu cuối H.323 đều phải được hỗ trợ chuẩn H.245 được dùng để điều tiết các kênh truyền dữ liệu. Ngồi ra nĩ cịn phải được hỗ trợ các thành phần sau: Giao thức báo hiệu H.225 phục vụ cho quá trình thiết lập và hủy bỏ cuộc gọi. Giao thức H.225 RAS (Registrantion/Admision/Status) thực hiện các chức năng đăng kí, thu nhận với Gatekeeper. Giao thức RTP/RCTP để truyền và kết hợp các gĩi tin audio, video Một đầu cuối H.323 cũng cĩ thể trang bị thêm các tính năng như:  Mã hĩa và giải mã các tín hiệu Audio, Video.  Hỗ trợ giao thức T.120 phục vụ cho việc trao đổi thơng tin số liệu.  Tương thích với MCU để hỗ trợ kiểm tra đa điểm. Audio Codec Such as G.711 Audio G.723 G.729 equipment RTP (Media Video Codec Transmisson) Video Such as equipment H.261 H.263 LAN Data User Data Interface equipment T.120 System Control System H.245 Control Control Q.931 User Call Setup interface RAS Control Hình 2.10: Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323 43
  44. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.3.1.1.2.Getway Gateway đĩng vai trị là thiết bị cầu nối và chỉ tham gia vào cuộc gọi khi cĩ sự chuyển tiếp từ mạng H.323 sang mạng phi H.323. Ví dụ một Gateway cĩ thể kết nối và cung cấp khả năng truyền tin giữa một đầu cuối H.323 và chuyển mạch kênh (PSTN). Việc kết nối này được thực hiện nhờ chức năng chuyển đổi giao thức trong quá trình thiết lập, giải phĩng cuộc gọi và chức năng biến đổi khuơn dạng dữ liệu giữa 2 mạng khác nhau của Gateway. Chức năng Chức năng Chức năng đầu cuối chuyển đổi đầu cuối H.323 SCN Chức năng Chức năng Chức năng đầu cuối chuyển đổi MCU H.323 Chức năng Chức năng Chức năng đầu cuối MCU chuyển đổi SCN Chức năng Chức năng Chức năng MCU chuyển đổi MCU Hình 2.11: Cấu trúc của Gateway Cấu trúc của Gateway bao gồm : Khối chức năng của thiết bị H.323, khối chức năng này cĩ thể là chức năng đầu cuối (để giao tiếp với một terminal trong hệ thống H.323) hoặc chức năng MCU (để giao tiếp với nhiều terminal). Khối chức năng của thiết bị chuyển mạch kênh, mang chức năng giao tiếp với một hay nhiều thiết bị đầu cuối trong mạng chuyển mạch kênh. Khối chức năng chuyển đổi, bao gồm chuyển đổi khuơn dạng dữ liệu và chuyển đổi thủ tục. Gateway liên kết với máy điện thoại thơng thường phải tạo và nhận biết được tín hiệu DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) tương ứng với các phím nhập từ bàn phím điện thoại. 2.3.1.1.3. Gatekeeper Một miền H.323 trên cơ sở mạng IP là tập hợp tất cả các đầu cuối được gán với một bí danh. Mỗi miền được quản trị bởi một Gatekeeper duy nhất, là trung tâm đầu não, đĩng vai trị giám sát mọi hoạt động trong miền đĩ. Đây là 44
  45. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng thành phần tuỳ chọn trong hệ thống VoIP theo chuẩn H.323. Tuy nhiên nếu cĩ mặt Gatekeeper trong mạng thì các đầu cuối H.323 và các Gateway phải hoạt động theo các dịch vụ của Gatekeeper đĩ. Mọi thơng tin trao đổi của Gatekeeper đều được định nghĩa trong RAS. Mỗi người dùng tại đầu cuối được Gatekeeper gán cho một mức ưu tiên duy nhất. Mức ưu tiên này rất cần thiết cho cơ chế báo hiệu cuộc gọi mà cùng một lúc nhiều người sử dụng. H.323 định nghĩa cả những tính chất bắt buộc tối thiểu phải cĩ cho Gatekeeper và những đặc tính tuỳ chọn: Chức năng bắt buộc của gatekeeper  Chức năng dịch địa chỉ (Address Translation): 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). Chuyển đổi này dựa trên bảng đối chiếu địa chỉ được cập nhật thường xuyên bằng bản tin đăng ký dịch vụ đầu cuối.  Điều khiển truy nhập (Admission Control): Gatekeeper sẽ chấp nhận một truy nhập mạng LAN bằng cách sử dụng các bản tin H.225.0 là ARQ/ACF/ARJ. Việc điều khiển này dựa trên độ rộng băng tần và đăng ký dịch vụ hoặc thơng số khác do nhà cung cấp dịch vụ quy định. Đây cũng cĩ thể là một thủ tục rỗng cĩ nghĩa là chấp nhận mọi yêu cầu truy nhập của thiết bị đầu cuối.  Điều khiển độ rộng băng tần (Bandwidth Control): Gatekeeper hỗ trợ việc trao đổi các bản tin H.255.0 là BRQ/BCF/BRJ để điều khiển độ rộng băng tần của một cuộc gọi.  Điều khiển miền: Gatekeeper cung cấp tất cả các chức năng trên cho tất cả các thiết bị đầu cuối, MCU và Gateway đã đăng kí với nĩ. Chức năng tuỳ chọn của gatekeeper:  Điều khiển báo hiệu cuộc gọi: Gatekeeper cĩ thể lựa chọn giữa 2 phương thức điều khiển báo hiệu cuộc gọi là kết hợp với kênh báo hiệu trực tiếp giữa các đầu cuối để hồn thành báo hiệu cuộc gọi hoặc chỉ sử dụng các kênh báo hiệu riêng để xử lý báo hiệu cuộc gọi.  Quản lý cuộc gọi: Gatekeeper cĩ thể lưu danh sách của 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 thơng tin cho chức năng quản lý độ rộng băng tần. 45
  46. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Gatekeeper hoạt động ở hai chế độ : Chế độ trực tiếp: Gatekeeper chỉ cĩ nhiệm vụ cung cấp địa chỉ đích mà khơng tham gia vào các việc định tuyến các bản tin báo hiệu. Gatekeeper 1 . ARQ 1 2 4 5 2. ACF/ARJ 3. Set-up 3 4. ARQ Đầu cuối 1 Đầu cuối 2 5. ACF/ARJ 5 6.Connect 64 Kênh báo hiệu cuộc gọi 2 Kênh báo hiệu RAS Hình 2.12: Phương thức định tuyến trực tiếp Chế độ định tuyến qua Gatekeeper: Gatekeeper là thành phần trung gian, định tuyến mọi bản tin báo hiệu trong mạng H.323 Gatekeeper 1. ARQ 2.ACF/ARJ 3. Set-up 1 2 3 8 4 5 6 7 4. Set-up 5 5 4 5. ARQ 4 4 2 6 ACF/ARJ Đầu cuối 1 2 2 Đầu cuối 2 7.Connect 8. Connect Kênh báo hiệu cuộc gọi Kênh báo hiệu RAS 8. Connect Hình 2.13: Phương thức định tuyến qua Getakeeper 2.3.1.1.4. Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU MCU (Multipoint Control Unit) là một điểm cuối (Endpoint) trong mạng, nĩ cung cấp khả năng nhiều thiết bị đầu cuối, Gateway cùng tham gia vào một liên kết đa điểm (Multipoint Conference). Nĩ bao gồm một MC (Multipoint Controller) bắt buộc phải cĩ, một MP (Multipoint Process) cĩ thể cĩ hoặc khơng. Nhiệm vụ của MC là điều tiết khả năng Audio, Video, Data nào cần được gửi đến các đầu cuối theo giao thức H.245. Nĩ cũng điều khiển các tài nguyên của hội thoại bằng việc xác định dịng audio, video, data cần được gửi đến các đầu cuối. Tuy nhiên MC khơng thao tác trực tiếp trên các 46
