P1 pps

Công nghệ thoại VoIP Voice over Internet Protocol  Công nghệ thoại VoIP là công nghệ truyền/nhận các dữ liệu thoại âm thanh với thời gian thực bằng giao thức IP Internet Protocol  Mục

PHẦN 1

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VOIP

Công nghệ thoại VoIP

(Voice over Internet Protocol)

 Công nghệ thoại VoIP là công nghệ truyền/nhận các dữ liệu thoại (âm thanh) với thời gian thực bằng giao thức IP (Internet Protocol)

 Mục đích của việc sử dụng công nghệ thoại IP:

 Tiết kiệm được chi phí so với sử dụng hệ thống điện thoại thông thường đặc biệt là khi gọi điện thoại đường dài

 Có thể đưa vào nhiều loại dịch vụ một cách dễ dàng như: quản lý cuộc gọi, hội thoại hội nghị…

Giới thiệu chung về VoIP

 Tháng 2 năm 1995 hãng Vocaltec đã thực hiện truyền thoại qua Internet với phần mềm nén tín hiệu thoại và chuyển đổi thông tin thành các gói tin IP để truyền dẫn qua môi trường Internet.

 Phần mềm kết nối PC cá nhân với card âm thanh, headphone, mic…

 Có rất nhiều chuẩn cho truyền thoại trên nền IP nhưng có hai chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất

là H.323 của ITU và SIP của IETF.

Giới thiệu chung về VoIP

 ITU (International Telecommunication Union - Tổ chức viễn thông quốc tế): điều phối các quốc gia trong việc chia

sẻ và sử dụng các tài nguyên viễn thông như tần số vô tuyến điện, quỹ đạo vệ tinh, hỗ trợ phát triển cơ sở hạ tầng viễn thông tại các nước đang phát triển và xây dựng các tiêu chuẩn chung về kết nối các hệ thống thông tin liên lạc.

 IETF (The Internet Engineering Task Force - Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật Internet): là một cộng đồng quốc tế mở rộng của các nhà thiết kế mạng, các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết bị và các nhà nghiên cứu quan tâm tới sự phát triển của kiến trúc Internet và hoạt động ổn định của Internet

Nguyên tắc hoạt động của VoIP

 Số hoá tín hiệu giọng nói, nén tín hiệu đã số hoá, chia tín hiệu thành các gói

 Truyền những gói số liệu này trên nền IP

 Các gói số liệu được ghép lại tại nơi nhận, giải mã ra tín hiệu analog để phục hồi âm thanh.

 Thông tin thoại trước khi đưa lên mạng IP sẽ được nén xuống dung lượng thấp (tuỳ theo

kỹ thuật nén) Vì vậy sẽ làm giảm được lưu lượng mạng

Nén lại nhỏ hơn 32Kbps

Chuyển vận trên mạng thông qua Routers, LAN Switches…, sử dụng các giao thức IP

VoIP

…

Digital

Voice

CODEC (mã hóa và giải mã):

Analog  Digital (PCM, ADPCM…) Nén

Tạo Voice Datagram (phần dữ liệu trong gói IP)

Thêm Header (RTP, UDP, IP, etc)

Chuyển từ Analog sang Digital

Số hoá tiếng nói chuẩn PCM (Pulse Code Modulation - Điều chế theo mã)

 Lấy mẫu (Sampling)

 Lượng tử hoá

(Quantilizing)

 Mã hoá (Encoding)

Ví dụ:

Tín hiệu thoại: dải tần

0-3.4KHz, lấy mẫu với

N e t w o r k

Voice

Chuyển từ Digital sang Analog

Mạng điện thoại chuyển mạch kênh công

cộng

(PSTN - Public Switched Telephone Network)

 Mạng điện thoại chuyển mạch kênh công cộng

truyền dẫn “dành riêng” được thiết lập giữa 2

thiết bị đầu cuối thông qua 1 hoặc nhiều nút chuyển mạch trung gian.

