đồ án nghiên cứu voice over ip

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi tới thầy giáo, Thạc sỹ Lại Nguyễn Duy lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất vì đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em thực hiện đồ án này. Em cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Tp. Hồ Chí Minh và nhất là các thầy cô trong bộ môn Điện – Điện Tử Viễn Thông đã hết lòng dạy bảo để em có được những kiến thức nền tảng để không những nghiên cứu và thực hiện đồ án này mà đó còn là những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho cuộc sống và tương lai. Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ em thực hiện đồ án này. Tp. HCM, ngày 13 tháng 12 năm 2011 Sinh viên Phạm Huy Chiến Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Chữ ký giáo viên Nhận xét của giáo viên phản biện Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Chữ ký giáo viên LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ VOIP đã được nghiên cứu từ rất lâu đời, ngay cả trước khi có mạng Internet ngày nay nhưng những hạn chế về tốc độ đường truyền, băng thông bên cạnh đó là các vấn đề khó khăn để giải quyết như bảo mật, độ trễ trong mạng Internet nên đã cản trở sự phát triển của VOIP. Nhưng ngày nay, với công nghệ phát triển mạnh nên đã giải quyết được các hạn chế trong mạng VOIP nhất là với việc giá thành mạng cáp quang ngày càng giảm, đã giúp cho VOIP phát triển ngày càng mạnh mẽ, chất lượng thoại càng tiến dần tới chất lượng của thoại trong PSTN. Đồng thời với công nghệ nén thoại đã làm giảm yêu cầu băng Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy thông, tăng tốc độ từ đó giúp giảm chi phí, tăng sức cạnh tranh cho các nhà mạng, đồng thời giúp người sử dụng giảm chi phí cho cuộc gọi nhất là các cuộc gọi đường dài và quốc tế. Nhận thấy sự ưu việt đó các nhà mạng ở Việt Nam đã ứng dụng và đạt được thành công như mong đợi. Điển hình là các dịch vụ như gọi 171 (VNPT), 177 (SPT), 178 (Viettel), 175 (VISHIPEL) ở Việt Nam đều là các dịch vụ sử dụng phương thức này. Tuy nhiên công nghệ ở Việt Nam chưa phát triển nên vẫn chưa hạn chế được những nhược điểm của VOIP. Đó là chất lượng âm thanh chưa được đảm bảo, vẫn còn tình trạng trễ tiếng. Một số công ty cung cấp VoIP tại Việt Nam đã và đang cố gắng cung cấp cho khách hàng chất lượng thoại VoIP ngày càng tốt hơn. Phần trình bày trong bài báo cáo này còn rất nhiều thiếu sót do thời gian thực hiện ngắn cộng với việc VOIP là một mạng mảng cũng khá rộng nên không thể trình bày hết vào bài báo cáo này được, mong thầy và những ai quan tâm đến đề tài này bổ sung, góp ý để nội dung đề tài được chi tiết và sâu sắc hơn. Chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VOIP  GIỚI THIỆU Hệ thống viễn thông Việt Nam đã có lịch sử phát triển hơn một thế kỷ nhưng chỉ từ sau những năm đầu 90 của quá trình đổi mới, mạng viễn thông nước ta từ chỗ lạc hậu đến nay hệ thống truyền hình, truyền thanh, mạng di động…đã được phổ cập đến những nơi hẻo lánh nhất. Cộng với đó là việc mạng viễn thông Việt Nam đang đi sau thế giới nên chúng ta có lợi thế không phải mất chi phí nghiên cứu mà chỉ tìm hiểu xem các công nghệ đi trước trên thế giới có phù hợp với Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Việt Nam hay không, từ đó chọn ra các công nghệ phù hợp nhất áp dụng vào thực tiễn ở nước ta. Mạng PSTN (Public Switched Telephone Network) là công nghệ chuyển mạch kênh dùng để truyền tính hiệu thoại có độ trễ thấp, đáp ứng thời gian thực. Tuy nhiên sau khi thiết lập một cuộc gọi trong mạng PSTN thì kết nối đó được duy trì trong suốt cuộc đàm thoại bất chấp việc trong thời gian đàm thoại có 1 khoảng thời gian ta nghe người bên kia nói đồng thời có những khoảng lặng do ta ngắt câu, ngắt chữ và lấy hơi trong khi nói, do đó cách truyền này không sử dụng hiệu quả băng thông và kết nối. Mặt khác, cuộc gọi qua tổng đài PSTN truyền thống truyền với tốc độ cố định là 64 Kbps theo mỗi hướng và tốc độ phát tổng cộng nếu tính cả hai hướng là 128 Kbps. Sau đây, ta sẽ có 1 ví dụ để tính dung lượng cuộc gọi: Ví dụ: Tính dung lượng thông tin cuộc gọi PSTN đã truyền trong 10 phút. Trong cuộc gọi PSTN có tần số lấy mẫu là 8Kbps (125µs lấy mẫu 1 lần) vậy trong 1s thì ta có 8000 125 10 6 = (mẫu), một mẫu lại chứa 8 bits, do đó, trong 1s lượng thông tin truyền được theo 1 chiều là 8000*8bits = 8000 (Byte). Vậy, trong 10 phút lượng thông tin truyền được theo hai chiều là: 2*10*60*8000 = 9600(B) ≈ 9.4MB. Theo ví dụ trên, trong 10 phút nói chuyện, lượng thông tin được truyền lên đến 9600KB gần bằng 9.4MB, trong khi đàm thoại lúc mình nói thì người kia nghe còn đầu kia nói thì mình nghe như vậy đúng ra lượng thông tin hữu ích chỉ phải cần truyền là 4.7 MB. Do đó có một lượng thời gian trong hầu hết các cuộc đàm thoại là thời gian chết, chiếm một nửa tổng thời gian. Nếu ta có thể loại bỏ được những khoảng thời gian như vậy thì lưu lượng thông tin thoại trong 1 cuộc gọi sẽ nhỏ hơn. Từ đó cước các cuộc gọi sẽ rẻ hơn rất nhiều đó là điều mong muốn của người sử dụng dịch vụ cũng như của nhà mạng muốn giảm chi phí cạnh tranh với các nhà mạng khác. Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Để giải quyết được vấn đề trên người ta đã đưa ra 1 công nghệ là VOIP (voice over IP). Trong khi mạng PSTN sử dụng chuyển mạch kênh thì VOIP sử dụng chuyển mạch gói, các thiết lập kết nối không duy trì trong suốt cuộc gọi mà các mẫu thoại sẽ được đóng gói thành các packet để truyền trong môi trường mạng Internet. Với công nghệ này cộng với cơ chế triệt khoảng lặng, nén dữ liệu…VoIP đã khắc phục được các nhược điểm của mạng PSTN, bên cạnh nó còn cung cấp thêm các dịch vụ khác nữa như fax, thoại video,… tuy nhiên nó lại phát sinh ra các vấn đề là tín hiệu thoại có thể bị trễ, bị nhiễu, bị mất mát gói tin trên đường truyền Internet. Đó là những vấn đề quan trọng chúng ta cần phải khắc phục thì công nghệ này mới thực sự đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng.  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VOIP không phải là một công nghệ mới. Nó đã được nghiên cứu khá nhiều vào những năm cuối thập kỷ 1970 và những năm đầu thập kỷ 1980. Cuối thập kỷ 1970 đã có những nghiên cứu và thử nghiệm với thoại gói hóa truyền qua mạng APPANET (tiền thân của mạng Internet ngày nay) cho thấy điều này có thể thực hiện được. Đầu năm 1995, công ty VOCALTEC đưa ra thị trường sản phẩm phần mềm thực hiện cuộc thoại qua Internet đầu tiên trên thế giới. Sau đó có nhiều công ty đã tham gia vào lĩnh vực này. Tháng 3 năm 1996, VOLCALTEC kết hợp với DIALOGIC tung ra thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN và Internet đầu tiên trên thế giới. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính (ECTF) đã sớm ra đời và thực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng internet. Hiệp hội này gồm 36 công ty máy tính và viễn thông hàng đầu trên thế giới như AT&T, IBM, Digital, Ericssion… Việc truyền thoại qua Internet đã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần được ứng dụng rộng rãi. Hình 1.1 ở dưới là lịch sử phát triển của thoại qua giao thức IP. Các nghiên cứu và thực nghiệm về sự hội tụ của các công nghệ từ những năm của thập kỷ Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến      ! "#$ %%%&'#()#*+,#-)#*+./#01 Thoại qua IP   Mạng chuyển mạch góiMạng chuyển mạch kênh 2 3 4/#516*7&89 4 ::;< 9&89=8$9 >&?#4@ Hình 1.1: Lịch sử phát triển của VOIP. ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy 1980. Tuy nhiên, sự hội tụ mạng chuyển mạch gói và thoại diễn ra chậm, cho mãi đến giữa thập kỷ 1990 các thực nghiệm mới thành công. Và từ đó, thoại truyền qua giao thức IP được phát triển mạnh mẽ.  HẠN CHẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG ĐIỆN THOẠI VOIP  Kỹ thuật phức tạp Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM, để có tốc độ cao hơn hoặc phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện được trong những năm trước đây.  Bảo mật (security) Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp (hetorogenous network). Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. A DỊCH VỤ CỦA VOIP ADịch vụ thoại qua Internet Điện thoại Internet không còn chỉ là công nghệ cho giới sử dụng máy tính mà cho cả người sử dụng điện thoại. Dịch vụ này được một số nhà khai thác lớn cung cấp và chất lượng thoại không thua kém chất lượng của mạng thoại thông thường, đặc biệt là trên các tuyến quốc tế. Suốt từ khi các máy tính bắt đầu kết nối với nhau, vấn đề các mạng tích hợp luôn là mối quan tâm của mọi người. Mạng máy tính phát triển bên cạnh mạng điện thoại. Các mạng máy tính và mạng điện thoại song song tồn tại ngay trong cùng một cơ cấu, giữa các cơ cấu khác nhau và trong mạng WAN. Công nghệ thoại IP được tạo ra nhằm khắc phục nhược điểm của mạng điện thoại PSTN là không sử dụng tối đa băng thông, và kênh khi thiết lập sẽ bị chiếm dụng suốt quá trình đàm thoại. Tuy nhiên bản thân VOIP lại phát sinh các nhược điểm như trễ, mất gói…chỉ cần khắc phục được các nhược điểm này nó sẽ dần thay thế mạng PSTN. A Thoại thông minh Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu: rẻ, phổ biến, dễ sử dụng, cơ động. Tuy nhiên nó chỉ có 12 phím để điều khiển. Trong những năm gần đây, người ta đã cố gắng để tạo ra thoại thông minh, đầu tiên là các thoại để bàn, sau là đến các server. Nhưng mọi cố gắng đều thất bại do tồn tại các hệ thống có sẵn. Internet sẽ thay đổi điều này. Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu, nó đã được sử dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu. Giữa mạng máy tính và mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ. Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển các cuộc thoại một cách tiện lợi hơn. Chúng ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet. A Dịch vụ tính cước cho bị gọi Thoại qua Internet giúp nhà khai thác có khả năng cung cấp dịch vụ tính cước cho bị gọi đến các khách hàng ở nước ngoài cũng giống như khách hàng trong nước. Để thực hiện được điều này, khách hàng chỉ cần PC với hệ điều hành Windows9x, địa chỉ kết nối Internet (tốc độ 28,8Kbps hoặc nhanh hơn), và chương trình phần mềm chuyển đổi, chẳng hạn như Quicknet's Technologies Internet PhoneJACK. Thay vì gọi qua mạng