IMS được nhắc đến nhiều trong chiến lược phát triển mạng lưới của các nhà khai thác dịch vụ di động và cố định trên thế giới nhằm tạo ra một cơ sở hạ tầng mạng có khả năng phát triển nha
HỘI TỤ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG VÀ CỐ ĐỊNH (THOẠI VÀ INTERNET) - FMC
Xu hướng hội tụ di động và cố định
Gần đây, do áp lực cạnh tranh gia tăng, doanh thu bình quân trên thuê bao (ARPU) đã giảm mạnh, khiến các nhà cung cấp dịch vụ phải đối mặt với thách thức cắt giảm chi phí Đồng thời, họ cũng cần phát triển các dịch vụ mới, độc đáo và hấp dẫn hơn để thu hút người dùng.
Doanh thu từ dịch vụ thoại của các nhà cung cấp truyền thống đã đạt ngưỡng tối đa và đang có xu hướng giảm do sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các nhà cung cấp mới Sự xuất hiện của các nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP) và các doanh nghiệp khác đã tạo ra một thị trường dịch vụ thoại sôi động, đặc biệt là với sự phát triển của dịch vụ IP-Phone giá rẻ Các ISP không chỉ cung cấp dịch vụ thoại mà còn các dịch vụ băng rộng khác như thoại truyền hình và xem phim theo yêu cầu Băng thông rộng đã hình thành khái niệm xVNO (Virtual Network Operator), với sự tồn tại của các mạng ảo như mạng cố định ảo (FVNO) và mạng di động ảo (MVNO) Ranh giới giữa nhà khai thác mạng di động và mạng cố định ngày càng mờ nhạt, phản ánh xu hướng hội tụ giữa các loại hình mạng khác nhau.
Trong cộng đồng viễn thông hiện nay, một xu hướng đáng chú ý đang nổi lên, đó là hội tụ di động và cố định (FMC - Fixed Mobile Convergence), được sự ủng hộ mạnh mẽ từ các nhà cung cấp thiết bị, nhà cung cấp dịch vụ và các tổ chức chuẩn hóa.
Thế giới viễn thông hiện nay được chia thành hai mảng chính: viễn thông cho thuê bao di động và thuê bao cố định Các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng kiến trúc mạng, thiết bị và mô hình kinh doanh khác nhau để phục vụ hai nhóm thuê bao này Sự khác biệt này không chỉ thể hiện qua công nghệ mà còn qua cơ cấu tổ chức của các nhà cung cấp.
Sự hội tụ công nghệ đang diễn ra mạnh mẽ, với mạng 2,5/3G và WLAN cho phép kết nối dịch vụ băng rộng Nhiều dịch vụ trước đây chỉ có qua một nhà khai thác giờ đây có thể được cung cấp qua các nhà khai thác khác Ví dụ, người dùng điện thoại cố định có thể gửi SMS đến máy di động và truy cập internet qua thiết bị di động Các dịch vụ đa phương tiện hiện có thể phục vụ cả thuê bao di động và cố định Xu hướng hội tụ này phát sinh từ nhu cầu cụ thể về dịch vụ, đòi hỏi phải có phương án triển khai chi tiết cho từng loại dịch vụ.
Mạng hội tụ nhằm phát triển nhanh chóng các dịch vụ mới có thể truy cập từ nhiều thiết bị qua các mạng khác nhau Để đạt được sự phối hợp này, cần phát triển các chuẩn cho phần truy cập và phân phối dịch vụ Một thành phần quan trọng trong mạng hội tụ là IMS, cho phép kết nối bất kỳ thiết bị nào với bất kỳ dịch vụ nào.
Hiện nay, IMS là lựa chọn tối ưu cho việc cung cấp dịch vụ hội tụ và đa phương tiện, cho phép triển khai các dịch vụ IP trên cả mạng di động và cố định Các khảo sát gần đây trong ngành viễn thông cho thấy sự quan tâm đặc biệt đến IMS, và dự đoán rằng IMS sẽ dần được thương mại hóa Là một chuẩn quốc tế đã được công nhận, IMS tích hợp hoàn chỉnh với mạng dữ liệu và mạng thoại, đồng thời đáp ứng nhiều đặc tính cốt lõi của lĩnh vực IT, trở thành thành phần thiết yếu cho xu hướng hội tụ di động cố định.
Các dịch vụ dựa trên IMS cho phép trao đổi thông tin cá nhân một cách linh hoạt qua nhiều phương thức như thoại, văn bản, hình ảnh và video Lợi ích mà IMS mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng là rất hấp dẫn Việc cung cấp ứng dụng hội tụ không chỉ thúc đẩy sự giữ chân khách hàng mà còn tăng tính linh hoạt trong việc triển khai dịch vụ mới Các dịch vụ này có thể được phân phối qua nhiều loại mạng truy cập như WiFi, WiMAX, 3G và DSL, giúp hiện thực hóa giấc mơ “truy cập mọi nơi” và xu hướng hội tụ giữa di động và cố định.
Động lực cho hội tụ viễn thông di động cố định
- Thỏa mãn yêu cầu của người dùng
- Đáp ứng đòi hỏi về kinh doanh
1.2.1 Đáp ứng yêu cầu của người dùng
Nhu cầu của người dùng đang thúc đẩy sự phát triển của các dịch vụ đa phương tiện, cả từ nhà khai thác di động và cố định Người tiêu dùng mong muốn nhiều hơn từ các dịch vụ thông tin với chi phí thấp và có xu hướng quan tâm đến các dịch vụ ngoài thoại Họ bị thu hút bởi những dịch vụ cung cấp khả năng truy cập vào nhiều lựa chọn giải trí một cách thân thiện và hợp lý Đồng thời, nhu cầu này cũng tạo áp lực lên các nhà cung cấp dịch vụ, với yêu cầu về khả năng sử dụng dịch vụ mọi lúc, mọi nơi, trên bất kỳ thiết bị nào, cùng với mong muốn cá nhân hóa và tính tiện dụng.
Mạng hội tụ được triển khai, sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng:
Ngày nay, các dịch vụ multimedia được cung cấp bởi công nghệ hiện đại, với IMS giúp tăng cường sự tích hợp và tương tác Người dùng có thể quản lý nhiều phiên đồng thời với các tương tác phong phú và cá nhân hóa cao Doanh nghiệp có thể cung cấp dịch vụ multimedia cho nhân viên làm việc từ xa hoặc di chuyển, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí.
Người dùng có thể mở rộng các cuộc truyền thông point-to-point thành các phiên multi-point bằng cách mời thêm các thành phần tham gia Nhờ vào khả năng chia sẻ thông tin presence, người dùng có thể tạo cuộc gọi hội nghị kết hợp giữa các dịch vụ voice, data và video Việc thay đổi các đặc tính của phiên khi thêm thành phần hoặc dịch vụ mới không yêu cầu phải kết thúc hay thiết lập lại phiên.
Tính đa nhiệm đã được nâng cao, cho phép người dùng tham gia nhiều phiên sử dụng các phương tiện khác nhau đồng thời Chẳng hạn, người dùng có thể thực hiện cuộc gọi video trong khi trả lời email, gửi tệp tin hoặc video clip, hoặc tham gia vào các cuộc hội nghị truyền hình.
Việc truyền thông trở nên đơn giản và thuận tiện hơn cho người dùng, cho phép họ xác định các phương tiện truyền thông ưa thích, chặn cuộc gọi và lựa chọn chia sẻ thông tin về sự hiện diện hoặc vị trí Người dùng có thể truy cập dịch vụ qua máy tính, điện thoại, PDA hoặc các thiết bị truyền thông khác.
1.2.2 Đáp ứng đòi hỏi kinh doanh
Các nhà khai thác hiện nay cần nâng cao sức hấp dẫn của dịch vụ để duy trì mối quan hệ với khách hàng và ổn định nguồn lợi nhuận Họ luôn tìm kiếm các phương pháp linh hoạt, nhanh chóng để tận dụng cơ hội mới Khi nhu cầu thoại của người dùng mở rộng sang các dịch vụ đa phương tiện, các nhà khai thác cần cung cấp dịch vụ một cách nhất quán và liên tục, bất kể thời gian và địa điểm Thách thức càng lớn hơn khi họ phải đối mặt với tình trạng rời bỏ và chuyển mạng của thuê bao Để thu hút và giữ chân khách hàng, các nhà khai thác nên cung cấp những điểm khác biệt như tính cá nhân hóa, gói dịch vụ, quan hệ doanh nghiệp, đăng nhập một lần và đảm bảo chất lượng dịch vụ.