  47. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng dịng dữ liệu mà nhiệm vụ này giao cho MP. MP sẽ thực hiện việc kết hợp, chuyển đổi, xử lý các bit dữ liệu. 2.3.1.2. Giao thức H.323 Hình 2.14: Giao thức báo hiệu H.323 Giao thức H.323 được chia làm 3 phần chính: Báo hiệu H.225 RAS (Registration, Admissions, and Status): Báo hiệu giữa thiết bị đầu cuối với H.323 Gatekeeper trước khi thiết lập cuộc gọi. Báo hiệu H.225 Q.931 sử dụng để kết nối, duy trì và hủy kết nối giữa hai đầu cuối. Báo hiệu H.245 sử dụng để thiết lập phiên truyền Media sử dụng giao thức RTP. 2.3.1.2.1. Báo hiệu RAS Báo hiệu RAS (Registration Admission and Status) cung cấp điều khiển tiền cuộc gọi trong mạng H.323 cĩ tồn tại Gatekeeper và một vùng dịch vụ (do Gatekeeper đĩ quản lý). Kênh RAS được thiết lập giữa các thiết bị đầu cuối và Gatekeeper qua mạng IP với các chức năng như tìm Gatekeeper, đăng kí, quản lí băng thơng Kênh RAS được mở trước khi các kênh khác được thiết lập và độc lập với các kênh điều khiển cuộc gọi và media khác. Báo hiệu này được truyền trên UDP cho phép đăng kí, chấp nhận, thay đổi băng thơng, trạng thái và hủy. 47
  48. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Các bản tin dùng trong RAS: Thơng điệp Ý nghĩa Gatekeeper Request (GRQ) Yêu cầu thăm dị gatekeeper Gatekeeper Confirm (GCF) Gatekeeper cho phép đăng ký Gatekeeper Reject (GRJ) Gatekeeper khơng cho phép đăng ký Registration Request (RRQ) Yêu cầu đăng ký Registration Confirm (RCF) Xác nhận đăng ký Registration Reject (RRJ) Từ chối đăng ký Unregistration Request (URQ) Yêu cầu hủy đăng ký Unregistration Confirm (UCF) Xác nhận hủy đăng ký Unregistration Reject (URJ) Từ chối hủy đăng ký Location Request (LRQ) Yêu cầu định vị Location Confirm (LCF) Khẳng định định vị Location Reject (LRJ) Từ chối định vị Admission Request (ARQ) Yêu cầu kết nạp cuộc gọi Admission Confirm (ACF) Xác nhận kết nạp cuộc gọi Admission Reject (ARJ) Từ chối kết nạp cuộc gọi Bandwidth Change Request(BRQ) Yêu cầu thay đổi thơng lượng cuộc gọi Bandwidth Change Confirm(BCF) Xác nhận thay đổi thơng lượng cuộc gọi Bandwidth Change Reject (BRJ) Từ chối thay đổi thơng lượng cuộc gọi Information Request (IRQ) Yêu cầu thơng tin điểm cuối Information Request Trả lời yêu cầu thơng tin Respond(IRR) 2.3.1.2.2. Báo hiệu điểu khiển cuộc gọi H.225 Giao thức H.225 được dùng để thiết lập liên kết giữa các điểm cuối H.323 (đầu cuối, Gateway), qua liên kết đĩ dữ liệu thời gian thực sẽ được truyền đi. Quá trình báo hiệu cuộc gọi được bắt đầu bởi bản tin Setup được gửi đi trên kênh báo hiệu H.225, tiếp theo là một chuỗi các bản tin phục vụ cho quá trình thiết lập cuộc gọi. Chức năng điều khiển cuộc gọi dựa trên cơ sở giao thức H.323 với việc sử dụng bản tin báo hiệu Q.931. Một kênh điều khiển cuộc gọi được tạo ra dựa trên giao thức TCP/IP với cổng 1720. H.225 48
  49. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng cũng sử dụng bản tin Q.932 cho các dịch vụ bổ sung. Các bản tin Q.931 và Q.932 thường được sử dụng trong báo hiệu cuộc gọi VoIP: Setup: Được gửi từ thực thể H.323 chủ gọi để cố gắng thiết lập kết nối tới thực thể H.323 bị gọi qua cổng 1720 TCP. Call Proceeding: Thực thể bị gọi gửi bản tin này tới thực thể chủ gọi để chỉ thị rằng thủ tục thiết lập cuộc gọi đã được khởi tạo. Alerting: Được gửi từ thực thể bị gọi tới thực thể chủ gọi để chỉ thị rằng chuơng bên đích bắt đầu rung. Connect: Được gửi từ thực thể bị gọi để thơng báo rằng bên bị gọi đã trả lời cuộc gọi. Bản tin Connnect cĩ thể mang địa chỉ truyền vận UDP/IP. Release Complete: Được gửi bởi một đầu cuối khởi tạo ngắt kết nối, nĩ chỉ thị rằng cuộc gọi đang bị giải phĩng. Bản tin này chỉ cĩ thể được gửi đi nếu kênh báo hiệu cuộc gọi được mở hoặc đang hoạt động. Facility: Đây là một bản tin Q.932 dùng để yêu cầu hoặc phúc đáp các dịch vụ bổ sung. Nĩ cũng được dùng để cảnh báo rằng một cuộc gọi sẽ được định tuyến trực tiếp hay thơng qua GK. Các bản tin trong quá trình thiết lập cuộc gọi như sau: Điểm cuối 1 Gatekeeper Setup (1) Call Processing (2) Alerting (3) Connect (4) Hình 2.15: Q.931 trong thiết lập cuộc gọi 1. Thiết bị đầu cuối H.323 gửi bản tin Setup yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Giả sử ở đây bản tin được gửi tới Gatekeeper (thiết lập cuộc gọi thơng qua Gatekeeper). 2. Gatekeeper sẻ gửi trả lại bản tin Call Proceeding nhằm thơng báo cho phía gọi rằng: Thiết bị này đang thực hiện thiết lập cuộc gọi. 49
