ĐỀ TÀI “ĐÁNH GIÁ VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VOIP” Chương I TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VoIP 1.1 Giới thiệu Có thể nói phát minh quan trọng nhất trong thế kỷ 19 của loài người là phát minh ra chiếc điện thoại của Alexander Graham Bell. Từ đó đến nay điện thoại trở thành một vật dụng không thể thiếu đối với thế giới. Từ một tổ chức chính phủ đến một gia đình bình thường nhất đều không thể thiếu chiếc máy điện thoại trong cuộc sống và công việc hàng ngày của họ. Lợi ích mà điện thoại mang lại cho con người là không thể phủ nhận. Chính vì vậy nghành công nghiệp viễn thông phát triển như vũ bão và dịch vụ truyền âm thanh và hình ảnh ngày càng được hoàn thiện. Tuy nhiên chi phí cho dịch vụ điện thoại không phải là rẻ khi so sánh với các chi phí sinh hoạt thông thường trong gia đình và chi phí kinh doanh. Cước phí cho cuộc gọi nội hạt đã cao nhưng cho cuộc gọi đường dài còn cao hơn và đặc biệt là cuộc gọi quốc tế. Đối với các cơ quan doanh nghiệp thường xuyên phải thực hiện các cuộc gọi đi quốc tế thì đây quả thực là một vấn đề lớn. Tuy nhiên khi Internet (cũng có thể nói là phát minh lớn nhất trong thế kỷ 20) ra đời thì có vẻ như vấn đề đã được giải quyết. Chính Internet đã thay đổi bộ mặt của thế giới. Internet thực sự là cuộc cách mạng về công nghệ trong viễn thông. Internet đã thu hẹp khoảng cách về không gian, thời gian, ngôn ngữ của các quốc gia trên thế giới, thay vì suốt ngày phải gọi điện đi quốc tế thì các cơ quan cơ, doanh nghiệp có thể sử dụng các dịch vụ Internet như Email, Web để thực hiện công việc của mình. Tuy nhiên với các công việc đòi hỏi phải giải quyết ngay lập tức thì điện thoại vẫn là một công cụ đắc lực. Công nghệ VoIP ra đời đã giải quyết vấn đề trên. Do đặc điểm về mặt công nghệ mà chi phí giá thành của cuộc gọi VoIP rẻ hơn rất nhiều so với giá thành của điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống. Thay vì sử dụng một kênh logic cố định để truyền các tín hiệu thoại, thì công nghệ VoIP đóng gói các tín hiệu thoại và gửi chúng qua mạng nền IP như mạng Internet. Kết quả là chi phí tài nguyên cho cuộc gọi được tiết kiệm đáng kể. Do các tín hiệu thoại được truyền đi dưới dạng gói mà cuộc gọi chia sẻ tài nguyên với tất cả các cuộc gọi khác. Mạng có thể tận dụng các khoảng thời gian thuê bao ngừng nói để chèn các gói tin dữ liệu khác vào kênh truyền (như các gói tin của cuộc gọi khác hay các gói tin dữ liệu). Như vậy chi phí giá thành tài nguyên cho mạng cho một cuộc gọi sẽ giảm đi và người dùng phải trả ít tiền hơn. Cũng do sử dụng mạng gói nên các dịch vụ đưa ra cũng phong phú hơn. 1.2 Lịch sử phát triển VoIP Năm 1995 hãng Vocaltec đã thực hiện truyền thoại qua Internet, lúc đó kết nối chỉ gồm một PC cá nhân với các trang thiết bị ngoại vi thông thường như card âm thanh, headphone, mic, telephone line, modem phần mềm này thực hiện nén tín hiệu thoại và chuyển đổi thông tin thành các gói tin IP để truyền dẫn qua môi trường Internet. Mặc dù chất lượng chưa được tốt nhưng chi phí thấp so với điện thông thường đã trở thành yếu tố cạnh tranh và giúp nó tồn tại. Bắt đầu phát triển lớn mạnh và kéo theo việc ra đời của các tổ chức chuẩn hoá liên quan như ITU có các chuẩn sau H.250.0, H.245, H.225 (Q.931): cho quản lý; H.261, H.263 cho mã hoá video; các