Một số nhà cung cấp dịch vụ cố định đang tìm kiếm hướng đi xây dựng mạng chung cho kiến trúc mạng di động và cố định, nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp dịch vụ trong tương lai Đặc biệt, với mô hình MVNO, nhà cung cấp không cần sở hữu băng tần để trở thành nhà cung cấp dịch vụ di động.
Các nhà cung cấp đang phát triển dịch vụ di động và cố định độc lập nhằm tạo ra các dịch vụ hội tụ FMC mới, tận dụng khả năng riêng biệt của từng loại hình Việc xây dựng một nền tảng chung cho cả dịch vụ cố định và di động không chỉ giúp nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.
Sự phát triển của công nghệ truy cập không dây băng rộng như Wi-Fi và WIMAX đã mở ra nhiều cơ hội cho các nhà cung cấp dịch vụ cố định, giúp họ tiếp cận được nhiều thuê bao di động hơn bên cạnh phương thức truy nhập mạng truyền thống.
Tất cả nhà cung cấp dịch vụ đều cần một nền tảng linh hoạt để hỗ trợ ứng dụng Mô hình IMS cung cấp nền tảng cho dịch vụ phát triển trên mạng thế hệ mới, trở thành cơ sở cho việc phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng hiện có Điều này mang lại nhiều lợi ích cho các nhà cung cấp dịch vụ OSPs (Operator Service Providers).
Các nhân viên làm việc trong kiến trúc mạng NGN IMS có khả năng đăng nhập và đăng xuất từ bất kỳ thiết bị nào khi cần thiết Họ có thể là thành viên của nhiều nhóm mà không bị giới hạn bởi vị trí vật lý.
Kiến trúc NGN-IMS phân chia các chức năng của mạng lõi, bao gồm quản lý và cước dịch vụ, giúp các hệ thống cuối chỉ cần tích hợp với các thiết bị phụ của IMS mà không cần phải sử dụng các dịch vụ riêng lẻ.
Cung cấp đa dạng dịch vụ cho khách hàng, bao gồm voice, text, data và video, đảm bảo người dùng có thể truy cập bất kể kết nối mạng, chỉ bị giới hạn bởi khả năng thiết bị Hệ thống IMS giới thiệu các dịch vụ mới như push-to-talk, phát hiện sự hiện diện và quảng cáo đa phương tiện.
Các lựa chọn mềm dẻo của phương thức tính cước
Giảm giá thành thông qua mạng chuyển mạch gói là một lợi ích quan trọng của cấu trúc mạng IMS Mạng điện thoại chuyển mạch gói IMS mang lại nhiều thuận lợi, bao gồm giảm chi phí phần cứng và giảm chi phí hoạt động của mạng so với mạng chuyển mạch kênh.
Rút ngắn thời gian đưa dịch vụ ra thị trường: IMS cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa dịch vụ ra thị trường nhanh chóng
Các cấp độ hội tụ
Quá trình hội tụ FMC có thể được tiến hành theo những bước sau:
- Cấp độ marketing (quảng bá thương hiệu chung, xây dựng cước phí chung, tạo gói dịch vụ chung)
Các dịch vụ hội tụ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng doanh thu và thu hút thuê bao Mặc dù nhiều dịch vụ có thể phục vụ cả thuê bao di động và cố định, dịch vụ người-đến-người multimedia nổi bật nhờ khả năng phát triển từ nền tảng mạng SIP, chẳng hạn như trên nền IMS Hệ thống IMS cũng đảm bảo tính tương thích với các mạng chuyển mạch kênh hiện có.
Mạng IMS, dựa trên giao thức SIP, là nền tảng chính cho việc hội tụ ở cấp độ mạng lưới, nhờ vào việc SIP đã được ứng dụng rộng rãi trong các mạng cố định, Internet và đã được chuẩn hóa cho mạng di động.
Hội tụ dịch vụ có nghĩa là: Mức độ hộ tụ
Dịch vụ thoại truyền thống
- Đánh số thống nhất (universal numbering)
- Nền tảng dịch vụ chung
- Một hóa đơn (service enabling platform)
- Ứng dụng và nội dung chung
- Nền tảng dịch vụ chung
Dịch vụ tiên tiến khác
- Chung dịch vụ presence, location, prepaid, …
- Nền tảng dịch vụ chung
- SMS, MMS cho thuê bao cố định
- Nhắn tin tức thời chung
- Nền tảng dịch vụ chung
- Quản lý phiên SIP chung
Dịch vụ multimedia thời gian thực
- Chung dịch vụ (VoIP, video telephone, hội nghị multimedia, trò chơi, nhấn-để-gọi (PTT))
- Hỗ trợ không hạn chế mọi tương tác dịch vụ
- Server ứng dụng chung (Application server)
- Nền tảng dịch vụ chung
- Quản lý phiên SIP chung
Ví dụ lộ trình FMC của Siemens
Giải pháp FMC của Siemens tương thích với kiến trúc tiêu chuẩn IMS/TISPAN, được chuẩn hóa bởi Dự án hợp tác thế hệ 3GPP và Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu ETSI Với thị phần và kinh nghiệm dồi dào trong cả mạng di động và cố định, Siemens có lợi thế đặc biệt trong việc hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ di động và cố định trong lộ trình triển khai FMC.
Lộ trình FMC bắt đầu từ mức dịch vụ trước, sau đó tiến tới mức mạng lưới Siemens khuyến nghị các nhà khai thác mạng cố định sử dụng thiết bị dòng SURPASS (hiQ, hiE, …) cho các giải pháp như VoIP và Hosted Office, với các tính năng chính của kiến trúc IMS/TISPAN như CSCF, MGCF, HSS, MGW Những thiết bị này cũng hỗ trợ các chức năng như quản lý cuộc gọi ứng dụng Voice, máy chủ vị trí, SIP proxy, hội nghị video, và IP Centrex Tiếp theo, các thiết bị này sẽ được sử dụng cho lớp cung cấp dịch vụ và kết nối với các mạng cố định khác, đồng thời triển khai các thiết bị IMS cho lớp quản lý phiên SIP Đối với các nhà cung cấp dịch vụ di động, Siemens cung cấp hệ thống IMS và giải pháp Intelligent Packet, cho phép tạo ra và kiểm soát các dịch vụ multimedia trên nền chuyển mạch gói GPRS/UMTS/WLAN Ngoài ra, Siemens còn có chương trình IMS Developer Program hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ phát triển, thử nghiệm và triển khai ứng dụng cho thị trường của họ.
Kết luận
Công nghệ IP và Internet, cùng với sự phát triển của các công nghệ vô tuyến tốc độ cao, đã cho phép cung cấp dịch vụ liên tục cho cả truy cập cố định và vô tuyến trên thiết bị đầu cuối của khách hàng Hội tụ mạng, dịch vụ và thiết bị đầu cuối là xu thế tất yếu trong ngành viễn thông, nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Quá trình hội tụ này không chỉ cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng mà còn giúp tăng doanh thu cho nhà khai thác, đồng thời giảm chi phí vận hành và khai thác mạng.
CÁC DỊCH VỤ TRÊN NỀN IP
Thoại IP VoIP Giao thức H.323 –
H.32x là họ giao thức của ITU T, định nghĩa các dịch vụ đa phương tiện qua mạng khác nhau, trong đó H.323 là một thành phần quan trọng H.323 xác định các thành phần, giao thức và quy trình cần thiết để cung cấp dịch vụ đa phương tiện qua mạng gói, bao gồm truyền tín hiệu âm thanh, hình ảnh thời gian thực và dữ liệu Mạng gói có thể bao gồm Internet.
Mạng doanh nghiệp (EN), mạng cục bộ (LAN), mạng đô thị (MAN) và mạng diện rộng (WAN) đều là các loại mạng quan trọng trong hệ thống truyền thông Giao thức H.323 hỗ trợ cung cấp ba loại dịch vụ chính: âm thanh, hình ảnh và dữ liệu, cũng như các sự kết hợp của chúng, cho phép ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như tại nhà, doanh nghiệp và ngành công nghiệp giải trí H.323 còn có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thông đa phương tiện đa điểm, tạo điều kiện thuận lợi cho các cuộc họp và giao tiếp trực tuyến hiệu quả.
Giao thức H.323 bao gồm bốn thành phần chính: đầu cuối (Terminal - ký hiệu là T), cổng (Gateway - GW), bộ giữ cổng (Gatekeeper - GK) và đơn vị điều khiển đa điểm (Multipoint Control Unit - MCU) Các thành phần này có thể được tích hợp trong một hệ thống duy nhất hoặc phân bố tại nhiều hệ thống khác nhau, cả về vị trí địa lý lẫn vật lý.