  50. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 3. Khi đầu cuối bị gọi rung chuơng, Gatekeeper sẽ gửi bản tin Alerting về đầu cuối gọi thơng báo về trạng thái này. 4. Khi người được gọi nhấc máy, bản tin Connect sẽ được gửi tới đầu cuối gọi thơng báo cuộc gọi đã được thiết lập. 5. Cuộc gọi được thực hiện. 2.3.1.2.3. Giao thức H.245 Chức năng H.245 là thiết lập các kênh logic để truyền audio, video, data và các thơng tin kênh điều khiển. Giữa hai thiết bị đầu cuối được thiết lập một kênh H.245 cho một cuộc gọi. Kênh điều khiển truyền thơng H.245 thiết lập trên một kết nối TCP. Nĩ truyền tải các thơng điệp điều khiển H.245 đầu cuối đến đầu cuối phục vụ cho các chức năng sau: Trao đổi khả năng: Mã hố - giải mã các dịng tín hiệu media của các đầu cuối tham gia truyền thơng. Quyết định chủ tớ: Xác định mối quan hệ chủ tớ giữa các điểm cuối dùng để giải quyết tranh chấp giữa chúng khi xảy ra. Đĩng mở các kênh logic cho tín hiệu media: Cung cấp kênh logic cho các dịng thơng tin. Kênh điều khiển truyền thơng H.245 là kênh logic 0 và thường xuyên mở quá trong trình thực hiện cuộc gọi. 2.3.1.3. Thiết lập cuộc gọi VoIP sử dụng giao thức H.323 2.3.1.3.1. Báo hiệu trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối Trong mơ hình này, cĩ chú ý là các thiết bị đầu cuối (Endpoint) chỉ xin phép Gatekeeper thực hiện cuộc gọi thơng qua báo hiệu RAS cịn các bước báo hiệu giữa các thiết bị này được thực hiện trực tiếp khơng thơng qua Gatekeeper. Dưới đây là ví dụ thiết lập cuộc gọi giữa hai điểm cuối 1, 2 cĩ cùng một Gatekeeper đã đăng kí trong trường hợp báo hiệu trực tiếp. 50
  51. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Endpoint 1 Gatekeeper Endpoint 2 H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ H.225 Khẳng định kết nạp ACF Mở kênh TCP cho Q.931 Q931 Setup Q931 Call Proceeding H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ H.225 Khẳng định kết nạp ACF Q931 Alerting Q931 Connect Mở kênh TCP cho H.245 Trao đổi khả năng Quyết định chủ tớ Mở kênh logic cho thoại Trao đổi thơng tin thoại hai chiều Hình 2.16: Thiết lập báo hiệu H.323 trực tiếp giữa các đầu cuối Bước 1: Endpoint 1 đăng kí với Gatekeeper yêu cầu cho phép thực hiện một cuộc gọi tới Endpoint 2. Các bước thực hiện xác thực thuê bao gọi sẽ được thực hiện ở bước này. Gatekeeper trả lời cho phép Endpoint 1 thực hiện cuộc gọi và địa chỉ của chính xác của Endpoint 2. Trong trường hợp này, hai Endpoint thực hiện cuộc gọi trực tiếp với nhau. Bước 2: Endpoint 1 và Endpoint 2 thiết lập một kết nối TCP cho báo hiệu H.225 để truyền các bản tin Q.931 cho phép thiết lập cuộc gọi. Endpoint 1 gửi bản tin Setup tới Endpoint 2 yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Endpoint 2 trả lời bằng bản tin Call Proceeding thơng báo cuộc gọi đang được thực hiện. Bước 3: Endpoint 2 xin phép Gatekeeper cho phép thực hiện cuộc gọi với Endpoint 1. Gatekeeper trả lời đồng ý cho Endpoint 2 chấp nhận cuộc gọi. Endpoint 2 thực hiện rung chuơng và báo cho Endpoint 1 biết là đang rung chuơng người bị gọi. Bước 4: Người bị gọi nhấc ống nghe. Endpoint 2 gửi bản tin Conect tới Endpoint 1 thơng báo kênh cuộc gọi đã được thiết lập. Lúc này, giữa hai Endpoint mở một kết nối TCP nữa cho kênh báo hiệu H.245 để thương lượng, thiết lập và duy trì kênh media. 51
  52. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Bước 5: Khi đã thương lượng xong, mỗi Endpoint yêu cầu mở một kết nối audio để truyền thoại. Như vậy sẽ tồn tại hai kênh cho phép thực hiện cuộc gọi hai chiều giữa hai thuê bao. Quá trình thoại được thực hiện hiện dựa trên giao thức RTP với sự kiểm sốt của RTCP. 2.3.1.3.2. Báo hiệu được định tuyến thơng qua Gatekeeper Trong hình thức báo hiệu này thì mọi bản tin báo hiệu để được gửi qua Gatekeeper. Gatekeeper sẽ xử lý và chuyển tiếp bảo tin tới phía bị gọi. Khi đĩ, phía gọi khơng nhất thiết phải biết chính xác địa chỉ của phía bị gọi nhưng quá trình này sẽ bị trễ nhiều hơn. Các bản tin báo hiệu trong mơ hình này gần như giống với trường hợp báo hiệu trực tiếp giữa hai thiết bị đầu cuối nhưng cĩ một số chú ý như sau:  Gatekeeper ở đây sẽ gồm cĩ hai giao diện: giao diện với Endpoint O và Endpoint T. Việc phân biệt như vậy sử giúp chúng ta rõ rằng hơn trong việc gửi nhận các bản tin vì hai giao diện này hoạt động cĩ sự độc lập nhất định với nhau. Kênh báo hiệu H.225 được thiết lập giữa các Endpoint và Gatekeeper Khi nhận được bản tin Setup từ Endpoint O gửi tới, Gatekeeper sẽ gửi bản tin này tới Endpoint T và gửi ngay bản tin Call Proceeding về cho Endpoint O báo rằng cuộc gọi đang trong quá trình thiết lập.  Sau khi nhận được bản tin Connect từ Endpoint T, Endpoint O và Endpoint T sẽ thực hiện báo hiệu trực tiếp với nhau để mở kênh truyền media. 2.3.1.3.3. Thiết lập cuộc gọi giữa hai thiết bị đầu cuối ở hai vùng dịch vụ Trong mơ hình này là việc thực hiện cuộc gọi giữa hai thiết bị đầu cuối ở hai vùng dịch vụ khác nhau cho nhau. Đây là mơ hình báo hiệu dựa trên việc định tuyến của các Gatekeeper. Sau khi nhận được yêu cầu của Endpoint 1 muốn thiết lập cuộc gọi với Endpoint 2, Gatekeeper 1 gửi tới Endpoint 2 yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Vì Endpoint 2 nằm trong vùng dịch vụ do Gatekeeper 2 quản lý nên nĩ phải xin sự cho phép để cĩ thể thực hiện cuộc gọi (giống như các trường hợp trước). Ở trong trường hợp này, Gatekeeper 2 cũng gửi trả lời bản tin ARQ của 52