điện thoại truyền thống, khách hàng có thể gọi qua Internet bằng việc sử dụng chương trình phần mềm chẳng hạn như Internet Phone của Vocaltec hoặc Netmeeting của Microsoft. Với các chương trình phần mềm này, khách hàng có thể gọi cũng giống như việc họ gọi qua mạng PSTN. Bằng việc sử dụng chương trình chẳng hạn Internet PhoneJACK. Người gọi có thể định tuyến các cuộc gọi này tới các nhà vận hành, tới các dịch vụ tự động trả lời. Trong thực tế, hệ thống điện thoại qua Internet và hệ thống điện thoại truyền thống là hoàn toàn như nhau. AA Dịch vụ Callback Web Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy "World Wide Web" đã làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách hàng của các doanh nghiệp. Với tất cả các tiềm năng của web, điện thoại vẫn là một phương tiện kinh doanh quan trọng trong nhiều nước. Điện thoại web hay "bấm số" (click to dial) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể đưa thêm các phím bấm lên trang web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ. Dịch vụ bấm số là cách dễ nhất và an toàn nhất để đưa thêm các kênh trực tiếp từ trang web của bạn vào hệ thống điện thoại. AB Dịch vụ Fax qua IP Nếu gửi nhiều Fax từ PC, đặc biệt là gửi ra nước ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet Faxing sẽ giúp tiết kiệm được tiền và cả kênh thoại. Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC qua kết nối Internet. Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet, có hai vấn đề cơ bản: - Những người sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có chương trình phần mềm chẳng hạn Quicknet's Internet Phone JACK. Cấu hình này cung cấp cho người sử dụng khả năng sử dụng thoại qua Internet thay cho sử dụng điện thoại để bàn truyền thống. - Kết nối một gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành. Cấu hình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống như việc mở rộng hệ thống điện thoại hiện hành. B CẤU TRÚC LIÊN MẠNG VOIP Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến Trang [...]... port 5060 Ví dụ: Sip:username@domain:port Sip:username@host:port Sip:alice@ericsson.com Sip:01239084600@ericsson.com Sip:alice@ericsson.com Sip:alice@192.168.200.2 2.2.3 Thông điệp SIP Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến Trang ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Gồm có hai loại thông điệp: - Requests: khởi tạo từ SIP client - Responses: khởi tạo từ SIP sever Mỗi thông... xác định Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến Trang ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Hình 2.12: SIP Redirect Server 2.2.1.5 SIP Redirect Server Lưu thông tin trạng thái của người dùng trong mạng SIP chức năng của nó giống như HLR và VLR trong mạng GSM 2.2.2 Địa chỉ SIP Địa chỉ SIP đại diện cho người dùng hoặc một tên miền và được gọi là SIP URI (Uniform Resource Identifier)... hợp và một người dùng riêng biệt nào được phép dùng video 2.2 GIAO THỨC SIP Hình 2.8: SIP (Session Initiation Protocol) Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến Trang ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy 2.2.1 Các thành phần trong mạng SIP 2.2.1.1 SIP User Agent User Agent (UA) là 1 điểm cuối trong SIP, nó có thể là 1 terminal, application server hoặc gateway và được phân... bản là 5, loại là IN, sử dụng IPv4, tên miền Enpoint1@ericsson.com s- tên phiên SIP - call c- loại IN, IPv4, IP 10.1.1.2 