chuẩn G cho xử lý thoại…Có rất nhiều chuẩn nhưng đang có xu hướng hội tụ thành hai chuẩn H.323 của ITU và SIP của IETF. Voice over IP: được hiểu là công nghệ truyền thoại qua môi trường IP. Vì đặc điểm của mạng gói là tận dụng tối đa việc sử dụng băng thông mà ít quan tâm tới thời gian trễ lan truyền và xử lý trên mạng, trong khi tín hiệu thoại lại là một dạng thời gian thực, cho nên người ta đã bổ sung vào mạng các phần tử mới và thiết kế các giao thức phù hợp để có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng. Nó không chỉ truyền thoại mà còn truyền cho các dịnh vụ khác như truyền hình và dữ liệu. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # Te lephone M ¹ng IP M edia G atew ay Con troller 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # Te lephone Te lephone PSTN M ¹ng b¸o hiÖu sè 7 (SS7) S ig nalin g G atew ay Con tro ller PSTN V o IP G ate w ay V o IP G ate w ay V o IP G ate w ay IP T eleph one IP T eleph one IP T elepho n e Hình 1.1 Mô hình mạng VoIP. Từ 1/7/2001 đến nay Tổng cục Bưu điện đã cho phép Vietel, VNPT, Saigon Postel và Công ty điện lực Việt Nam chính thức khai thác điện thoại đường dài trong nước và quốc tế qua giao thức IP, gọi tắt là VoIP. Sự xuất hiện VoIP ở Việt Nam đã cung cấp cho xã hội một dịch vụ điện thoại đường dài có cước phí thấp hơn nhiều so với dịch vụ điện thoại đường dài truyền thống với chất lượng mà người sử dụng có thể chấp nhận được. Nó cũng phù hợp với xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới và đặc biệt là ở khu vực Châu á - Thái Bình Dương. 1.2.1 Ưu nhược điểm của VoIP so với mạng điện thoại PSTN truyền thống Với khả năng sử dụng hiệu quả và tiết kiệm độ rộng băng tần, VoIP có nhiều ưu điểm so với PSTN như sau: Giảm cước dịch vụ điện thoại đường dài. Nhiều cuộc gọi hơn, giảm độ rộng băng thông cho mỗi kết nối. Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung khác và giúp triển khai các dịch vụ mới nhanh chóng, dễ dàng, tự động dịch vụ… Sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP vì là giao thức mở nên các thiết bị sử dụng IP được nhiều nhà sản xuất cung cấp với giá cạnh tranh và nó là giao thức phổ cập rộng rãi. Ưu điểm chính của dịch vụ VoIP đối với khách hàng là giá cước rất rẻ so với thoại thông thường do các cuộc gọi VoIP sử dụng lượng băng thông rất ít. Trong khi thoại thông thường sử dụng kỹ thuật số hoá PCM theo cuẩn G.711 với lượng băng thông cố định cho một kênh thoại là 64kb/s thì VoIP sử dụng kiểu số hoá nguồn như CS-CELP theo chuẩn G.729 (8kb/s), G.723 (5.3kb/s hoặc 6.3kb/s). Như vậy rõ ràng là lượng băng thông sử dụng đã giảm một cách đáng kể. Hơn nữa trong thực tế khi hai người nói chuyện với nhau thì thường là một người nói và người kia nghe chứ không phải hai bên cùng nói. Vả lại ngay cả đối với người đang nói thì người này cũng có lúc dừng do hết câu hoặc lấy hơi… khi ấy không có thông tin thoại thực sự cần phải truyền đi và người ta gọi là khoảng lặng. VoIP sử dụng cơ chế triệt khoảng lặng cho nên có thể tiết kiệm thêm lượng băng thông “khoảng lặng” này để truyền các dạng thông tin khác. Đấy là một ưu điểm lớn của VoIP so với mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống. Thông thường băng thông truyền dẫn cần thiết cho một cuộc gọi PSTN có thể sử dụng cho 4-6 thậm chí 8 cuộc gọi VoIP với chất lượng cao. Nếu để ý chi phí cho cuộc gọi theo từng phút ta sẽ thấy lượng tiền tiết kiệm được quả là không nhỏ. Tuy nhiên việc tiết kiệm này còn tuỳ thuộc vào vùng địa lý và khoảng cách. Đối với các cuộc gọi nội hạt thì việc tiết kiệm này có vẻ không quan trọng nhưng đối với các cuộc gọi đường dài nhất là các cuộc gọi quốc tế thì nó thật sự là đáng kể. Điều này được thể hiện ở giá cước mà các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, thông thường giảm còn 1/10 đối với các cuộc gọi quốc tế. Ưu điểm nữa của VoIP là khả năng dễ dàng kết hợp các loại dịch vụ thoại, dữ liệu và video. Mạng IP dang phát triển một cách bùng nổ trên toàn thế giới và càng ngày càng có nhiều ứng dụng đã và đang được phát triển trên nền IP như Internet trở nên gần gũi với cuộc sống con người. Để giải quyết vấn đề thời gian thực là vấn đề chính cần quan tâm trong các dịch vụ thời gian thực qua mạng gói, tổ chức IETF phát triển giao thức truyền tải thời gian thực RTP/RTCP là công cụ cho việc truyền tải thoại và video trên mạng IP, sử dụng giao thức này. Sử dụng giao thức này các gói tin sẽ đảm bảo được mức độ trễ cho phép khi truyền trên mạng nhờ sử dụng các cơ chế ưu tiên và các dạng format gói tin RTP thích hợp. Bộ giao thức H.323, SIP được các tổ chức ITU, IETF phát triển để thực hiện báo hiệu và điều khiển cuộc gọi VoIP, đã được chẩn hoá quốc tế sử dụng cho việc cung cấp dịch vụ thông tin đa phương tiện trên nền IP. Việc triển khai VoIP không đòi hỏi nâng cấp cơ sở hạ tầng mạng một cách phức tạp, các thiết bị bổ sung là Gateway, Gatekeeper và bộ điều khiển đa điểm MCU. Chi phí cho các thiết bị này tương đối rẻ và việc cài đặt, bảo dưỡng cũng không phức tạp lắm. Hiện nay có nhiều hãng viễn thông lớn trên thế giới cung cấp thiết bị cho thoại VoIP như Cisco, Acatel, Siemen…Các thiết bị này có thể tương thích với hầu hết các chuẩn giao thức hiện nay. Bên cạnh các ưu điểm, VoIP còn có những nhược điểm đặc biệt là về chất lượng dịch vụ: Do dựa trên nền IP là kiểu mạng best effort và không tin cậy. Độ trễ không đồng nhất giữa các gói tin. 1.2.2 Các kỹ thuật mã hoá và nén số trong VoIP Kỹ thuật số hoá đã cho phép truyền thông được tín hiệu tương tự giữa các địa điểm cách xa nhau một cách khá trung thực. Tuy nhiên, một nhược điểm cơ bản của số hoá đó là nó sẽ làm tăng độ rộng băng tần cần thiết. Trong mạng điện thoại thông thường tín hiệu được mã hoá theo luật A hoặc luật với tốc độ 64kbps. Với cách mã hoá này, cho phép khôi phục một cách tương đối trung thực các âm thanh trong giải tần thoại. Tuy nhiên trong ứng dụng thoại trên mạng IP yêu cầu truyền âm thanh với tốc độ càng thấp càng tốt. Từ đó đã xuất hiện một số kỹ thuật mã hoá và nén tín hiệu tiếng nói như G.723.1,G.729A,GSM Về cơ bản các bộ mã hoá tiếng nói có ba loại: mã hoá dạng sóng (waveform), mã hoá nguồn (source) và mã hoá lai (hybrid) là sự kết hợp cả hai loại mã hoá dạng trên. Nguyên lý của mã hoá dạng sóng là mã hoá dạng của tín hiệu tuơng tự. Tại phía phát, bộ mã hóa sẽ nhận các tín hiệu tương tự liên tục và mã hoá thành tín hiệu số trước khi truyền đi. Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khôi phục tín hiệu tương tự từ luồng số thu được. Nếu không có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng nói khôi phục sẽ rất giống với dạng sóng tiếng nói gốc. Cơ sở của bộ mã hoá dạng sóng là: nếu người nghe nhận được một bản sao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất lượng âm thanh sẽ rất tuyệt vời. Tuy nhiên trong thực tế, qúa trình mã hoá lại sinh ra tạp âm lượng tử (mà thực chất là méo dạng sóng ), nhưng nó thường đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói thu được. Ưu điểm của bộ mã hoá loại này là: độ phức tạp, giá thành thiết kế, độ trễ và công suất tiêu thụ thấp. Người ta có thể áp dụng chúng để mã các tín hiệu khác như: tín hiệu báo hiệu, tín hiệu tương tự ở giải tần âm thanh và đặc biệt với những thiết bị ở một điều kiện nhất định thì chúng còn có khả năng mã hoá được cả tín hiệu audio. Bộ mã hoá dạng sóng đơn giản nhất là điều chế xung mã (PCM), điều chế Delta (DM) Tuy nhiên, nhược điểm của bộ mã hoá dạng sóng là không tạo được tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit thấp (dưới 16 kbps). Nguyên lý bộ mã hoá nguồn là mã hóa theo kiểu phát âm (vocoder), ví dụ như bộ mã hoá dự báo tuyến tính (LPC). Đặc điểm của kiểu mã hoá này là giả thiết rằng: tín hiệu tiếng nói bao gồm cả âm hữu thanh và vô thanh. Đối với âm hữu thanh thì nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dãy xung, còn đối với các âm vô thanh thì nó sẽ là một nguồn nhiễu ngẫu nhiên. Trong thực tế, có rất nhiều cách để kích thích cơ quan phát âm. Nhưng để đơn giản hoá, người ta giả thiết rằng chỉ có một điểm kích thích trong toàn bộ giai đoạn lên giọng của tiếng nói, dù cho đó là âm hữu thanh hay vô thanh. Vào năm 1982, Atal đã đề ra một mô hình mới về kích thích, được gọi là kích thích đa xung. Trong mô hình này, không cần biết trước âm cần tạo ra là âm hữu thanh hay vô thanh và đó có phải là giai đoạn lên giọng hay không. Sự kích thích được mô hình hoá bởi một số xung (thông thường là 3 xung trên 5ms ) có biên độ và vị trí được xác định bằng cực tiểu hoá sai lệch, có tính đến trọng số thụ cảm, giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp. Phương pháp này có khả năng cho tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit quanh 10 kbps và thậm chí chỉ 4,8 kbps. Tín hiệu kích thích sẽ được tối ưu hoá một cách kỹ lưỡng và người ta sử dụng kỹ thuật mã hoá dạng sóng để mã hoá tín hiệu kích thích này một cách có hiệu quả. Bảng dưới đây trình bày về một số chuẩn mã hoá đang được sử dụng trong thực tế: Hình 1.2 Các chuẩn mã hoá thoại. Trong đó, các G.711 là thực hiện mã hoá PCM thông thường cho tốc độ 64 kbps, G.728 là kỹ thuật mã hoá CELP ở tốc độ 16 kbps với sự thay đổi độ trễ thấp, G.729 là kỹ thuật mã hoá CELP cho tốc độ 8 kbps, G.723.1 cho tốc độ rất thấp ở 5,3 kbps và 6,3 kbps là các chuẩn mã hoá được dùng phổ biến trong công nghệ VoIP. . ĐỀ T I “ĐÁNH GIÁ VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VOIP” Chương I TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VoIP 1. 1 Gi i thiệu Có thể n i phát minh quan trọng nhất trong thế kỷ 19 của lo i ngư i là. g i v i cuộc sống con ngư i. Để gi i quyết vấn đề th i gian thực là vấn đề chính cần quan tâm trong các dịch vụ th i gian thực qua mạng g i, tổ chức IETF phát triển giao thức truyền t i th i. sau: Giảm cước dịch vụ i n tho i đường d i. Nhiều cuộc g i hơn, giảm độ rộng băng thông cho m i kết n i. Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung khác và giúp triển khai các dịch vụ m i nhanh