  53. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Endpoint 2 bằng bản tin ACF cho phép thiết lập cuộc gọi nhưng phải thơng qua nĩ (khơng cho thực hiện cuộc gọi trực tiếp tới Endpoint 2). Do vậy, Endpoint 2 gửi bản tin Facility tới Gatekeeper 1 thơng báo là cuộc gọi được chấp nhận nhưng phải được định tuyến lại thơng qua Gatekeeper 2. Chính vì vậy, kênh báo hiệu H.245 cũ được hủy và thay bằng các kênh báo hiệu biểu diễn như trong hình vẽ. Endpoint 1 Gatekeeper 1 Gatekeeper 2 Endpoint 2 H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ H.225 Khẳng định kết nạp Mở kênh TCPACF cho Q.931 Mở kênh TCP cho Q.931 Q.931 Setup Q.931 Setup Q.931 Call Proceeding H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ H.225 Khẳng định kết nạp Q.932 Facility ACF Q.931 Release Complete Mở kênh TCP cho Q.931 Q.931 Setup Mở kênh TCP cho Q.931 Q.931 Setup Q.931 Call Proceeding Q.931 Call Proceeding H.225 Yêu cầu kết nạp ARQ H.225 Khẳng định kết nạp Q.931ACF Alertin g Q.931 Alerting Q.931 Alerting Q.931 Connect Q.931 Connect Q.931 Connect Q.931 Connect Mở kênh TCP cho H.245 Trao đổi khả năng Quyết định chủ tớ Mở kênh logic cho thoại Trao đổi thơng tin thoại hai chiều Hình 2.17: Trao đổi thơng tin giữa hai vùng dịch vụ 2.3.2. Giao thức báo hiệu SIP Tại Việt NAM, chuẩn SIP chỉ mới được đưa vào ứng dụng trong dịch vụ điện thoại Internet quốc tế từ cuối năm 2005. Tiên phong cho ứng dụng này là dịch vụ Voice777 của Trung tâm viễn thơng thế hệ mới VN (VNGT). Cơng ty điện tốn và truyền số liệu VDC và Saigon Postel cũng đang đầu tư cơng nghệ và đường truyền để cho ra đời những dịch vụ mới sử dụng giao thức SIP. 53
  54. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức điều khiển báo hiệu thuộc lớp ứng dụng, được phát triển như là một chuẩn mở RFC 2543 của IEFT. Khác với H.323, nĩ dựa trên nguồn gốc Web (HTTP) và cĩ thiết kế kiểu modul, đơn giản và dễ dàng mở rộng với các ứng dụng thoại SIP. SIP là một giao thức báo hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện như: Thoại IP, hội nghị và các ứng dụng tương tự khác liên quan đến việc truyền thơng tin đa phương tiện. Ưu điểm chính của SIP so với các phương thức báo hiệu khác là cung cấp một sự mềm dẻo. SIP cĩ thể hoạt động kết hợp với các giao thức báo hiệu khác như H.323. SIP là một giao thức theo thiết kế mở do đĩ nĩ cĩ thể được mở rộng để phát triển thêm các chức năng mới. Sự linh hoạt của các bản tin SIP cũng cho phép đáp ứng các dịch vụ thoại tiên tiến bao gồm cả các dịch vụ di động. Cĩ thể sử dụng năm chức năng của SIP để thiết lập và kết thúc truyền dẫn là: o Định vị người sử dụng : Xác định hệ thống cuối. o Khả năng người dùng : Xác định phương tiện và thơng số của nĩ. o Tính sẵn sàng của người dùng : Xác định sự sẵn sàng của phía bị gọi đã đăng ký truyền tin. o Thiết lập cuộc gọi : Thiết lập các thơng số cuộc gọi cả phía chủ gọi lẫn bị gọi. o Điều khiển cuộc gọi : Bao gồm việc truyền và hủy cuộc gọi. 2.3.2.1. Các thành phần trong mạng SIP Hình 2.18: Các thành phần trong mạng SIP 54
  55. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Nĩi chung SIP gồm 2 thành phần lớn là SIP Client và SIP Server  SIP Client: Là thiết bị hỗ trợ giao thức SIP như SIP phone, chương trình chat Đây chính là giao diện và dịch vụ của mạng SIP cho người dùng.  SIP Server: Là thiết bị trong mạng xử lý các bản tin SIP. Trong SIP Server bao gồm 4 thành phần quan trọng như: Proxy Server (máy chủ uỷ quyền), Location Server (máy chủ định vị), Redirect Server (máy chủ chuyển tiếp), Register Server (máy chủ đăng ký).  Proxy Server: Là thực thể trong mạng SIP làm nhiệm vụ chuyển tiếp các SIP request tới thực thể khác trong mạng. Như vậy, chức năng chính của nĩ trong mạng là định tuyến cho các bản tin đến đích. Proxy server cũng cung cấp các chức năng xác thực trước khi cho khai thác dịch vụ. Một proxy cĩ thể lưu (stateful) hoặc khơng lưu trạng thái (stateless) của bản tin trước đĩ. Thơng thường, Proxy cĩ lưu trạng thái, chúng duy trì trạng thái trong suốt transaction (khoảng 32 giây).  Redirect Server: Trả về bản tin lớp 300 để thơng báo thiết bị là chuyển hướng bản tin tới địa chỉ khác – tự liên lạc thơng qua địa chỉ trả về.  Registrar server: Là Server nhận bản tin SIP Register yêu cầu và cập nhật thơng tin từ bản tin request vào “location database” nằm trong Location Server.  Location Server: Lưu thơng tin trạng thái hiện tại của người dùng trong mạng SIP. 2.3.2.2. Mối liên hệ giữa các thành phần trong mạng SIP Hình 2.19: Chức năng của Proxy, Redirect Server trong mạng SIP 55
  56. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Các thành phần trong mạng SIP cĩ mối quan hệ mật thiết, phụ trợ lẫn nhau. Sơ đồ trên cho ta cĩ một cái nhìn khái quát về chức năng của Proxy Server, Redirect Server, SIP Phone trong mạng. Giả sử thuê bao cĩ tên user1 trong miền dịch vụ do here.com muốn thực hiện một cuộc gọi thoại tới thuê bao cĩ thể là user2 ( thuộc there.com). 1. Khi User 1 muốn gọi tới User 2, trước hết nĩ sẽ gửi bản tin INVITE 1 đến Proxy Server 1. Proxy Server 1 chuyển tiếp bản tin tới Redirect Server. 2. Redirect Server này xử lý và trả về mã 3xx thơng báo cho Proxy Server tự thực hiện kết nối. 3. Proxy Server 1 gửi bản tin INVITE 2 tới đích trả về bởi Redirect Server (chính là Stateless Proxy Server 1). Vì đây là Stateful Proxy nên thực chất bản tin INVITE được gửi bởi Stateful Proxy là khác so với bản tin nhận được từ User1(ban đầu). 4. Stateless Proxy Server chuyển tiếp bản tin INVITE tới SIP Statefull Proxy 2. Do là Stateless Proxy nên cơng việc của nĩ đơn giản là chuyển tiếp bản tin. 5. SIP Statefull Proxy 2 chuyển tiếp bản tin INVITE tới user2. 6. Khi user2 nhấc máy thì nĩ sẽ gửi bản tin 200 OK theo chiều ngược lại. 7. Sau khi nhận được bản tin 200 OK, user1 sẽ gửi xác nhận ACK tới user2. 8. Luồng RTP trực tiếp giữa hai thuê bao được thiết lập. Và cuộc gọi được thực hiện. 2.3.2.3. Bản tin SIP SIP bao gồm 2 loại bản tin: Bản tin yêu cầu và bản tin đáp ứng  Bản tin yêu cầu (Request): Được gửi từ client tới server. RFC 3261 định nghĩa 6 kiểu bản tin Request cho phép UA và proxy cĩ thể xác định người dùng, khởi tạo, sửa đổi, hủy một phiên. . Bản tin INVITE: Yêu cầu thiết lập một phiên hoặc để thay đổi các đặc tính của phiên trước đĩ.Trong bản tin này cĩ sử dụng SDP để định nghĩa về các thơng số media của phiên. Một Response thành cơng cĩ giá trị 200 được trả lại các thơng số mà người được gọi chấp nhận trong phiên media. 56