Hình 2.1 Mô hình mạng H.323 đơn giản
Hình 2.2 Mạng H.323 Chồng giao thức mà H.323 hỗ trợ được trình bày trong hình sau:
Hình 2.3 Các giao thức thuộc H.323 2.1.1.1 Terminal
- H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh thông tin
- H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọi
- RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK
- RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gói thông tin thoại và hình
- G.711 cho quá trình mã hóa và giải mã tiếng nói
- T.120 cho hội thảo dữ liệu và hỗ trợ khả năng tương tự của MCU
Hình 2.4 Chồng giao thức tại đầu cuối H.323
Hình 2.5 Cấu tạo của Gateway
GW là thành phần thiết yếu giúp kết nối hai mạng khác loại nhau, trong đó cổng H.323 cho phép liên kết mạng H.323 với các mạng không tuân thủ tiêu chuẩn H.323 Quá trình kết nối này được thực hiện thông qua việc dịch các giao thức khác nhau, hỗ trợ cho việc thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, cũng như chuyển đổi dạng thông tin và truyền tải dữ liệu giữa các mạng thông qua GW.
Các đặc tính cơ bản của một gateway:
- Một GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng H.323 và mạng sử dụng chuyển mạch kênh (SCN – Switched Circuit Network).
GW phải hỗ trợ báo hiệu điều khiển H.245 để trao đổi khả năng hoạt động của terminal và GW, đồng thời cũng cần báo hiệu cuộc gọi H.225 và RAS trong giao thức H.323.
- Về phía SCN, GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng chuyển mạch kênh (như SS7 sử dụng trong PSTN)
Các giao thức mà một GW phải hỗ trợ được minh họa trong hình sau:
Hình 2.6 Chồng giao thức của một Gateway 2.1.1.3 Gatekeeper(GK)
GK là bộ não của mạng H.323, đóng vai trò trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng này Nó cung cấp các dịch vụ quan trọng như dịch địa chỉ, cấp quyền và xác thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước Bên cạnh đó, GK cũng đảm nhận việc định tuyến cuộc gọi.
Các chức năng cần thiết của một GK:
Address Translation in H.323 networks allows a call to use an alias to refer to the destination terminal's address Therefore, it is essential to utilize this function to convert the alias into the corresponding H.323 address.
Quản lý việc thu nhận điểm cuối (Admission Control) là quá trình quan trọng trong mạng H.323, nơi GK sử dụng báo hiệu RAS để điều phối sự tham gia của các điểm cuối vào kết nối Quá trình này dựa vào các tiêu chuẩn như băng thông còn trống, sự cho phép và các yêu cầu đặc biệt khác nhằm đảm bảo chất lượng kết nối.
Điều khiển băng thông (Bandwidth Control) là quá trình quản lý lưu lượng mạng thông qua tín hiệu RAS Khi người điều hành mạng xác định số cuộc gọi tối đa có thể thực hiện đồng thời, mạng sẽ từ chối bất kỳ cuộc gọi nào mới nếu số lượng cuộc gọi hiện tại đã đạt đến giới hạn này.
Quản lý vùng hoạt động (Zone Management) cho phép GK thực hiện các chức năng đối với các Terminal, GW và MCU trong vùng quản lý của nó Điều này có nghĩa là GK xác định các điểm cuối (Endpoint) mà nó quản lý Chi tiết về việc định nghĩa vùng hoạt động sẽ được trình bày ở phần tiếp theo.
Hình 2.7 Chức năng của một Gatekeeper
Các chức năng tùy chọn của GK:
− Báo hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signaling)
− Chấp nhận cuộc gọi (Call Authorization): GK có quyền quyết định cho một điểm cuối (endpoint) có thể thực hiện một cuộc gọi hay không
Quản lý cuộc gọi là chức năng cho phép GK lưu trữ toàn bộ thông tin liên quan đến các cuộc gọi mà nó xử lý, bao gồm cả các cuộc gọi xuất phát từ khu vực hoạt động của nó.
Multipoint Control Unit (MCU) là một thành phần thiết yếu trong dịch vụ hội nghị đa điểm, cho phép kết nối từ hai terminal H.323 trở lên Mỗi terminal tham gia hội nghị cần thiết lập một kết nối với MCU, nơi quản lý tài nguyên và thương lượng codec cho âm thanh và hình ảnh MCU bao gồm hai thành phần chính: bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Controller - MC) và bộ xử lý đa điểm tùy chọn (Multipoint Processor - MP).
MC đảm nhiệm vai trò quản lý báo hiệu cuộc gọi, trong khi MP thực hiện việc trộn và chuyển mạch các dòng thông tin cùng với các quá trình xử lý thông tin khác.
Hình 2.8 Cấu tạo của Multipoint Control Unit
Một vùng hoạt động H.323 bao gồm tất cả các đầu cuối, gateway (GW) và multipoint control unit (MCU) được quản lý bởi một gatekeeper (GK) duy nhất Vùng hoạt động này không phụ thuộc vào cấu trúc mạng thực tế và có thể kết nối nhiều đoạn mạng (segment) thông qua router hoặc các thiết bị khác.
Mô hình về một vùng hoạt động đơn giản được minh họa trong hình sau:
Hình 2.9 Một vùng hoạt động
2.1.3.1 Các giao thức mã hóa, giải mã cho tín hiệu thoại và hình
Các giao thức mã hóa và giải mã cho thoại gồm có: G.711 (64kbps), G.722
(64, 56 và 48kbps), G.723.1 (5.3 và 6.3kbps) và G.729 (8kbps) Các giao thức mã hóa và giải mã cho tín hiệu hình bao gồm: H.261 và H.263
2.1.3.2 Giao thức báo hiệu RAS (H.225.0)
VoIP Giao thức thiết lập - phiên - SIP
SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức báo hiệu tầng ứng dụng được IETF phát triển vào năm 1999, cho phép khởi tạo, thay đổi và kết thúc các phiên media, bao gồm cuộc gọi thoại, internet và hội nghị đa phương tiện, dựa trên kiến trúc phân tán.
SIP (Session Initiation Protocol) là một giao thức dạng text, hoạt động dựa trên các lệnh phát ra từ softswitch để thực hiện các giao tác Các lệnh này được gọi là phương thức, và từ sáu lệnh ban đầu, đã có nhiều ứng dụng và mở rộng trong thiết bị cũng như từ đặc tả giao thức cơ bản.
2.2.1 Các thành phần mạng của SIP
Bao gồm UAC - User Agent Client gửi các bản tin SIP và UAS - User Agent Server nhận các bản tin SIP
Máy chủ Proxy chuyển tiếp các yêu cầu và phản hồi từ các máy chủ khác, trong khi máy chủ Redirect chấp nhận yêu cầu SIP, ánh xạ chúng thành một hoặc nhiều địa chỉ khác và trả lại các địa chỉ này cho client hoặc server.
Location Server: Sử dụng cho Proxy và Redirect Server để đạt được thông tin dựa vào các địa chỉ luân phiên tới phía bị gọi
Phần mềm Register Server nhận các yêu cầu đăng ký và thường đảm nhiệm các chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng Thông thường, nó được cài đặt cùng với Proxy Server hoặc Redirect Server, hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao.
Client: Thực hiện gửi bản tin yêu cầu và nhận bản tin trả lời
Thực hiện chức năng Internetworking giữa hệ thống SIP với mạng khác
Các thành viên trong hội thoại được xác định bằng địa chỉ SIP, gọi là SIP URL, được sử dụng trong các bản tin SIP để chỉ định nơi gửi, đích hiện tại và địa chỉ nhận cuối cùng của yêu cầu SIP URL có thể được gắn vào trang web hoặc các hyperlink khác, cho phép người dùng hoặc dịch vụ thực hiện cuộc gọi qua SIP Địa chỉ nguồn sử dụng giao thức Unicast UDP.
Các đáp ứng trả lại danh sách địa chỉ trong trường tiêu đề Via không chứa địa chỉ nguồn Cuộc gọi về các đáp ứng không được phát ra từ máy chủ stateless tiếp theo, mà từ một proxy hoặc UAS Vì vậy, proxy stateless có thể sử dụng trường tiêu đề Via để gửi các đáp ứng đến địa chỉ đích - Multicast UDP.
Yêu cầu multicast có thể được định hình cho một host mà không phụ thuộc vào trường Request-URI, đảm bảo rằng nó không vượt ra ngoài phạm vi của một hệ thống quản lý Điều này có thể được thực hiện thông qua TTL hoặc phạm vi quản lý, tùy thuộc vào cách thức thực hiện trong mạng.