 Là mạng dịch vụ phát triển rất sớm trên thế giới

và có tốc độ phát triển rất cao trong thế kỷ trước Đây là mạng viễn thông lâu đời nhất và lớn nhất phủ khắp toàn cầu.

 Cung cấp dịch vụ thoại và phi thoại.

SS7 Signaling Network

Class 5 Switch

Typically analog

“loop”, conversion to

digital at local switch

Circuit-based Trunks Class 5 Switch

Class 4 Switch

Phương thức hoạt động của mạng PSTN

mode) theo kiểu kết nối có hướng (connection-oriented).

báo hiệu.

 Thiết lập kết nối (setup)

 Duy trì kết nối (conversation)

 Xoá kết nối (released)

Cuộc gọi PSTN

Tổng đài

64 kb/s Bỏo hiệu

Tớn hiệu thoại được truyền đi trờn kờnh vật lý được thiết lập dành riờng cho cuộc nối ở dạng dũng bit liờn tục

Điện thoại Điện thoại

Đặc điểm của mạng PSTN

 Kết nối song công chuyển mạch kênh qua các thiết bị chuyển mạch.

 Độ trễ thông tin rất nhỏ (Cỡ thời gian truyền thông tin).

 Dòng thông tin là dòng liên tục, băng thông của kênh được bảo đảm và cố định 64kbs hoặc 300-3400Hz đối với chuyển mạch analog.

 Không có khả năng di động hoặc di động rất hạn chế bởi đường dây.

 Có nhiều chức năng tương đồng với mạng N-ISDN (Narrow Integrated Services Digital Network: mạng số

đa dịch vụ băng hẹp)

Mạng chuyển mạch gói

(PSN - Packet Switching Network)

 Sử dụng hệ thống lưu trữ rồi chuyền (Store and forward system) tại các nút mạng.

 Thông tin được chia thành các gói, mỗi gói được thêm gắn thêm các thông tin điều khiển cần thiết cho quá trình truyền (địa chỉ nơi gửi/nhận…).

 Tại các nút mạng các gói tin được xử lý và truyền đến các nút tiếp theo (thông qua các thuật toán tìm đường).

 Không có một kênh “dành riêng” nào được thiết lập,

băng thông giữa hai thiết bị đầu cuối không cố định.

 Độ trễ thông tin là rất lớn (so với chuyển mạch kênh).

Tín hiệu thoại được truyền đi dưới dạng các gói

dữ liệu (IP) chứ không phải dòng bit liên tục.

Mô hình chuyển mạch kênh – chuyển mạch gói

S6

S5 S4

Data 2

Data 3 Data 1

Điện thoại cố định - Telephone

 Là một thiết bị đầu cuối Analog, hoạt động song công (Full Duplex: truyền và nhận xảy ra cùng thời điểm trong kênh truyền), thiết bị này tạo ra 2 kênh tiếng nói ngược chiều nhau.

 Vừa là máy thu vừa là máy phát không cần qua một quá trình chuyển đổi nào.

 Sử dụng hệ thống báo hiệu chuẩn gọi là báo hiệu thuê bao Analog giống như modem, fax, cardphone.

 Truy cập vào mạng qua đường dây (mạch vòng thuê bao).

Máy Fax

 Trao đổi văn bản tĩnh và hình ảnh tĩnh trên một trang giấy.

 Dùng công nghệ xử lý tính hiệu số để chuyển

từ hình ảnh trên văn bản ra dữ liệu số nhờ một thiết bị quét ảnh (scanner).

 Tín hiệu số mang hình ảnh của bản gốc (origin) để chuyển qua một kết nối của mạng PSTN đến máy thu để in hình ảnh trên giấy.

 Là một thiết bị nửa song công (Half Duplex).