  57. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng . Bản tin ACK xác nhận rằng Client đã nhận được Response cuối cùng của bản tin INVITE. ACK chỉ được sử dụng kèm với bản tin INVITE. ACK được gửi từ đầu cuối đến đầu cuối cho Response 200 OK. ACK cũng cĩ thể chứa phần thân bản tin với mơ tả phiên cuối cùng nếu bản tin INVITE khơng chứa. . Bản tin OPTIONS: UA sử dụng Request này để truy vấn tới server về khả năng của nĩ. . Bản tin BYE: UA sử dụng bản tin này để yêu cầu hủy một phiên đã được thiết lập trước đĩ. . Bản tin CANCEL: Cho phép Client và Server hủy một Request, ví dụ như INVITE. Nĩ khơng ảnh hưởng tới Request đã hồn thành trước đĩ mà Server đã gửi Response. . Bản tin REGISTER: Một Rlient sử sụng REGISTER để yêu cầu đang kí vị trí của nĩ tới AOR (address of record) của người dùng với SIP server.  Bản tin đáp ứng (Response): Server gửi bản tin SIP đáp ứng (SIP response) tới Client để báo về trạng thái của SIP Request mà Client gửi trước đĩ. Các SIP Response được đánh số từ 100 đến 699, được chia thành các lớp nghĩa khác nhau. 1xx = phản hồi thơng tin 2xx = phản hồi thành cơng 3xx = phản hồi chuyển hướng 4xx = yêu cầu bị thất bại 5xx = lỗi máy chủ 6xx = thất bại tồn cục 2.3.2.4. Mơ tả cuộc gọi SIP 2.3.2.4.1. Cuộc gọi được định tuyến qua Proxy Server 1. Proxy server nhận được bản tin INVITE từ Client. 2. Proxy server liên lạc với Location server để xác định địa chỉ của người bị gọi. 3. Location server xác định vị trí của người được gọi và cung cấp địa chỉ server đích. 4. Bản tin INVITE được chuyển tiếp tới địa chỉ mà Location server trả về. 57
  58. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 5. UAS của bên gọi gửi trả lời OK để báo sẵn sang tham gia đàm thoại. 6. Proxy Server gửi tới Client bên gọi trả lời OK để báo bên gọi sẵn sàng tham gia đàm thoại. 7. Client bên gọi gửi tới Proxy Server yêu cầu ACK để phúc đáp lại. 8. Proxy Server chuyển hoặc phát trực tiếp yêu cầu ACK này tới UAS đại diện bên gọi. 9. Cuộc gọi thoại được thiết lập. Location Server 2 3 1. INVITE 4. INVITE Proxy Client UAS Server 6. OK 5. OK 7. ACK 8. ACK Hình 2.20: Thiết lập cuộc gọi SIP với Proxy Server 2.3.2.4.2. Báo hiệu trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối Location Server 2 3 1. INVITE Client Redirect UAS Server 4 5. ACK 6. INVITE 7. OK 8. ACK Hình 2.21: Thiết lập cuộc gọi với Redirect Server 1. Redirect server nhận được bản tin INVITE từ phía UAC bên gọi. 2. Redirect server liên lạc với Location server để lấy thơng tin địa chỉ của UA được gọi. 3. Location server trả lại địa chỉ của UA được gọi. 58
  59. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 4. Redirect server gửi lại UAC bên gọi thơng tin về vị trí bên bị gọi qua thơng điệp trả lời. 5. UAC bên gọi gửi thơng điệp ACK tới Redirect server để phúc đáp giao dịch đã hồn thành. 6. Client bên gọi gửi thơng điệp INVITE trực tiếp tới địa chỉ bên gọi được Redirect server cung cấp. 7. Nếu bên bị gọi sẵn sàng thì UAS của nĩ gửi lại thơng điệp trả lời OK. 8. Bên gọi gửi thơng điệp ACK để hồn tất kết nối. 2.3.2.4.3. Thiết lập cuộc gọi SIP giữa hai điện thoại Một phiên gọi SIP giữa 2 điện thoại được thiết lập : Khi một thuê bao cần liên lạc với một thuê bao khác thì trình tự như sau: Hình 2.22: Thiết lập cuộc gọi giữa hai máy điện thoại 59
  60. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Đăng kí khởi tạo thơng tin cuộc gọi và xác nhận địa chỉ phía bị gọi: Quá trình đăng kí.  Kích hoạt SIP Client.  SIP Client cần thơng báo về thơng tin địa chỉ tới Server.  Chờ sau một khoản thời gian nhất định. Máy gọi gửi một tín hiệu mời. Máy được gọi gửi trả một thơng tin hồi đáp 100 – Thử. Khi máy được gọi bắt đầu đổ chuơng, một tín hiệu hồi đáp 180 – Đổ chuơng – được gửi trả. Khi bên gọi nhấc máy, máy được gọi gửi một tín hiệu hồi đáp 200 - OK Máy gọi hồi đáp với ACK – tiếp nhận. Lúc này cuộc gọi đích thực được truyền dưới dạng dữ liệu thơng qua RTP. Khi người gọi dập máy, một yêu cầu BYE được gửi đến cho máy gọi. Máy gọi phản hồi với tín hiệu 200 – OK. 2.3.3. So sánh giữa giao thức H.323 và SIP Giữa H.323 và SIP cĩ nhiều điểm tương đồng. Cả hai đều cho phép điều khiển, thiết lập và huỷ cuộc gọi. Cả H.323 và SIP đều hỗ trợ tất cả các dịch vụ cần thiết, tuy nhiên cĩ một số điểm khác biệt giữa hai chuẩn này.  H.323 hỗ trợ hội nghị đa phương tiện rất phức tạp. Hội nghị H.323 về nguyên tắc cĩ thể cho phép các thành viên sử dụng những dịch vụ như bảng thơng báo, trao đổi dữ liệu, hoặc hội nghị video.  SIP hỗ trợ SIP - CGI (SIP-Common Gateway Interface) và CPL (Call Processing Language).  SIP hỗ trợ điều khiển cuộc gọi từ một đầu cuối thứ 3. Hiện nay H.323 đang được nâng cấp để hỗ trợ chức năng này. SIP H.323 Nguồn gốc IETF ITU-T Quan hệ mạng Ngang cấp Ngang cấp Khởi điểm Kế thừa cấu trúc HTTP. Kế thừa Q.931, Q.SIG Đầu cuối SIP H.323 Server Proxy Server H.323 Gatekeeper 60
