xây dựng hệ thống voip trên hệ điều hành android

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ──────── * ─────── ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Xây dựng hệ thống Voip trên hệ điều hành Android Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Vinh Lớp CNPM-K51 Giáo viên hướng dẫn: ThS Vũ Đức Vượng HÀ NỘI 5-2011 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin về sinh viên Họ và tên sinh viên: Nguyễn Khắc Vinh Điện thoại liên lạc 01696890500 Email: nkvinh@gmail.com Lớp: CNPM Hệ đào tạo: Đại học chính quy Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Trung tâm phần mềm Viettel Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 28 /2 /2011 đến 28/5 /2011 2. Mục đích nội dung của ĐATN • Tìm hiểu kiến trúc Voip và hệ điều hành cho di động Android • Xây dựng hoàn thiện một hệ thống Voip, demo phía client trên máy Android 3. Các nhiệm vụ cụ thể của ĐATN • Tìm hiểu về kiến trúc của Voip • Tìm hiểu về hệ điều hành Android • Tìm hiểu thư viện hỗ trợ để lập trình Voip Client trên Android • Chọn proxy server để xây dựng hệ thống • Dùng thư viện và server đã chọn xây dựng một hệ thống Voip • Bảo mật cho tài khoản khi đăng kí với server • Tìm hiểu và lựa chọn giao thức vượt NAT 4. Lời cam đoan của sinh viên: Tôi – Nguyễn Khắc Vinh - cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thạc sĩ Vũ Đức Vượng Các kết quả nêu trong ĐATN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2011 Tác giả ĐATN Nguyễn Khắc Vinh 5. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của ĐATN và cho phép bảo vệ: Hà Nội, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn Thạc sĩ Vũ Đức Vượng MỤC LỤC KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ Thuật ngữ Định nghĩa Ghi chú VOIP Voice over Internet Protocol Công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP VOIP over 3G Voice over Internet Protocol over 3G Công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP trên hạ tầng mạng 3G (third- generation) TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian: Thời gian sử dụng đường truyền được chia làm nhiều khung. Mỗi khung được chia thành nhiều khe thời gian(Ts time slot) mỗi người sử dụng một khe thời gian dành riêng cho mình để phục vụ cho việc truyền tin. IP Internet Protocol Giao thức mạng được sử dụng rộng rãi ngày nay End point Các thiết bị đầu cuối: bao gồm IP phone và SIP phone. SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo session UA/ UAC/ User Agent/ Uer Agent Nơi gửi và nơi đáp trả các bản Thuật ngữ Định nghĩa Ghi chú UAS Client/ User Agent Server tin SIP, thông thường là các thiết bị SIP phone G7xx G711/ G729, … Các codec dùng số hóa âm thanh Proxy server Server trung chuyển các bản tin SIP Redirect server Server trả lời điểm tiếp theo mà thiết bị phải gửi bản tin tới. Registrar server Server đăng ký cho các user agent. Thuật ngữ và định nghĩa DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo trong viện Công nghệ Thông tin, bộ môn Công nghệ Phần mềm nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Vũ Đức Vượng. Thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn anh Cao Xuân Tuấn, trưởng phòng R&D, Trung tâm phần mềm Viettel và anh Đỗ Đình Thắng trưởng ban công nghệ đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất giúp em có một môi trường tốt để thực hiện đề tài đã giúp em hoàn thành đề tài này Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2011 Người thực hiện Nguyễn Khắc Vinh MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu đề tài Voice over Internet Protocol (VOIP), còn gọi là IP Telephony, đang nhanh chóng trở thành một thuật ngữ thông thuộc và công nghệ này đang đi sâu vào các doanh nghiệp, các tổ chức .VOIP được thiết kế để thay thế mạng lưới và công nghệ TDM bằng một mạng dữ liệu dựa trên giao thức mạng IP .Tiếng nói được số hóa và truyền đi trong các gói tin IP .Trong các doanh