Client không cần kiểm tra xem host trong trường Request URI có khớp với host hay tên miền của nó khi nhận yêu cầu multicast Nếu yêu cầu đến qua multicast, phản hồi cũng phải được gửi qua multicast với cùng thông số TTL như trong yêu cầu, lấy từ tiêu đề Via Để tránh tình trạng “kép”, Server phải sử dụng mã trạng thái khác với 2xx và 6xx khi trả lời yêu cầu multicast Thời gian phản hồi không vượt quá 1 giây, và Server có thể ngừng phản hồi nếu nhận được phản hồi có mã nhỏ hơn hoặc 6xx từ các thành viên ưu tiên khác Server không phản hồi các yêu cầu CANCEL nhận được qua multicast để tránh tình trạng “kép” Proxy hoặc UAC có thể gửi yêu cầu CANCEL khi nhận được phản hồi 2xx hoặc 6xx đầu tiên cho yêu cầu multicast, và Server có thể ngừng phản hồi nếu yêu cầu yêu cầu vi phạm các nguyên tắc xử lý tin nhắn cơ bản.
2.2.2 Cơ chế hoạt động của SIP
Hình 2.15 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP
A’s softphone A.com Proxy B.com Proxy B’SIP phone
SIP hoạt động dựa trên cơ chế trao đổi yêu cầu và đáp ứng Trong ví dụ giữa hai người A và B, A thực hiện cuộc gọi cho B thông qua địa chỉ SIP, hay còn gọi là SIP URI Địa chỉ này tương tự như địa chỉ email, bao gồm hai phần: tên người dùng và tên máy chủ.
Vì A không biết vị trí của B và máy chủ SIP của miền B.com, A đã gửi bản tin INVITE đến máy chủ SIP của miền A.com.
Máy chủ SIP tại A hoạt động như một Proxy Server, nhận yêu cầu INVITE và phản hồi bằng tín hiệu 100-Trying để xác nhận đã nhận yêu cầu Sau đó, máy chủ này sẽ định tuyến thông điệp INVITE tới máy chủ của miền B.com Khi máy chủ B nhận được yêu cầu, nó cũng gửi phản hồi 100-Trying để thông báo cho máy chủ A rằng yêu cầu đang được xử lý Tiếp theo, máy chủ B sẽ truy vấn cơ sở dữ liệu dịch vụ định vị để tìm địa chỉ hiện tại của B Trong quá trình này, bản tin INVITE sẽ được bổ sung thêm địa chỉ của các điểm trung gian vào trường Via để sử dụng sau này.
Khi B nhận được cuộc gọi từ A, điện thoại của B sẽ rung chuông để thông báo Điều này giúp B quyết định có nên trả lời cuộc gọi hay không.
B thông qua hai Proxy Server gửi lại bản tin (180 Ringing) để thông báo cho máy A rằng cuộc gọi đã được định tuyến đến đích Quá trình định tuyến ngược lại sử dụng các địa chỉ trong trường Via của bản tin sao chép từ bản tin INVITE.
Khi B quyết định nhận cuộc gọi từ A, máy B sẽ tạo và gửi một bản tin trả lời (200 OK) về phía A, thông báo rằng cuộc gọi đã được tiếp nhận Bản tin này bao gồm phần thân chứa thông tin chi tiết về kiểu phiên mà B muốn thiết lập với A.
Nếu trường hợp B không thể trả lời cuộc gọi hoặc đang bận tham gia cuộc gọi khác, một thông điệp lỗi sẽ được gửi thay cho phản hồi (200-OK), và do đó, sẽ không có kênh giao tiếp nào được thiết lập.
Khi bản tin trả lời (200 OK) được gửi tới chương trình thoại trên máy PC của -
Chuẩn MPEG -4
Chuẩn ISO/IEC 14496 phần 2 nâng cao tiêu chuẩn MPEG 2 bằng cách cải thiện hiệu quả nén và tính linh hoạt cho nhiều ứng dụng Chuẩn này giới thiệu các thuật toán nén tiên tiến hơn, cung cấp bộ công cụ mã hóa đa dạng và hỗ trợ thao tác media số hiệu quả MPEG-4 bao gồm mô hình mã hóa/giải mã cốt lõi cùng với các công cụ mã hóa bổ sung, dựa trên mô hình DPCM/DCT liên hoàn, hỗ trợ cải thiện nén, truyền dẫn tin cậy và mã hóa riêng biệt các đối tượng.
Khung MPEG-4 không giống như bất kỳ ứng dụng nào khác, vì nó yêu cầu tất cả các công cụ phải hoạt động trong một hệ thống mô tả đa dạng Các mô tả này được phân loại thành các nhóm công cụ phù hợp với từng loại ứng dụng cụ thể Trong đó, có các mô tả như: Mô tả đơn giản, cung cấp tập tối thiểu công cụ cho ứng dụng không phức tạp; Mô tả lõi và chính, hỗ trợ mã hóa video với hình dạng bất kỳ; Mô tả đơn giản thời gian thực tiên tiến, cho phép truyền dẫn chịu lỗi với độ trễ thấp; và Mô tả đơn giản tiên tiến, cải thiện khả năng nén mặc dù tăng độ phức tạp.
Hình 2.16 Mô hình chung của MPEG-4 2.3.1 Các tính năng
MPEG-4 được thiết kế để đáp ứng nhu cầu ứng dụng đa dạng trong lĩnh vực truyền thông hình ảnh thông qua việc sử dụng bộ công cụ mã hóa thông tin hình ảnh Những tính năng nổi bật của MPEG-4 so với các chuẩn mã hóa hình ảnh trước đó bao gồm khả năng tối ưu hóa và linh hoạt trong việc xử lý dữ liệu hình ảnh.
Nén các chuỗi video tự nhiên quét liên tục và xen mành mang lại hiệu quả cao nhờ vào công nghệ nén dựa trên chuẩn ITU-T H.263, vượt trội hơn so với MPEG-1 và MPEG-2 Việc sử dụng các công cụ lựa chọn bổ sung giúp cải thiện đáng kể hiệu quả nén video.
Các đối tượng mã hóa video là những vùng hình bất quy tắc trong cảnh video, đại diện cho một khái niệm mới trong chuẩn nén video Khái niệm này cho phép mã hóa độc lập giữa ảnh và nền trong các cảnh video, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc lưu trữ và truyền tải dữ liệu.
Công cụ phục hồi lỗi giúp bộ giải mã khôi phục tín hiệu từ các lỗi truyền, đảm bảo kết nối video ổn định trong môi trường mạng không ổn định Đồng thời, các công cụ mã hóa dây chuyền hỗ trợ truyền tải linh hoạt ở nhiều tốc độ bit khác nhau.
Mã hóa bề mặt tĩnh cho phép các dữ liệu ảnh tĩnh được mã hóa và truyền trong cùng một khung dữ liệu với chuỗi ảnh động Công cụ này rất hữu ích khi kết hợp với biểu diễn ảnh động, tối ưu hóa quá trình truyền tải và hiển thị hình ảnh.
BIFS Video Audio Đồ họa Chữ
• Mã hóa các đối tượng hình ảnh sống động như mạng lưới đa giác hai chiều và ba chiều, khuôn mặt sống động, thân hình cử động
Mã hóa cho các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như "phim trường", yêu cầu chất lượng video vượt trội, với ưu tiên hàng đầu là hình ảnh rõ nét thay vì tỷ lệ nén cao.
2.3.2 Các công cụ, đối tượng, mô tả và các mức
MPEG-4 cung cấp chức năng mã hóa thông qua việc kết hợp các công cụ, đối tượng và mô tả Các công cụ là tập con của chức năng mã hóa nhằm hỗ trợ các tính năng đặc biệt như mã hóa video cơ bản, video xen mành và các hình đối tượng Đối tượng trong MPEG-4 bao gồm các thành phần video như chuỗi khung hình chữ nhật, vùng hình tùy ý và ảnh tĩnh, được mã hóa bằng một hoặc nhiều công cụ khác nhau.
Mô tả là tập các kiểu đối tượng mà bộ mã có khả năng thực hiện công việc
MPEG-4 cung cấp các mô tả để mã hóa cảnh video tự nhiên, bao gồm từ mô tả đơn giản đến mô tả các hình bất kỳ và mã hóa các đối tượng liên hoàn, nhằm đạt chất lượng tương đương với phim trường.