  61. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Redirect Server Location Server Registrar Servers. Khuơn dạng Text, UTF-8 Nhị phân Trễ thiết lập 1.5 RTT 6-7 RTT hoặc hơn cuộc gọi Phiên bản 1 và 2: Máy chủ phải Cĩ 2 lựa chọn: giám sát trong suốt thời gian Trong thời gian thiết Giám sát trạng cuộc gọi và phải giữ trạng thái lập cuộc gọi thái cuộc gọi kết nối TCP. Điều này hạn chế Suốt thời gian cuộc khả năng mở rộng và giảm độ gọi tin cậy Báo hiệu Cĩ hỗ trợ Khơng quảng bá Sử dụng các giao thức Gatekeeper điều khiển băng Chất lượng khác như RSVP, OPS, thơng. H.323 khuyến nghị dùng dịch vụ OSP để đảm bảo chất RSVP để lưu dữ tài nguyên lượng dịch vụ mạng. Đăng ký tại Registrar Chỉ đăng ký khi trong mạng cĩ Bảo mật server, cĩ xác nhận đầu Gatekeeper, xác nhận và mã cuối và mã hố hố theo chuẩn H.235. Định vị đầu cuối sử dụng E.164 Dùng SIP URL để đánh hoặc tên ảo H.323 và phương Định vị đầu địa chỉ. Định tuyến nhờ pháp ánh xạ địa chỉ nếu trong cuối và định sử dụng Redirect và mạng cĩ Gatekeeper. Chức tuyến cuộc gọi Location server năng định tuyến do Gatekeeper đảm nhiệm. Được thiết kế nhằm hỗ trợ rất nhiều tính năng hội nghị, kể cả Tính năng Hỗ trợ các tính năng của thoại, hình ảnh và dữ liệu, quản thoại cuộc gọi cơ bản lý tập trung nên cĩ thể gây tắc nghẽn ở Gatekeeper Khả năng Dễ dàng Hạn chế mở rộng 61
  62. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 2.4. KẾT NỐI GIỮA MẠNG VOIP VÀ PSTN 2.4.1. Vấn đề kết nối giữa VoIP và PSTN Như chúng ta đã biết, vấn đề sống cịn của một cơng nghệ mới ra đời là phải tương thích được với các cơng nghệ trước đĩ. Với sự hình thành và phát triển trên phạm vi thế giới, mạng PSTN đã trở thành mạng viễn thơng rộng lớn nhất. Mạng VoIP khơng thể tự bản thân nĩ tồn tại một cách đơn lẻ trên mơi trường Internet mà tách rời khỏi hệ thống viễn thơng tồn cầu. Chính việc giải quyết được bài tốn kết nối mạng PSTN mang lại thành cơng lớn cho mạng VoIP như ngày hơm nay. Hình 2.23: Mơ hình kết nối mạng VoIP với PSTN Qua mơ hình kết nối VoIP với PSTN, chúng ta thấy sự cĩ mặt của hai thành phần mới trong mạng VoIP. . Media Gateway: Thực hiện nhiệm vụ truyền tải tín hiệu kênh 64Kb/s trên đường Trunk thành các gĩi RTP truyền trên mạng Internet. Đây chính là tín hiệu thoại giữa các người dùng đầu cuối với nhau. Media Gateway cĩ bộ mã hĩa với tốc độ bit thấp, cĩ khả năng triệt các khoảng lặng giúp giảm lưu lượng truyền trên mạng khơng cần thiết. . Signaling Gateway: Được xem như là giao diện của mạng VoIP với mạng báo hiệu SS7 của PSTN. Nhờ cĩ Signaling Gateway mà thơng tin báo hiệu cuộc gọi cĩ thể nhận từ PSTN tới mạng VoIP và ngược 62
  63. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng lại. Signaling Gate truyền bản tin SS7 qua mạng IP thơng qua giao thức Sigtran tới Softswitch. Và ở đây, SoftSwitch sẽ làm nhiệm vụ của mình là khởi tạo các bản tin thiết lập cuộc trong mạng VoIP. Cả hai thiết bị này đều cĩ mặt trong hầu hết các giao thức mạng VoIP khi muồn kết nối với PSTN. Giao thức sử dụng trên Signaling Gateway thì chung cho hầu hết các giao thức báo hiệu VoIP. Trái lại, với mỗi giao thức khác nhau thì việc báo hiệu giữa Media Gateway và SoftSwitch (Gatekeeper với giao thức H.323; SIP Server với giao thức SIP) lại khác nhau. Một điểm quan trọng cần lưu ý nữa là cả hai thiết bị này đều cĩ hai giao diện: Một giao diện với mạng VoIP, một giao diện với mạng PSTN. Chính vì vậy, với Signaling Gateway thì nĩ cũng cĩ Point Code y như một điểm báo hiệu SS7 thơng thường, cịn kết nối với Media Gateway là các đường Trunk cĩ đánh số giống như ở mạng PSTN. Các giao thức được trình bày trong mơ hình kết nối giữa mạng VoIP và PSTN sẽ được lần lượt đề cập chi tiết ở phần sau. Trước hết, chúng ta đi vào nghiên cứu cấu trúc của mạng báo hiệu SS7 để thuận lợi hơn trong việc nghiên cứu. 2.4.2. Mạng báo hiệu SS7 SS7 (Signaling System No.7) là một hệ thống báo hiệu kênh chung được phát triển để đáp ứng các yêu cầu báo hiệu tiên tiến trong một mạng thoại số hĩa hồn tồn. SS7 khơng chỉ hỗ trợ báo hiệu trong mạng PSTN trong việc thiết lập cuộc gọi, xử lý trao đổi thơng tin mà cịn là chọn đường, khai thác, tính cước và đặc biệt là hỗ trợ các dịch vụ IN. Vì báo hiệu SS7 là một phần kiến thức rất lớn, nên dưới đây chỉ xin trình bày sơ lược. 2.4.2.1. Các thành phần trong mạng báo hiệu SS7 Mạng SS7 được sử dụng để chuyển các bản tin nhằm thiết lập, quản lý và giải phĩng các cuộc gọi cũng như duy trì mạng báo hiệu. Mạng SS7 gồm 3 thành phần báo hiệu:  Điểm chuyển mạch dịch vụ (SSP): Là các chuyển mạch nội hạt hay tandem kết nối kênh thoại và thực hiện các chức năng chuyển mạch cần thiết để bắt đầu hay kết thúc cuộc gọi. 63
  64. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng  Điểm chuyển giao báo hiệu (STP): Chọn đường và chuyển mạch các bản tin báo hiệu trong mạng.  Điểm điều khiển dịch vụ (SPC): Cung cấp sự truy nhập tới các cơ sở dữ liệu, là phần tử chính để cung cấp các ứng dụng IN trong mạng. 2.4.2.2. Giao thức trong mạng SS7 Phần chuyển giao bản tin (MTP): Lớp 1,2,3 cung cấp giao thức giao vận cho tất cả các giao thức SS7 khác. Chức năng của MTP bao gồm đặc tính giao diện mạng, truyền tin tin cậy, xử lý bản tin và định tuyến. Phần điều khiển kết nối báo hiệu (SCCP): Cung cấp dịch vụ định địa chỉ đầu cuối - đầu cuối và định tuyến bản tin lớp 4 như (TCAP). Phần người sử dụng thoại (TUP): Là hệ thống báo hiệu link-by-link được sử dụng để kết nối cho cuộc gọi thoại và fax. Phần người sử dụng ISDN (ISUP): Là giao thức sử dụng để thiết lập và duy trì kết nối cho cuộc gọi thoại và dữ liệu dựa trên mạng kênh. TCAP: Cho phép truy cập tới CSDL từ xa, cung cấp các thơng tin định tuyến và các đặc trưng khác cho các thành phần mạng ở xa. OSI SS7 Lớp 7 TCAP ISUP TUP Lớp 6 Lớp 5 SCCP Lớp 4 Lớp 3 MTP L3 Lớp 2 MTP L2 Lớp 1 MTP L1 Hình 2.24: Chồng giao thức SS7 so sánh với mơ hình OSI Trong đĩ, Tầng 1 của MTP (L1): Định nghĩa các đặc tính vật lí, điện và chức năng của đường liên kết số báo hiệu và phương tiện truy nhập nĩ. Tuyến báo hiệu cĩ thể được truy nhập bằng chức năng chuyển mạch cĩ khả năng tự động cấu hình lại các tuyến báo hiệu. Tầng 2 MTP (L2): Thực hiện chức năng liên kết báo hiệu, tạo ra các 64