nghiệp hiện nay nhất là các công ty mạng Internet và cả wifi đã len lỏi đến mọi phòng ban .Mặt khác nhu cầu liên lạc nội bộ trong doanh nghiệp là rất lớn .Sẽ là rất tuyệt vời nếu có một hệ thống Voip ngay trong công ty ,giúp cho việc liên lạc trở nên dễ dàng hơn mà chi phí gần như bằng không vì tận dụng được hạ tầng mạng IP có sẵn .Vì lí do đó em chọn đề tài Xây dựng hệ thống Voip trên hệ điều hành Android 2. Môi trường thực hiện đồ án tốt nghiệp Địa điểm: Trung tâm phần mềm Viettel, Phòng R&D Thành viên đội thực hiện dự án: Quản trị dự án: Đỗ Đình Thắng Thành viên dự án: Đào Hải Hưng Thành viên dự án: Nguyễn Khắc Vinh Dự án: Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ Voip 3. Bố cục của đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp được chia thành các phần như sau: MỞ ĐẦU Giới thiệu đề tài, môi trường thực hiện đồ án, tóm tắt bố cục của đồ án tốt nghiệp PHẦN 1: Đặt vấn đề và định hướng giải pháp 1. Các nhiệm vụ cần thực hiện trong đề tài 2. Cơ sở lý thuyết và công cụ sử dụng. PHẦN 2: Các kết quả đạt được 1. Phân tích yêu cầu 2. Thiết kế hệ thống 3. Cài đặt 4. Đánh giá ưu, nhược điểm của hệ thống KẾT LUẬN Kết luận chung: tự đánh giá công việc làm được và chưa làm được, định hướng phát triển và hoàn thiện hệ thống trong tương lai. PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP 1 Tổng quan về đề tài 1.1 Các vấn đề cần giải quyết  Tìm hiểu về kiến trúc của Voip  Tìm hiểu về hệ điều hành Android  Tìm hiểu thư viện hỗ trợ để lập trình Voip Client trên Android  Chọn server để xây dựng hệ thống  Dùng thư viện và server đã chọn xây dựng một hệ thống Voip cơ bản  Bảo mật cho tài khoản khi đăng kí với server  Tìm hiểu và lựa chọn giao thức vượt NAT 2 Giới thiệu tóm tắt về cơ sở lý thuyết 2.1 Giới thiệu về VOIP Trong một mạng VOIP, có 2 giao thức được sử dụng chính .Giao thức đầu tiên là Signaling Protocol (giao thức báo hiệu): dùng trong việc khởi tạo và quản lý các tương tác giữa các user session bao gồm voice, video, instant messaging…. Giao thức thứ hai là speech transmission protocol: giao thức truyền tiếng nói. Cả hai giao thức yêu cầu tất cả các thông tin được truyền tải trong các gói tin IP. Cho tới nay có một vài chuẩn cho signaling protocols, gồm có H.323, SIP .Còn RTP là chuẩn cho speech transmission protocol được sử dụng trong các mạng VOIP .Tín hiệu tiếng nói được số hóa, đóng gói trong các gói tin và được truyền thông qua mạng IP .Ta cần rất nhiều các gói tin mới có thể truyền tải được một âm đơn do một người phát ra .Tín hiệu voice được số hóa bằng các sử dụng một trong các chuẩn G.7xx. Figure 1: Kiến trúc của hệ thống Voip Proxy server là một thiết bị trung gian nhận SIP request từ một client và sau đó chuyển tiếp request cho tới khi tới được sip client cần tới .Proxy server là thành phần quan trọng trong hệ thống VoIP, cho phép các user agent trao đổi thông tin, đăng ký người dùng và quản lý trạng thái user agent .Proxy server KHÔNG thực hiện chuyển mạch điện thoại (telephone switch) .Khi proxy server thiết lập một cuộc gọi (peer-to-peer), server sẽ không tham gia vào quá trình truyền tải tiếng nói .Các gói tin chứa tiếng nói được truyền trực tiếp từ một phone tới một phone khác Ngoài ra còn có Registrar server Xử lý các requests từ các UAC để đăng ký vị trí (ip, port) của UAC đó .Registrar server thường được đặt cùng với proxy server 2.1.1 Giới thiệu về SIP SIP là giao thức tầng application trong mô hình OSI nó được sử dụng để thiết lập, thay đổi, và kết thúc các session, SIP là giao thức thuần text (clear text) .Thiết lập các tham số về media được sử dụng (codec, ip, port) giữa các UA thông qua Session Description Protocol (SDP) .Giao thức SIP được thiết kế là một phần của một kiến trúc đa phương tiện bao gồm các giao thức khác như RTP, SDP .Tuy nhiên SIP không phụ thuộc vào các giao thức khác để làm việc .