Bảng 2-1Các mô tả MPEG 4 cho mã hóa video tự nhiên-
Mô tả MPEG-4 Các đặc tính chính Đơn giản Đơn giản tiên tiến Đơn giản tiên tiến thời gian thực
Hiệu quả mã hóa tiên tiến
Liên hoàn bề mặt tiên tiến
Mã hóa các khung hình chữ nhật cho truyền phát video thời gian thực
Mã hóa cơ bản các đối tượng video có hình tùy ý Nhiều tính năng mã hóa các đối tượng video Hiệu quả cao mã hóa các đối tượng video
Mã hóa các đối tượng video với độ lấy mẫu phân giải hơn 8bit
Mã hoá liên hoàn các khung hình video chữ nhật
Mã hoá liên hoàn tiên tiến các khung hình
Mã hoá liên hoàn các đối tượng video
Mã hoá liên hoàn các bề mặt tĩnh Các bề mặt tĩnh liên hoàn cải thiện và các tính năng dựa vào đối tượng
Kết hợp các tính năng của các mô tả Đơn giản, Chính và liên hoàn bề mặt tiên tiến
Mã hoá các đối tượng với chuỗi video chất lượng cao
Mã hoá các đối tượng với chuỗi video chất lượng cao có cải thiện hiệu quả nén
Bảng 2.2 trình bày các mô tả cho mã hóa video nhân tạo, bao gồm hoạt hình và các mô hình, cùng với các mô tả kết hợp, kết hợp tính năng từ mã hóa video nhân tạo và tự nhiên Lưu ý rằng những mô tả này không áp dụng cho việc nén video tự nhiên.
Bảng 2-2 Các mô tả MPEG 4 cho mã hoá video nhân tạo và kết hợp-
Mô tả MPEG-4 Các tính năng chính
Bề mặt chuyển động cơ bản
Mặt chuyển động đơn giản
Mặt và thân chuyển động đơn giản
Mã hóa khối hai chiều với bề mặt tĩnh là một kỹ thuật quan trọng trong việc tạo ra các mô hình mặt người chuyển động Các mô hình này không chỉ bao gồm chuyển động của khuôn mặt mà còn cả thân thể Việc kết hợp các tính năng từ các mô hình đơn giản, lõi và bề mặt chuyển động cơ bản giúp nâng cao độ chính xác và tính chân thực của các mô hình mặt chuyển động đơn giản.
Các mô tả là cơ chế quan trọng để đảm bảo tính tương thích giữa các bộ mã hoá của các hãng khác nhau Chuẩn MPEG-4 cung cấp nhiều công cụ mã hoá mà không yêu cầu tất cả các bộ giải mã thương mại phải thực thi chúng Người thiết kế bộ giải mã có thể lựa chọn các mô tả phù hợp với ứng dụng của họ, như bộ mã hoá cơ bản cho bộ xử lý thấp sử dụng mô tả đơn giản, hoặc bộ mã hoá cho ứng dụng streaming video chọn mô tả đơn giản thời gian thực Các mô tả này có ảnh hưởng lớn đến thị trường, với các mô tả đơn giản và tiên tiến được ưa chuộng hơn, trong khi các mô tả mã hoá cho các đối tượng hình bất kỳ lại rất hạn chế.
Các mô tả định nghĩa tập con của các công cụ mã hóa và các mức định nghĩa thông số dòng bit được phân loại thành ba mức: đơn giản, đơn giản tiên tiến và đơn giản tiên tiến thời gian thực Mỗi mức yêu cầu khả năng thực hiện tối đa để giải mã chuỗi mã MPEG-4 Ví dụ, thiết bị cuối có khả năng xử lý hạn chế chỉ có thể hỗ trợ giải mã dòng bit mô tả đơn giản mức 0 Các mức định nghĩa này phụ thuộc vào hạn chế bộ nhớ đệm, kích thước khung hình giải mã, tốc độ xử lý và số lượng đối tượng video Để đảm bảo khả năng giải mã thành công với dòng bit mô tả đơn giản mức 0, thiết bị cuối cần phải cân nhắc các thông số này Các mức cao hơn của mô tả đơn giản yêu cầu bộ giải mã phải xử lý 4 đối tượng video.
Bảng 2-3 Các mức trong mô tả đơn giản
Mô tả Mức Độ phân giải
Tốc độ bit tối đa Số đối tượng tối đa Đơn giản Đơn giản tiên tiến (AS) Đơn giản tiên tiến thời gian thực
Chuẩn H.264
H.264, được công bố vào năm 2003, là chuẩn nén mở tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay, đang trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghệ an ninh giám sát hình ảnh Còn được biết đến với tên gọi MPEG-4 Part 10/AVC, H.264 kế thừa những ưu điểm nổi bật của các chuẩn nén trước đó, đồng thời áp dụng các thuật toán nén và phương thức truyền hình ảnh phức tạp Nhờ đó, chuẩn H.264 đã giảm đáng kể dữ liệu và băng thông cần thiết cho việc truyền tải video.
Chuẩn nén H.264 giúp giảm đến 50% băng thông và kích thước file so với MPEG-4 Part 2, và hơn 80% so với Motion JPEG, cho phép tăng gấp đôi thời gian lưu trữ và giảm chi phí lưu trữ video Việc truyền hình ảnh cũng giảm băng thông, dẫn đến giảm chi phí thuê băng thông mạng Ngoài ra, chất lượng hình ảnh giám sát có thể được nâng cao gấp đôi mà vẫn duy trì băng thông và thời gian lưu trữ như trước Điều này mang lại lợi thế lớn cho các hệ thống an ninh lớn, giúp giải quyết những thách thức phức tạp liên quan đến băng thông và thời gian lưu trữ.
2.4.1 Tính kế thừa của chuẩn nén H.264
Chuẩn nén H.264 được phát triển với mục tiêu cung cấp video chất lượng tốt hơn so với các chuẩn nén trước đây, nhờ vào việc kế thừa các lợi điểm của chúng H.264 không chỉ kế thừa mà còn tối ưu hóa các ưu điểm của các tiêu chuẩn trước đó như H.263 và MPEG-4, bao gồm bốn đặc điểm chính.
•Phân chia mỗi hình ảnh thành các Block (bao gồm nhiều điểm ảnh), do vậy quá trình xử lý từng ảnh có thể được tiếp cận tới mức Block
Khai thác triệt để không gian dư thừa giữa các hình ảnh liên tiếp thông qua mã của những Block gốc, dự đoán về không gian, phép biến đổi, quá trình lượng tử và mã hoá Entropy (mã có độ dài thay đổi VLC) là một phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa dữ liệu.
Khai thác sự phụ thuộc tạm thời giữa các khối của hình ảnh liên tiếp cho phép chỉ mã hóa những chi tiết thay đổi giữa các ảnh Quá trình này được thực hiện thông qua dự đoán và bù chuyển động Mỗi khối có thể được xử lý dựa trên một hoặc vài ảnh đã mã hóa trước đó hoặc ảnh sẽ được mã hóa sau đó để xác định véc tơ chuyển động Những véc tơ này sau đó được sử dụng trong bộ mã hóa và giải mã nhằm dự đoán các loại khối.
H.264 khai thác tối đa không gian dư thừa trong ảnh bằng cách mã hóa các block dư thừa, trong đó sự khác biệt giữa block gốc và block dự đoán được mã hóa thông qua quá trình biến đổi, lượng tử hóa và mã hóa Entropy.
Chuẩn nén H264 chia mỗi hình ảnh thành nhiều Block, với mỗi Block tương ứng với một số lượng MacroBlock nhất định Ví dụ, hình ảnh có độ phân giải QCIF (176x144 điểm ảnh) được chia thành 99 MacroBlock kích thước 16x16 Các MacroBlock cũng được phân đoạn tương tự cho các kích cỡ ảnh khác Thành phần chói của ảnh được lấy mẫu theo độ phân giải ảnh, trong khi thành phần màu CR và CB được lấy mẫu với tần số thấp hơn theo hai chiều ngang và dọc Mỗi hình ảnh còn có thể được phân thành nhiều lát mỏng (slice), giúp tái đồng bộ hiệu quả trong trường hợp xảy ra lỗi dữ liệu.
Ảnh I được xem như là hình ảnh thu được từ việc áp dụng các phép biến đổi lên các MacroBlock khác nhau Những ảnh I này có kích thước lớn do chứa nhiều thông tin từ chính ảnh hiện tại, và không tận dụng thông tin từ miền thời gian trong quá trình mã hóa Điều này giúp nâng cao hiệu quả xử lý mã hóa trong chuẩn H.264.
2.4.2.1 Giảm bớt độ dư thừa
H.264 là một bộ lập giải mã video nén thông qua việc giảm thiểu độ dư thừa không gian và thời gian trong hình ảnh Dư thừa thời gian xuất hiện khi có những hình ảnh giống nhau lặp lại giữa các khung, như phông nền không chuyển động trong các chương trình truyền hình Trong khi đó, dư thừa không gian liên quan đến các chi tiết giống nhau trong cùng một khung, chẳng hạn như nhiều điểm ảnh tạo thành bầu trời xanh Hình 2.22 minh họa các bước mà bộ lập giải mã MPEG-4 thực hiện để nén dữ liệu không gian và thời gian.