t- thời gian bắt đầu, dừng phiên m- loại dữ liệu audio, port 4470, giao thức RTP hoặc AVP, 8=ITU-T G.711 PCMA a- tên “rtpmap” luôn cố định, định dạng dữ liệu=8, loại PCMA 2.2.6 Trao đổi thông điệp SIP qua Redirect và Proxy Server Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến Trang... Huy Chiến Trang ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Hình 2.10: SIP Proxy Server 2.2.1.3 SIP Registrar Server Một registrar server được coi là 1 UAS, nó chấp nhận các yêu cầu đăng ký cuộc gọi (SIP REGISTER) và cập nhật thông tin vào location Server Hình 2.11: SIP Registrar Server 2.2.1.4 SIP Redirect Server Tạo ra bản tin lớp 3XX để thông báo cho UAC biết thông tin của sever... Transport Protocols and Network Interface Hình 2.4: H.323 – Cấu trúc Gatekeeper 2.1.1.2 MCU (Multipoint Control Unit) Thực hiện chức năng tạo kết nối đa điểm hỗ trợ các ứng dụng truyền thông nhiều bên MCU gồm hai phần là MC (Multipoint Controller) và MP (Multipoint Processor) MC (Multipoint Controller) MP (Multipoint Processor) Bắt buộc phải có Không bắt buộc Là một phần mềm Là phần cứng Chịu trách nhiệm... nối với GSM Trong hình trên là sơ đồ kết nối giữa mạng GSM và VOIP, các thành phần thực hiện VOIP vẫn như hình 1.2 nhưng trong phần kết nối này chỉ khác một điểm là các trung tâm chuyển mạch (MSC) sẽ định tuyến cho cuộc gọi thực hiện kết nối theo phương thức VOIP Việc định tuyến này tùy thuộc vào các nhà mạng khác nhau, ví dụ như: Mạng Viettel có đầu số khi gọi VOIP là 178 thì khi tổng đài nhận được... không nhận được trả lời từ nơi nhận REGISTER: thông báo địa chỉ hiện tại cho một SIP server, đăng ký chỉ có giá trị trong thời gian ngắn nên phải gia hạn định kỳ Cấu trúc bản tin: Bản tin Requests Địa chỉ SIP Phiên bản SIP Mã trạng thái Bản tin Responses Ví dụ: 2.2.3.2 Bản tin SIP Responses Cấu trúc bản tin: Phiên bản SIP Ví dụ: Có 6 loại thông điệp khác nhau của bản tin responses sau đây là các thông... 2.9: User Agents 2.2.1.2 SIP Proxy Server Là một thực thể trung gian dùng để chuyển tiếp các bản tin SIP requests của UAC đến cho các UAS hoặc các proxy khác Nó thực hiện chức năng định tuyến dựa vào các thông tin trong SIP header Một SIP Proxy Server có thể hoạt động ở hai chế độ: stateless (không lưu) và stateful (lưu) trạng thái của bản tin trước đó Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến Trang... Hình 2.13: SIP Requests and Responses 2.2.3.1 Bản tin SIP Requests INVITE: yêu cầu thiết lập một phiên kết nối, nội dung của thông điệp có thể mang một miêu tả về phiên dùng SDP (Session Description Protocol) ACK: nó được gửi bởi client cho việc xác nhận đã nhận được đầy đủ trả lời từ bản tin INVITE request ACK cũng gửi bản tin 200 để báo việc thiết lập thành công Tìm hiểu công nghệ VOIP SVTH: Phạm . công nghệ VOIP SVTH: Phạm Huy Chiến ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM GVHD: Th.s Lại Nguyễn Duy Để giải quyết được vấn đề trên người ta đã đưa ra 1 công nghệ là VOIP (voice over IP) . Trong khi. PHÁT TRIỂN VOIP không phải là một công nghệ mới. Nó đã được nghiên cứu khá nhiều vào những năm cuối thập kỷ 1970 và những năm đầu thập kỷ 1980. Cuối thập kỷ 1970 đã có những nghiên cứu và thử nghiệm. Viễn Thông đã hết lòng dạy bảo để em có được những kiến thức nền tảng để không những nghiên cứu và thực hiện đồ án này mà đó còn là những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho cuộc sống và tương lai. Cuối