  65. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng liên kết điểm tới điểm tin cậy giữa các phần tử báo hiệu trong mạng, cĩ những cơ chế sau: Phát hiện và sửa lỗi, truyền lại khi mất gĩi, chỉ thị trạng thái kênh liên kết. Tầng 2 sử dụng các gĩi gọi là các đơn vị báo hiệu, gồm 3 loại: FISU, LSSU, MSU thực hiện các chức năng như phát hiện lỗi, giám sát độ sẵn sàng của kênh, chỉ thị trạng thái kênh và chuyên trở các bản tin báo hiệu. Tầng 3 MTP (L3): Với chức năng mạng báo hiệu, đưa ra định nghĩa các chức năng và thủ tục truyền chung và độc lập với các tuyến báo hiệu riêng rẽ. Cĩ hai loại chức năng chính ở tầng 3 là: Xử lý bản tin báo hiệu và quản lý mạng báo hiệu. Ngồi ra, ISUP cĩ thể sử dụng SCCP định tuyến thơng tin báo hiệu qua mạng. Đường đi của báo hiệu cĩ thể khơng giống nhau cho mỗi bản tin liên quan tới mỗi một kênh khác nhau. SCCP cho phép bản tin ISUP cĩ thể được định tuyến trực tiếp từ trạm nguồn đến trạm đích. Trường kiểu bản tin trong bản tin ISUP cho phép xác định kiểu bản tin được mạng trong MSU với các giá trị cụ thể như sau: Bản tin Tên đầy đủ Ý nghĩa IAM Initial Address Sử dụng để thiết lập cuộc gọi. Bản tin này thường chứa số thuê bao bị gọi ACM Address Complete Thơng báo rằng cuộc gọi đang được thiết lập ANM Answer Phía bị gọi đã cĩ tín hiệu trả lời REL Release Cuộc gọi bị hủy. Cũng cĩ thể sử dụng kiểu bản tin này để thơng báo rằng tổng đài tandem hoặc tổng đài đích khơng thể thiết lập được kết nối. RLC Release Complete Đã nhận được bản tin REL và kênh thoại được hủy COT Continuity Test Dùng để kiểm tra tính liên tục của đường trunk CPG Call Process Đang rung chuơng thuê bao bị gọi SUS Suspend Dừng một cuộc gọi nhưng kết nối của nĩ vẫn 65
  66. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng Bản tin Tên đầy đủ Ý nghĩa được giữ RES Resume Phục hồi trạng thái cuộc gọi được dừng trước đĩ.SUS và RES dùng cùng một cấu trúc bản tin và tham số. FOT Forward Transfer INR Information Yêu cầu thơng tin từ phía tổng đài đích tới Request tổng đài nguồn để lấy thêm thơng tin. INF Information Cung cấp thơng tin yêu cầu bởi INR 2.4.2.3. Các bước thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 Switch SS7 Switch off hook dial tone digits IAM IAM Setup ring tone ACM ACM alerting CONNECT off hook ANM ANM CONN ACK DISCONN REL REL DISCONN RELEASE RLC RLC RELEASE REL ACK Hình 2.25: Quá trình thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 1. Người gọi nhấc ống nghe, được nhận biết bởi tổng đài địa phương A nhờ báo hiệu một chiều. 2. Tổng đài A phát tín hiệu mời quay số. 3. Người gọi quay số. 4. Vì số thuê bao bị gọi khơng nằm trong tổng đài A, nên nĩ phải xác định cách để thiết lập cuộc gọi thơng qua bảng định tuyến. Thơng tin bảng định tuyến sẽ cho phép xác định kênh cịn rỗi cho phép thiết lập cuộc 66
  67. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng gọi. Tổng đài này sẽ gửi bản tin IAM qua mạng SS7 tới tổng đài cĩ chứa thuê bao người bị gọi. 5. Khi tổng đài B nhận được bản tin IAM, nĩ sẽ gửi bản tin ACM tới tổng đài A thơng báo tuyến đã sẵn sàng và để A phát tín hiệu cho người gọi biết. Đồng thời, B cũng phát tín hiệu rung chuơng tới thuê bao bị gọi. 6. Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin ANM được gửi từ tổng đài B tới A để thơng báo bắt đầu cuộc gọi. 7. Cuộc gọi được thực hiện. Với quá trình này, thơng tin là trong suốt. 8. Giả sử người gọi dập máy trước, khi tổng đài A nhận được báo hiệu này lập tức gửi bản tin REL tới tổng đài B để chấm dứt cuộc gọi. 9. Tổng đài B gửi tín hiệu kết thúc cuộc gọi tới thuê bao bị gọi và bản tin RLC tới tổng đài A để thơng báo việc hủy cuộc gọi là xong. 2.4.3. Giao thức SIGTRAN Giao thức SIGTRAN là giao thức tin cậy để truyền tải các bản tin SS7 qua mạng IP. Cấu trúc gồm 2 thành phần: Giao thức truyền tải chung cho các lớp giao thức SS7 và Module tương thích để giả lập các lớp thấp hơn của giao thức. Ví dụ nếu module xử lí SS7 trong Softswitch xử lí bản tin MTP lớp 3, thì giao thức sigtran cung cấp các chức năng tương đương với các chức năng của MTP lớp 2. Nếu nĩ xử lí ở mức ISUP và SCCP, thì giao thức sigtran cung cấp chức năng giống như MTP lớp 2 và lớp 3, tương tự đối với TCAP. Do đĩ SIGTRAN là một tập các giao thức để giả lập (thực hiện adaptation) SS7 trong mạng IP. T TCAP T C I SS7 U A S SCCP ISUP TUP Q.931 TCAP MTP3 P P U SCCP P SUA IUA M3UA IUA SUA M2PA/UA MTPLayer3 M3UA Sigtran SCTP MTPLayer2 M2UA M2PA IP MTPLayer1 Eth ATM V.V Hình 2.26: Giao thức Sigtran Giao thức SIGTRAN cung cấp tất cả các chức năng cần thiết để hỗ trợ cho báo hiệu SS7 qua mạng IP, bao gồm: . Điều khiển luồng. . Phân phối tuần tự các bản tin trong các luồng điều khiển độc lập. 67
  68. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng . Xác định điểm báo hiệu nguồn và đích. . Xác định kênh thoại. . Phát hiện lỗi, truyền lại và các thủ tục sửa sai khác. . Khơi phục lại các thành phần nằm trong các đường chuyển tiếp. . Điều khiển tránh nghẽn trên Internet. . Xác định trạng thái của các thực thể trên mạng (đang phục vụ, ngừng phục vụ). . Hỗ trợ cơ chế bảo mật để bảo vệ các thơng tin báo hiệu. . Mở rộng khả năng hỗ trợ về bảo mật và các yêu cầu phát triền về sau. 2.4.4. Kết nối mạng VoIP với PSTN 2.4.4.1. Cuộc gọi bắt đầu từ mạng VoIP (SIP) và kết thúc tại PSTN Chú ý ở mơ hình này, ta khơng đề cập tới sự cĩ mặt của Proxy Server hay Redirect Server mà coi bản tin báo hiệu SIP đến thẳng Gateway. Thực chất vấn đề là khi đầu cuối SIP quay số, Proxy Server đã biết đây là cuộc gọi ngoại mạng nên nĩ sẽ xác định Gateway thích hợp để thực hiện cuộc gọi. Một chú ý nữa là trong mơ hình này, Gateway đĩng vai trị vừa là Media Gateway và Signaling Gateway. Gateway PSTN Switch SIP User Agent Telephone 1. INVITE 2. IAM 3. 100 Trying 4. ACM 5. 183 Session Progress One way RTP Media One way Speech 6. ANM 7. 200 OK 8. ACK RTP Media Session Two way Speech 9. BYE 10. REL 11. 200 OK 12. RLC No Media Session No Speech Path Hình 2.27: Quá trình thiết lập cuộc gọi SIP-PSTN 68