Địa chỉ SIP giống như một địa chỉ email, ví dụ như: johndoe@sipA.com. Các phương thức có trong SIP gồm có: INVITE = Thiết lập phiên ACK = Xác nhận yêu cầu INVITE BYE = Kết thúc phiên CANCEL = Hủy bỏ việc thiết lập phiên REGISTER = Trao đổi thông tin địa điểm người dùng (tên máy, IP) OPTIONS = Trao đổi các thông tin về khả năng của các điện thoại SIP gọi và nghe trong phiên Đáp úng cho các phương thức trên dưới dạng là text như trong HTML, có 6 loại Phản hồi SIP: 1xx = phản hồi thông tin, ví dụ 180, có nghĩa là đang đổ chuông 2xx = phản hồi thành công 3xx = phản hồi chuyển hướng 4xx = yêu cầu bị thất bại 5xx = lỗi máy chủ 6xx = thất bại toàn cục 2.1.2 Giới thiệu về RTP Giao thức truyền tín hiệu giọng nói, hình ảnh chuẩn được sử dụng trên mạng Internet hiện nay là giao thức RTP (Real-time transport protocol) .RTP được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên lạc và giải trí cần tới streaming dữ liệu Tài liệu đặc tả của RTP mô tả hai giao thức con: - Giao thức truyền dữ liệu, RTP, chịu trách nghiệm truyền dữ liệu thời gian thực. Thông tin cung cấp cho giao thức này bao gồm timestamps (để đồng bộ hóa), chuỗi số (cho kiểm tra gói tin bị mất) và tham số chỉ định dạng của dữ liệu. - Một giao thức điều khiển, RTCP, dùng để tính toán các tham số trên đường truyền RTP để tối ưu đường truyền. Băng thông của RTCP tương đối nhỏ so với RTP, nằm trong khoảng 5%. Có một vài chuẩn số hóa dữ liệu âm thanh và một trong số chúng được sử dụng chủ yếu trong VoIP .Đa số các nhà cung cấp dịch vụ và thiết bị hỗ trợ một hoặc nhiều các chuẩn đưa ra bởi ITU như dưới đây: • G.711 là chuẩn mặc định cho tất cả các nhà cung cấp (dịch vụ và thiết bị), cũng như cho PSTN. Chuẩn này số hóa voice thành dữ liệu không nén có bitrate là 64 Kbps • G.729 được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp cho phép nén dữ liệu âm ở bitrate 8 Kbps. Chất lượng của chuẩn này kém hơn so với G.711, nó cũng là chuẩn phổ biến thứ 2 sau G.711 • G.723.1 là chuẩn nén được khuyến cáo. Bitrate của dữ liệu theo chuẩn này là 6.3 và 5.3 kbps. Mặc dù chuẩn này làm giảm gắng nặng băng thông, nhưng chất lượng thấp hơn đáng kể so với G.729 và không được phổ biến trong VoIP. • G.722 có bitrate 64kbps nhưng có độ trung thực về tiếng nói cao. Trái với ba chuẩn trước sử dụng tần số lấy mẫu vào khoảng 3.4 kHz, G.722 lấy mẫu với tần số 7 kHz. Chuẩn này sẽ được sử dụng phổ biến trong tương lai. Trong mọi trường hợp, IP phone lấy dữ liệu số của 10 đến 30 ms và đặt nó trong gói tin RTP và truyền đi 2.2 Đăng ký, thiết lập cuộc gọi với SIP proxy server 2.2.1 Đăng ký mới: Khi User muốn sử dụng IP phone để sử dụng dịch vụ VoIP họ phải thực hiện bước đăng ký địa chỉ sip của họ với một registrar server.Registrar server cung cấp các thông tin về user cho location server (location database) dựa trên các request đã nhận được từ user .SIP phone sử dụng phương thức REGISTER để register tới registrar server. Server nhận và lưu các thông tin trong request nhận được vào location database .Registrar server có thể chấp nhận các loại thông tin khác nhau, không chỉ địa chỉ IP của client .Database có chứa tất cả các ánh xạ giữa địa chỉ SIP tương ứng với địa chỉ IP của client, ví dụ: SIP user 8590@ekiga.net đăng ký ở địa chỉ IP 200.180.1.1. [...]... kiến trúc hệ thống Hệ thống Voip được bao gồm hai thanh phần chính: Server và Client Figure 7: Mô hình hệ thống cần xây dựng Trong các phần trên ta đã nêu ra được các thành phần cần thiết mà hệ thống VoIP phải đáp ứng Chúng ta có các user agent và server Hệ thống sử dụng một mô hình phân tán peer-to-peer cùng với một signaling server 1.4.1.1 Client Client trong hệ thống là ứng dụng Voip Android được... OpenCER) là hệ thống open source dùng để triển khai sip server Một SIP proxy xây dựng từ Kamailio có khả năng quản lý hàng nghìn cuộc gọi mỗi giây Kamailio được duy trì và phát triển bởi một cộng đồng lớn các lập trình viên có kinh nghiệm, ngày càng hỗ trợ kết nối tới nhiều hệ thống viễn thông khác 4.5 PHẦN II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG VOIP 1 Khảo sát, phân tích yêu cầu Mục tiêu của hệ thống Xây dựng hệ thống để... 1.5.2.2 Xây dựng ứng dụng Voip Android phía client Voip Android là một ứng dụng trên điện thoại chạy hệ điều hành Android cho phép người dùng có thể tạo cuộc gọi, gửi tin nhắn thông qua hạ tầng mạng IP có sẵn có thể là wifi hoặc 3G Voip Android được viết bằng thư viện PJSIP, cách build PJSIP cho nền tảng Android đã được trình bày ở trên 1.5.2.2.1 Phân tích cụ thể từng chức năng: Các chức năng của hệ thống. .. không giải quyết được vấn đề Chọn lựa chuẩn xây dựng hệ thống VoIP SIP hiện đang thể hiện là chuẩn được dùng và sẽ dùng phổ biến trong tương lai bởi sự đơn giản và hỗ trợ tương tác tốt giữa các hệ thống khác nhau Các bản tin SIP được thể hiện dưới dạng text base và truyền đi trong mạng IP tương tự như HTTP Ta có thể phát triển và xây dựng dịch vụ voice dựa trên SIP dễ và nhanh như phát triển các web... http://www.pjsip.org/download.htm/ chọn pjsip _android Copy thư mục prebuilt trong android- ndk-r4-crystax/build vào thư mục pjsip _android/ build/ • cp -r android- ndk-r4-crystax/build/prebuilt pjsip _android/ build/ Build file thư viện liên kết động so, vào thư mục pjsip _android • cd pjsip _android Gọi lệnh make • make APP=pjsip Sau khi xong các bước trên file libpjsipjni.so sẽ được tạo ra trong thư mục /VoipAndroid/libs/ armeabi... Cơ bản về Android Việc hiểu được các thành phần (component) tạo nên một ứng dụng Android là rất cần thiết cho việc lập trình trên Android 2.3 2.3.1 Activity: Hiểu một cách đơn giản thì Activity là nền của một ứng dụng Khi khởi động một ứng dụng Android nào đó thì bao giờ cũng có một main Activity được gọi, hiển thị màn hình giao diện của ứng dụng cho phép người dùng tương tác Hệ điều hành Android quản... lượng và băng thông) vì 2 codec trên cũng được hỗ trợ bởi đa số các IP phone ngày nay Lựa chọn thư viện phát triển ứng dụng SIP trên client Môi trường phía client được lựa chọn để xây dựng demo là Android OS (android API 8) PJSIP là thư viện có thể sử dụng trên nhiều nền tảng, thư viện kích thước nhỏ (small footprint), Tích hợp sẵn các gói thư viện media, NAT để xây dựng ứng SIP client PJSIP là thư... /data/data//databases 2.3.7 XML trong Android: 2.3.6 Sử dụng XML sẽ đơn giản công việc thiết kế giao diện đi rất nhiều Đồng thời sử dụng XML sẽ giúp việc chỉnh sửa ứng dụng sau này trở nên dễ dàng 2.3.8 Android Manifest: Activity, Service, Broadcast Receiver là những thành phần chính cấu thành nên ứng dụng Android, bắt buộc phải khai báo trong AndroidManifest Mỗi ứng dụng đều cần có AndroidManifest.xml để mô tả... SIP_DOMAIN=mysipserver.com Sau khi thực hiện các bước trên, ta có thể dùng sip phone và đăng nhập, thực hiện cuộc gọi tới user khác 1.5.2 Phía Client 1.5.2.1 Build thư viện pjsip cho ứng dụng Voip Android Đầu tiên download ndk và giải nén Android Ndk • wget http://www.crystax.net/data /android- ndk-r4-linux-x86-crystax-4.tar.bz2tar -xvf android- ndk-r4-linux-x86-crystax-4.tar.bz2rm android- ndk-r4-linux-x86crystax-4.tar.bz2... thông số dành cho việc cài đặt và khởi động hệ thống o package service: Đây có thể gọi là trái tim của Voip Android ,package này xử lí gần như toàn bộ chức năng của hệ thống ,nó có nhiệm vụ nạp thư viện PJSIP vào bộ nhớ Đưa ra các dịch vụ để cho ứng dụng chính gọi tới: Đăng kí tài khoản ,cập nhật trạng thái , thiết lập cuộc gọi , ngắt kết nối , hold , xử lí điều khiển media:bật tắt loa ,mic … (voice) . CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ──────── * ─────── ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Xây dựng hệ thống Voip trên hệ điều hành Android Sinh. ĐATN • Tìm hiểu kiến trúc Voip và hệ điều hành cho di động Android • Xây dựng hoàn thiện một hệ thống Voip, demo phía client trên máy Android 3. Các nhiệm vụ