2.4.2.2 Chọn chế độ, phân chia và chế ngự
Bộ lập giải mã bắt đầu bằng việc xác định loại khung cần nén và chọn chế độ mã hoá phù hợp Chế độ "trong khối" tạo ra ảnh "I", trong khi chế độ "giữa khối" tạo ra khung "P" hoặc "B" Sau đó, bộ mã hoá chia ảnh thành hàng trăm hàng và cột điểm ảnh, phân tách chúng thành các khối nhỏ hơn, mỗi khối chứa một vài hàng và cột điểm ảnh.
2.4.2.3 Nén theo miền thời gian
Khi bộ mã hoá hoạt động ở chế độ "giữa khối" (inter), khối dữ liệu sẽ trải qua quá trình hiệu chỉnh chuyển động để phát hiện chuyển động giữa khối đó và
(intra), khối này sẽ bỏ qua công đoạn hiệu chỉnh chuyển động và tới thẳng công đoạn DCT
Hình 2.22 Sơ đồ khối mã hoá MPEG, đường đứt nét đặc trưng cho phần bổ sung của
H.264 trong việc nén theo miền không gian.
2.4.2.4 Nén theo miền không gian
Các khối thường có chứa các điểm ảnh tương tự hoặc thậm chí giống hệt nhau
Trong nhiều trường hợp, các điểm ảnh trong một khối thường ít thay đổi, dẫn đến tần số thay đổi giá trị điểm ảnh rất thấp Những khối này được gọi là khối có tần số không gian thấp Bộ lập mã tận dụng đặc điểm này bằng cách chuyển đổi các giá trị điểm ảnh thành thông tin tần số thông qua quá trình biến đổi côsin rời rạc.
* Biến đổi côsin rời rạc:
Công đoạn DCT chuyển đổi giá trị điểm ảnh của khối thành ma trận các hệ số tần số ngang và dọc trong không gian tần số Khi khối ban đầu có tần số không gian thấp, DCT sẽ tập trung phần lớn năng lượng tần số vào góc tần số thấp của ma trận, dẫn đến việc các hệ số tần số thấp ở góc đó có giá trị cao hơn.
Trong ma trận, nhiều hệ số còn lại có tần số cao, năng lượng thấp và giá trị thấp Hệ số DC cùng với một số hệ số tần số thấp chứa phần lớn thông tin từ khối ban đầu Điều này cho thấy tầm quan trọng của các hệ số này trong việc nắm bắt thông tin cần thiết.
Uncompressed video in Intra/inter mode select
Bộ lập mã video nén có khả năng loại bỏ hầu hết các hệ số tần số cao mà vẫn giữ nguyên chất lượng hình ảnh của khối một cách đáng kể.
Giao thức truyền tải thời gian thực RTP -
Giao thức Truyền tải thời gian thực (RTP) là tiêu chuẩn chính trong việc truyền tải dữ liệu video/audio qua mạng IP, cung cấp các dịch vụ hữu ích như xử lý độ trễ, phát hiện tổn thất dữ liệu, sửa lỗi, xác nhận dữ liệu và nguồn, đánh giá chất lượng truyền nhận, đồng bộ thông tin và quản lý người sử dụng RTP được thiết kế cho hội thảo đa điểm sử dụng mô hình phiên hạng nhẹ và đã chứng minh tính hữu dụng trong nhiều ứng dụng như hội thảo truyền hình H.323, truyền hình trên mạng, và có thể áp dụng cho cả mạng có dây và thiết bị không dây RTP được phát triển bởi Audio/Video Transport Working Group của IETF và được ITU tiếp quản như một phần trong chuỗi khuyến cáo dành cho H.323 và các tổ chức tiêu chuẩn khác.
2.5.1 Các tiêu chuẩn liên quan
Hình 2.25 Các giao thức của IETF và ITU truyền dữ liệu Audio/Video
Hình 2.25 mô tả mối liên hệ giữa khối chuyển đổi (media negotiation) và điều khiển cuộc gọi (Call control), lớp truyền tải (media transport layer) của RTP, cùng với các thuật toán nén (codecs) và lớp dưới, theo các khung hội nghị của cả IETF và ITU Hai tiêu chuẩn điều khiển cuộc gọi và chuyển đổi đều sử dụng cùng một phương thức truyền dữ liệu media Nhìn chung, các bộ codec là tương tự nhau, không phụ thuộc vào phiên bản sử dụng và lớp dưới.
2.5.2 Gửi dữ liệu sử dụng giao thức RTP
Bên gửi dữ liệu thực hiện nhiệm vụ bắt và chuyển đổi dữ liệu audio/video, sau đó truyền qua mạng bằng cách tạo ra gói RTP Đồng thời, nó cũng có khả năng sửa lỗi và điều khiển quá tải bằng cách điều chỉnh luồng dữ liệu dựa trên thông tin phản hồi từ bên nhận.
IP IETF Multimedia Protocol Stack
Hình 2.26 Sơ đồ hệ thống truyền dữ liệu RTP
Dữ liệu chưa nén được lưu trữ trong bộ đệm và sau đó được chuyển thành các khung nén Những khung này sẽ được đóng gói vào các gói RTP để chuẩn bị cho quá trình truyền tải Đối với các khung có kích thước lớn, chúng có thể được chia thành nhiều gói RTP khác nhau, trong khi nhiều khung nhỏ có thể được gộp lại trong một gói RTP duy nhất Tùy thuộc vào phương thức sửa lỗi được áp dụng, bộ tạo dữ liệu mã hóa kênh sẽ tạo ra các gói sửa lỗi hoặc sắp xếp các gói trước khi thực hiện truyền tải.
Sau khi các gói RTP được gửi đi, bộ đệm dữ liệu sẽ được giải phóng, tuy nhiên bên phát không được phép loại bỏ dữ liệu cần thiết cho việc sửa lỗi hoặc mã hóa Điều này có nghĩa là bên phát phải lưu trữ dữ liệu bộ đệm trong một khoảng thời gian nhất định sau khi gửi các gói, tùy thuộc vào loại codec và phương thức sửa lỗi được áp dụng.
Bên gửi phải liên tục cung cấp thông tin trạng thái của luồng dữ liệu, bao gồm dữ liệu cần thiết cho việc đồng bộ lipsync Đồng thời, bên thu cũng nhận phản hồi về chất lượng từ các bên nhận để điều chỉnh phương thức truyền tải.
2.5.3 Nhận dữ liệu từ luồng RTP
Bên nhận có nhiệm vụ tập hợp các gói RTP từ mạng, sửa lỗi và điều chỉnh thời gian giải nén dữ liệu để hiển thị kết quả cho người sử dụng Ngoài ra, bên nhận cũng gửi thông tin phản hồi về chất lượng, giúp bên phát điều chỉnh phương thức truyền tải Đồng thời, bên nhận duy trì cơ sở dữ liệu chứa thông tin của các bên tham gia trong phiên.
Bước đầu tiên trong quá trình nhận dữ liệu là thu thập các gói RTP từ mạng Các gói này sẽ được kiểm tra độ chính xác và lần lượt lấy ra từ hàng đợi, sau đó đi qua bộ mã hóa kênh để thực hiện sửa lỗi nếu cần Tiếp theo, dữ liệu sẽ được xử lý qua bộ đệm playout, nơi các nhãn thời gian giúp chỉnh sửa thứ tự các gói bị sai lệch trong quá trình truyền tải.
Các gói tin được lưu trữ trong bộ đệm playout cho đến khi tất cả các frame được nhận đầy đủ Tính toán độ trễ là một yếu tố quan trọng trong giao thức RTP Mỗi gói tin sẽ được gán một thời gian phát tương ứng với frame liên quan.
Sau khi hoàn tất thời gian playout, các gói dữ liệu được tập hợp để tạo thành các khung đầy đủ, trong đó các lỗi hư hỏng trong khung được sửa chữa Tiếp theo, các khung sẽ được giải mã, tùy thuộc vào loại mã hóa sử dụng, có thể giải mã trước khi tiến hành sửa lỗi Tại giai đoạn này, có thể nhận thấy sự khác biệt giữa tần số đồng hồ của bên phát và bên nhận, được thể hiện qua giá trị quan hệ giữa đồng hồ RTP và playout Để tránh khoảng trống thời gian khi hiển thị, bên nhận cần bù đắp cho giá trị sai lệch về thời gian này.