  69. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng 1. SIP User Agent gửi bản tin INVITE tới Gateway yêu cầu kết nối với một thuê bao PSTN. 2. Gateway trả lời bằng bản tin 100 Trying ngay sau khi khởi tạo bản tin SS7 IAM tới mạng PSTN để lập tuyến tới thuê bao bị gọi. Chú ý là việc gửi bản tin 100 Trying cũng cĩ thể thực hiện trước khi gửi bản tin IAM, điều này phụ thuộc vào việc cấu hình trên Gateway. 3. Mạng PSTN trả về bản tin ACM sau khi đã xác định được địa chỉ thuê bao bị gọi. Bản tin SS7 này được chuyển thành bản tin SIP 183 Session Progress. 4. Để báo rằng thuê bao bị được đang được rung chuơng thì ở đây, mạng SIP trọn một cách an tồn là truyền nguyên trạng thái tín hiệu nhận được trên Gateway đến thuê bao SIP. Việc này cho phép báo hiệu chính xác trạng thái đang diễn ra đề phịng cĩ trục trặc trong lúc thực hiện kết nối với PSTN. Thơng tin này được truyền bằng một luồng RTP một chiều – biểu diễn như hình vẽ. 5. Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin SS7 ANM được gửi đi. Bản này được chuyển thành bản tin 200 OK báo hiệu cổng trên Gateway sẵn sàng cho cuộc gọi. 6. Sau khi thuê bao SIP trả lời bằng bản tin ACK thì luồng RTP được thiết lập 2 chiều giữa Gateway và SIP User Agent truyền tải tín hiệu thoại trên Gateway nhận được từ tổng đài của mạng PSTN. 7. Giả sử thuê bao SIP dập máy trước, nĩ sẽ gửi bản tin BYE tới Gateway để giải phĩng cuộc gọi. Gateway gửi bản tin REL tới tổng đài PSTN để hủy kết nối. Sau khi Gateway gửi bản tin 200 OK và nhận được bản tin RLC, cuộc gọi chính thức chấm dứt. 2.4.4.2. Cuộc gọi bắt đầu từ PSTN và kết thúc ở mạng VoIP Trong mơ hình cuộc gọi này rất giống với trường hợp cuộc gọi xuất phát từ mạng VoIP và kết thúc ở PSTN. Thơng tin báo hiệu vẫn được chuyển đổi tương đương giữa bản tin SS7 và SIP. Để thơng báo trạng thái rung chuơng của mình, thuê bao SIP gửi trả bản tin 180 Ringing tới Gateway. Bản tin này tương ứng với bản tin SS7 ACM. Khi đĩ, Gateway sẽ gửi tín hiệu thoại một chiều mơ tả trạng thái của thuê bao bị gọi tới thuê bao gọi. Việc này cĩ tác dụng rất lớn trong việc đảm bảo thơng 69
  70. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng tin trạng thái thiết lập đường truyền được kiểm sốt bởi thuê bao gọi. PSTN Switch Gateway Telephone SIP User Agent 1. IAM 2. INVITE 3. 100 Trying 4. 180 Ringing 5. ACM One way Speech 6. 200 OK 7. ANM 8. ACK Two way Speech RTP Media Session 9. REL 10. BYE 11. RLC 12. 200 OK No Speech Path No Media Session Hình 2.28: Quá trình thiết lập cuộc gọi PSTN- SIP 2.4.4.3. Cuộc gọi PSTN – PSTN thơng qua mạng VoIP. Chuẩn SIP-T Do vấn đề làm việc liên mạng giữa SIP và PSTN đặt ra ngày càng cấp thiết. Nên nhĩm IETF đã tập trung nghiên cứu để tìm gia những vấn đề cần bổ sung cho giao thức SIP hiện tại khi làm việc liên mạng với mạng điện thoại truyền thống PSTN. Mặt khác một thuộc tính rất quan trọng của bất kỳ một mạng điện thoại SIP nào là sự trong suốt mọi dịch vụ thoại truyền thống như chờ cuộc gọi, free phone được triển khai với các giao thức mạng PSTN như báo hiệu số 7 phải được cung cấp bởi SIP. Một thuộc tính quan trọng khác của mạng điện thoại SIP là khả năng định tuyến của các yêu cầu SIP. Một yêu cầu SIP dùng để thiết lập cuộc gọi phải chứa đầy đủ thơng tin trong header của nĩ để cho phép nĩ được định tuyến tới đích bởi Proxy server. Các tham số chính của một cuộc gọi như số bị gọi phải được truyền tải từ bản tin báo hiệu số 7 sang các yêu cầu của SIP. SIP-T (SIP Telephone) cố gắng cung cấp một phương thức tích hợp báo hiệu thoại vào bản tin SIP. Nĩ thoả mãn hai thuộc tính trên thơng qua các kỹ thuật là đĩng gĩi và dịch. ở một gateway SIP-ISUP, bản tin SS7-ISUP được 70
  71. Cơng nghệ VoIP và ứng dụng đĩng gĩi ở trong SIP để những thơng tin cần thiết cho các dịch vụ khơng bị loại bỏ trong các yêu cầu của SIP. Tuy nhiên, Proxy server cái mà chịu trách nhiệm các quyết định định tuyến, khơng địi hỏi phải hiểu ISUP, do đĩ đồng thời những thơng cần thiết nhất được dịch từ một bản tin ISUP sang các mào đầu tương ứng của SIP để quyết định các yêu cầu của SIP sẽ được định tuyến như thế nào. Trong khi SIP thuần túy cĩ mọi cơng cụ cần thiết cho việc thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Nĩ khơng cĩ một cơ chế nào để mang những thơng tin trong thời gian cuộc gọi như truy xuất ISUP INF/INR. Do đĩ cần phải cĩ một sự cung cấp việc truyền những thơng tin tuỳ biến của lớp ứng dụng ở trên. Các yêu cầu liên mạng giữa SS7-SIP Các chức năng của SIP-T Trong suốt báo hiệu ISUP Đĩng gĩi bản ISUP trong bản tin SIP Khả năng định tuyến bản tin SIP phụ Dịch các thơng tin của ISUP vào thuộc vào ISUP mào đầu của SIP Chuyển tiếp các bản tin báo hiệu của Sử dụng phương pháp INFO ISUP trong thời gian cuộc gọi Trong hình vẽ mơ tả hoạt động của SIP trong việc thiết lập kết nối giữa hai tổng đài PSTN với nhau (thường để giảm chi phí thiết lập cuộc gọi đường dài). Bên cạnh việc ánh xạ sang bản tin SIP cần thiết để thiết lập báo hiệu giữa hai Gateway thì bản tin bản tin SIP cũng nhúng cả nội dung bản tin SS7 trong đĩ. Việc này giúp khơng mất thơng tin báo hiệu cần thiết cho việc định tuyến tiếp theo ở mạng PSTN sau này. 71