Hệ thống nhận dữ liệu RTP bao gồm bước cuối cùng là hiển thị nội dung đến người sử dụng Tùy thuộc vào cấu trúc media và thiết bị đầu ra, hệ thống có thể phát từng luồng riêng biệt hoặc kết hợp nhiều luồng media từ các nguồn khác nhau vào một luồng duy nhất, chẳng hạn như kết hợp nhiều nguồn audio và phát trên một loa.
Hoạt động của bên thu thường phức tạp hơn bên phát do phải xử lý nhiều thao tác Sự phức tạp này chủ yếu xuất phát từ những biến đổi trong mạng IP, đặc biệt là việc bù đắp cho các gói dữ liệu bị mất và đồng bộ thời gian bị ảnh hưởng bởi jitter.
RTP thường hoạt động trên giao thức UDP/IP trong lớp Transport, với các cải tiến như phát hiện tổn thất, cung cấp phản hồi về chất lượng, khả năng phục hồi thời gian và đồng bộ, xác nhận định dạng dữ liệu và nguồn gửi, đồng thời lưu trữ thông tin về các sự kiện quan trọng trong nguồn media Hầu hết các thực thi RTP là một phần của ứng dụng hoặc thư viện xử lý nằm trên giao diện socket của UDP/IP do hệ điều hành cung cấp Tuy nhiên, RTP không yêu cầu phải sử dụng UDP hay bất kỳ thành phần nào cụ thể trong thiết kế của nó.
RTP bao gồm hai thành phần: Giao thức truyền dữ liệu và Giao thức điều khiển đi kèm
RTP hỗ trợ bộ trộn và bộ biên dịch, là các thành phần trung gian xử lý luồng dữ liệu media giữa các đầu cuối Nó có thể "biên dịch" phiên bản RTP cho các bên tham gia sử dụng mạng IPv4 và IPv6 hoặc kết nối unicast vào một nhóm multicast Ngoài ra, RTP còn điều chỉnh luồng media, như chuyển đổi kiểu dữ liệu để giảm băng thông hoặc trộn nhiều luồng Việc xác định vị trí của RTP trong mô hình OSI gặp khó khăn, vì RTP thực hiện nhiều tác vụ của lớp Transport nhưng không hoàn toàn thuộc lớp này Nó cũng thực hiện một số tác vụ ở lớp session, như quản lý kết nối và định danh các bên tham gia một cách độc lập, cũng như một số tác vụ của lớp presentation.
Một vấn đề quan trọng cần lưu ý là nhận thức về những hạn chế trong đặc tả giao thức RTP, vì nó có sự thiếu sót chủ ý ở hai khía cạnh.
Giao thức RSPV
RSVP (Resource Reservation Protocol) là giao thức điều khiển mạng cho phép bên nhận dữ liệu yêu cầu chất lượng dịch vụ cho luồng dữ liệu của mình Các ứng dụng thời gian thực sử dụng RSVP để đặt trước nguồn tài nguyên cần thiết tại các bộ định tuyến dọc theo lộ trình, đảm bảo mức chất lượng dịch vụ theo yêu cầu trong quá trình truyền dữ liệu Giao thức này hoạt động trên đỉnh IPv4 hoặc IPv6, thay thế tầng vận chuyển trong chồng giao thức.
2.6.1 Mô hình hoạt động tại các hệ thống đầu cuối
Quá trình thiết lập một phiên làm việc RSVP sẽ xảy ra các sự kiện (SK) sau tại các hệ thống đầu cuối
SK1: Nút nhận tham gia vào một nhóm quảng bá nhóm xác định bởi địa chỉ quảng bá nhóm, dùng giao thức TGMP
SK2: Một nút gửi tiềm tàng bắt đầu gửi đi các thông báo đường đi RSVP tới địa chỉ quảng bá nhóm kể trên
SK3: Ứng dụng tại nút nhận nhận được thông báo đường đi RSVP
SK4: Nút nhận bắt đầu gửi đi các thông báo đăng ký đặt chỗ thích hợp, đưa ra mô tả về yêu cầu của luồng dữ liệu
SK5: Ứng dụng tại nút gửi nhận được thông báo đăng ký đặt chỗ
SK6: Nút gửi bắt đầu truyền dữ liệu
2.6.2 Mô hình đăng ký tài nguyên
RSVP định nghĩa một phiên làm việc bao gồm ba thành phần: Địa chỉ đích (Dest Address), ID giao thức (ProtocolId) và Cổng đích (DstPort) Trong đó, Địa chỉ đích là địa chỉ IP của gói, có thể là địa chỉ phát đơn hoặc quảng bá nhóm, vì các phiên khác nhau luôn có địa chỉ quảng bá nhóm khác nhau Tuy nhiên, Cổng đích là yếu tố cần thiết để xác định duy nhất một phiên phát đơn trên một nút nhận.
Một yêu cầu đăng ký RSVP bao gồm một đặc tả luồng (flowspec) và một đặc tả bộ lọc (filterspec), tạo thành một cặp gọi là mô tả luồng Đặc tả luồng xác định các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, trong khi đặc tả bộ lọc định nghĩa tập hợp các gói được nhận chất lượng dịch vụ theo yêu cầu của đặc tả luồng Đặc tả luồng cũng dùng để thiết lập các tham số cho bộ phân lớp gói Các gói gắn với phiên nhưng không phù hợp với filterspec của phiên đó sẽ được xử lý như lưu lượng best-effort.
Gói dữ liệu RSVP bắt đầu từ bên nhận và truyền ngược lại đến bên gửi Tại mỗi nút trung gian, yêu cầu đăng ký sẽ kích hoạt hai thao tác quan trọng.
Tiến trình RSVP chuyển yêu cầu đến các module điều khiển thâm nhập và chính sách Nếu không vượt qua kiểm tra, yêu cầu sẽ bị huỷ và thông báo lỗi sẽ được gửi lại Ngược lại, nếu cả hai kiểm tra thành công, nút sẽ gọi module lập lịch gói để chọn các gói theo đặc tả bộ lọc và liên hệ với tầng liên kết thích hợp.
- Chuyển tiếp yêu cầu lên trên.
Yêu cầu đăng ký được truyền ngược lên các nút gửi, nhưng có thể khác với yêu cầu mà nút nhận được từ bên dưới Điều này xảy ra vì hai lý do: đầu tiên, cơ chế kiểm soát lưu lượng có thể thay đổi đặc tả luồng giữa các nút Thứ hai, yêu cầu đăng ký từ nhiều nhánh của cây quảng bá nhóm bên dưới sẽ được “trộn” khi đi lên, dẫn đến sự khác biệt trong yêu cầu đăng ký mà nút chuyển tiếp lên nhận được.
Hình 2.30 Mô hình đặt chỗ 2.6.3 Các đặc trưng của giao thức RSVP
RSVP có một số đặc trưng nổi bật sau:
Luồng RSVP là một chiều, phân biệt rõ giữa bên gửi và bên nhận Mặc dù trong một số trường hợp, một nút có thể thực hiện cả hai vai trò, nhưng tài nguyên đăng ký chỉ phục vụ cho dòng dữ liệu theo một chiều duy nhất.
♦ RSVP là hướng bên nhận: Bên nhận khởi tạo và duy trì trạng thái đăng ký cho luồng dữ liệu
RSVP duy trì trạng thái mềm trên các bộ định tuyến và máy chủ, cho phép dễ dàng điều chỉnh các thay đổi về thành viên Điều này giúp hệ thống phản ứng nhanh chóng với những thay đổi về đường đi, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong việc quản lý lưu lượng mạng.
♦ RSVP không phải là giao thức dẫn đường nhưng hoạt động dựa vào các giao thức dẫn đường hiện tại và trong tương lai
Tiến ình tr RSVP Ứng dụng
B phân ộ l gói ớp B l ộ ập lịch ói g
Tiến ình tr d ẫn đường
B phân ộ l gói ớp B l ộ ập lịch ói g
D ữ liệu đăng ký Yêu c ầu
♦ RSVP truyền tải và duy trì các tham số điều khiển lưu lượng và chính sách quản trị, nhưng những tham số này lại trong suốt đối với RSVP.
♦ RSVP cung cấp một số kiểu đăng ký để đáp ứng nhiều loại ứng dụng khác nhau
♦ RSVP hoạt động trong suốt qua các bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP
2.6.4.1 Khuôn dạng thông báo RSVP
Mọi thông báo RSVP gồm có một tiêu đề chung và phần thân bao gồm các đối tượng
Vers Flags Msg Type RSVP Checksum
Send_TTL (Reserved) RSVP Length
Hình 2.31 Khuôn dạng tiêu đề thông báo RSVP.
Các trường có ý nghĩa như sau:
Vers (4 Bits): version của giao thức RSVP, version hiện tại là 1
Flags (4 Bits): chưa sử dụng
Msg Type (8 Bits): Loại thông báo
1: PATH - Thông báo yêu cầu thiết lập trạng thái đường đi.
2: RESV – Thông báo yêu cầu thiết lập trạng thái đăng ký.
3: PATHERR – Thông báo lỗi trạng thái đường đi
4: RESVERR – Thông báo lỗi trạng thái đăng ký.
5: PATHTEAR – Thông báo yêu cầu huỷ bỏ trạng thái đường đi
6: RESVTEAR – Thông báo yêu cầu huỷ bỏ trnạg thái đăng ký
7: RESVCONF – Thông báo xác nhận trạng thái đăng ký.
RSVP Checksum (16 bits): Dùng để kiểm tra lỗi truyền tin
Send_TTL (8 bits): Giá trị IP TTL (Time To Live) mà thông báo được gửi
RSVP Length (16 bits): Tổng độ dài tính theo Byte của thông báo
Mọi đối tượng đều bao gồm một hoặc hơn một từ (word) 32 bit với tiêu đề dài một từ
Length (bytes) Class-Num C-Type
(Object content) Hình 2.32 Khuôn dạng đối tượng RSVP
Length: 16 bit, chứa chiều dài của đối tượng tính theo byte, ít nhất là 4 và phải là bội số của 4
Class-Num: Định danh lớp của đối tượng
C-Type: Loại đối tượng, xác định duy nhất đối với mỗi lớp đối tượng. Độ dài tối đa của thân đối tượng là 65528 bytes Hai trường Class-Num và C- Type tạo thành một số 16 bit duy nhất cho mỗi đối tượng
2.6.5 Các cơ chế hoạt động của RSVP
2.6.5.1 Các kiểu đăng ký (reservation style)
RSVP cung cấp nhiều tùy chọn đăng ký, được gọi là kiểu đăng ký, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên đăng ký cho các ứng dụng khác nhau Các kiểu đăng ký được phân loại dựa trên hai yếu tố chính: sự hiện diện của nút gửi và việc đăng ký chung hay riêng biệt Hiện có ba kiểu đăng ký chính mà người dùng có thể lựa chọn.
Có Fixed – Filter (FF) Shared-Ecplicit (SE)
Không (không định nghĩa) Wildcard-Filter (WF)
Wildcard-Filter (WF) cho phép tạo một đăng ký chung cho tất cả các luồng từ các nút gửi, giúp tối ưu hóa việc quản lý tài nguyên.
“ống” dùng chung với “kích thước” là yêu cầu tài nguyên lớn nhất từ tất cả nút nhận, không phụ thuộc vào số nút gửi sử dụng nó
♦ Shared-Ecplicit (SE): tạo một đăng ký dùng chung cho các luồng từ một số nút gửi được chọn
♦ Fixed – Filter (FF): tạo một đăng ký cho luồng dữ liệu từ mỗi nút gửi, không chia sẻ với luồng dữ liệu của nút gửi khác trong cùng phiên
Kiểu đăng ký tài nguyên dùng chung, được tạo bởi kiểu WF và SE, rất phù hợp cho các ứng dụng quảng bá nhóm khi nhiều nguồn dữ liệu không truyền đồng thời Trong các ứng dụng hội nghị audio, chỉ có một số người nói cùng lúc, dẫn đến việc mỗi nút nhận có thể yêu cầu kiểu WF hoặc SE với băng thông gấp đôi cho mỗi nút gửi Ngược lại, kiểu FF tạo ra các đăng ký riêng biệt cho các luồng từ các nút gửi khác nhau, phù hợp hơn với các ứng dụng video.
2.6.5.2 Thiết lập trạng thái đường đi và trạng thái đăng ký
Quá trình đăng ký được thực hiện theo trình tự như sau:
(1) Bên gửi đi thông báo PATH tới các bên nhận để thiết lập trạng thái đường đi tại các bộ định tuyến trên đường đi
Sau khi nhận thông báo PATH, bên nhận cần gửi lại bên gửi thông báo RESV, bao gồm yêu cầu đăng ký, theo đúng lộ trình mà thông báo PATH đã đi qua Điều này nhằm thiết lập trạng thái đăng ký tại các bộ định tuyến trên đường đi.
Hình 2.33 Quy trình đặt chỗ
Thiết lập trạng thái đường đi
Mỗi nút gửi truyền thông báo RSVP PATH theo các lộ trình quảng bá nhóm được chỉ định bởi giao thức dẫn đường Thông báo PATH lưu trữ "trạng thái đường đi" tại từng bộ định tuyến trong quá trình truyền tải.
Trạng thái đường đi bao gồm các thành phần:
• PHOP (Previous Hop): Địa chỉ IP phát đơn của nút trước đó, dùng để dẫn đường cho thông báo RESV đi theo chiều ngược lại
• Sender template: Mô tả khuôn dạng của gói mà nút gửi sẽ gửi đi
• Sender Tspec: Định nghĩa các đặc tả lưu lượng của dùng dữ liệu gửi mà nút gửi sẽ tạo ra Sender Tspec dùng để ngăn chặn đăng ký thừa
DỊCH VỤ TRÊN NỀN IMS VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI IMS Ở VIỆT NAM
Nghiên cứu các dịch vụ triển khai trên nền IMS
Dịch vụ hiển thị cho phép người dùng trình bày hồ sơ động tại các thực thể hiển thị, cung cấp thông tin về bản thân, chia sẻ thông tin và dịch vụ Nó thể hiện trạng thái của user A đối với các user khác và ngược lại, bao gồm thông tin cá nhân, trạng thái thiết bị, khả năng của thiết bị đầu cuối và các phương thức liên lạc mà user A có thể sử dụng để tương tác với người khác như giọng nói, video, nhắn tin hoặc chơi game.
Thông tin hiển thị mang tính cá nhân hóa, liên kết riêng với từng người dùng, giúp người khởi tạo cuộc gọi nắm rõ trạng thái của các người dùng khác Điều này mang lại cho người dùng sự lựa chọn linh hoạt trong việc giao tiếp, từ đó nâng cao hiệu quả và sự thuận tiện trong việc điều khiển cuộc gọi.
3.1.1.1 Cấu trúc hệthống liên quan đến dịch v ụhiển th ịtrong IMS
PA (AS) PUA (AS) RLS (AS)
Pi=ISC ISC Pi=ISC
Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống hiển thị của IMS
Hình 3.1 minh họa cấu trúc hệ thống các thực thể liên quan đến dịch vụ hiển thị trong IMS Đầu cuối IMS đóng vai trò là thực thể giám sát và thực hiện hiển thị (PUA – Presence User Agent) Presence Agent (PA) là server ứng dụng trong mạng thường trú và cũng là Presence Server trong IMS Resource List Server (RLS) được triển khai trên Server ứng dụng (AS), nơi cung cấp nhiều dịch vụ và có khả năng đảm nhận vai trò giám sát thông tin hiển thị thông qua Watcher.
Giao diện Pen nổi bật nhờ khả năng cho phép AS hoạt động như PUA, thực hiện việc công bố thông tin hiển thị đến PA PUA thu thập thông tin hiển thị từ các nguồn như HLR, MSC/VLR, SGSN, GGSN, hoặc S-CSCF.
Giao diện Ut kết nối giữa đầu cuối IMS và bất kỳ Application Server nào, như
PA or RLS enables users to access the configuration of the display list and grants monitoring privileges This interface utilizes the XCAP (XML Configuration Access Protocol).
Presentity - Thực thể hiển thị, cung cấp thông tin hiển thị cho một dịch vụ hiển thị; Watcher – Các thực thể yêu cầu thông tin hiển thị
Presence Agent có khả năng lưu trữ dữ liệu của người dùng và tạo ra các thông báo liên quan Trong khi đó, Presence User Agent sử dụng thông tin hiển thị để quản lý Presentity và công bố thông tin hiển thị cho người dùng.
Máy chủ Presence là công cụ quản lý thông tin hiển thị mà các PUA đã tải lên, xử lý yêu cầu thuê bao hiển thị và cung cấp thông tin hiển thị đến máy chủ.
Presentity Presence Proxy - Nhận dạng Presence Server;
Alice có thể trở thành một watcher khi sử dụng ứng dụng hiển thị Cô sẽ đăng ký thông tin hiển thị về các thực trạng hiện tại của mình Dù IMS cho phép Alice đăng ký các hiển thị cá nhân, nhưng thường thì watcher sẽ đăng ký toàn bộ danh sách hiển thị từ RLS của mạng thường trú.
Hình 3.2 là một quá trình đăng ký dịch vụ hiển thị Ứng dụng Watcher trong
Alice sẽ gửi yêu cầu SUBSCRIBE đến danh sách của cô qua địa chỉ sip:alice-list