Tổng đài điện thoại riêng

(PBX - Private Branch Exchange)

 Chức năng chính của tổng đài này là chuyển mạch, phân phối cuộc gọi trong toàn hệ thống

 Những người sử dụng PBX dùng chung một số đường điện thoại ngoài để thực hiện các cuộc gọi ra bên ngoài

 Có các dịch vụ hướng dẫn, dịch vụ Voice Mail, hệ thống tính cước

 IP PBX là hệ thống PBX chạy bằng phần mềm thực hiện một số nhiệm vụ nhất định và cung cấp những dịch vụ thoại trên mạng IP

Tổng đài điện thoại riêng - PBX

Các đường ra ngoài được gọi là các đường trung

kế (Phần kết nối từ PBX đến “Tổng đài trung tâm” của bưu điện Tổng đài trung tâm sẽ nối các cuộc gọi đến và đi)

Các hệ thống PBX kết nối qua mạng PSTN và mạng IP

Gateway

Tại sao sử dụng VoIP?

 Giá thành cuộc gọi trong mạng PSTN là tương đối lớn:

 Chuyển mạch kênh dẫn đến lãng phí tài nguyên, theo đánh giá của giới chuyên môn thì 70-80% dung lượng truyền dẫn thường rảnh rỗi.

 Đầu tư cho mạng PSTN lớn, giá thiết bị cao, chi phí vận hành mạng lớn, không linh hoạt trong việc mở rộng hệ thống.

 Một cuộc gọi thoại yêu cầu trung kế 64 kb/s, bất kể

có đàm thoại thật sự hay không và đường truyền bị chiếm trong suốt thời gian diễm ra cuộc gọi

 Khó khăn trong việc tổ hợp với các dịch vụ khác.

Tại sao sử dụng VoIP?

 Cuộc gọi thoại qua IP có giá thành thấp:

 Cho phép sử dụng hiệu quả đường truyền, do có thể dùng chung cho các dịch vụ cả thoại và dữ liệu Quản lý dải thông hiệu quả

 Trung kế ảo thực tế chỉ xấp xỉ 8 kb/s (G.723.1: 5,3 hoặc 6,3kb/s) RTP cho phép triệt khoảng lặng trong khi đàm thoại (40%).

 Giá thành thiết bị mạng IP thấp, chi phí vận hành mạng thấp.

 Dễ dàng triển khai các dịch vụ thông minh, dịch vụ giá trị gia tăng VoIP là giải pháp tuyệt vời để cung cấp các dịch vụ thông minh.

Tại sao sử dụng VoIP?

 Đối với doanh nghiệp có nhiều trụ sở nằm rải rác nhiều nơi, kể cả ở nước ngoài, VoIP là giải pháp rất kinh tế:

 Tiết kiệm chi phí thoại đường dài, thoại quốc tế

 Sử dụng một đường truyền dẫn cho tất cả các dịch vụ: thoại, fax (FoIP), bản tin thống nhất, thư điện tử, truyền dữ liệu

 Đối với người hay di chuyển nơi làm việc thì VoIP rất tốt vì việc khai báo di chuyển máy điện thoại dễ dàng.

Khi nào cần triển khai VoIP?

 Đối với nhà cung cấp dịch vụ:

 Khi mạng điện thoại đường dài đã có dấu hiệu tắc nghẽn

 Khi cần triển khai dịch vụ điện thoại đường dài trên tuyến mới.

 Khi cần cung cấp một số dịch vụ thông minh

 Khi có chính sách.

VoIP và thoại Internet

 VoIP là thoại dựa trên giao thức IP, do đó có thể

thực hiện trong mạng LAN, WAN hay mạng IP công cộng, chứ không nhất thiết phải là mạng Internet.

 Điện thoại Internet là cũng là thoại qua giao thức

IP, nhưng cuộc gọi được thực hiện trong mạng

Internet, thí dụ như cuộc gọi giữa máy trạm và máy điện thoại thường

 Đối với dịch vụ VoIP người ta dành riêng các đường truyền Do vậy chất lượng dịch vụ tốt hơn, còn chất lượng thoại Internet không kiểm soát được.

Ưu điểm của điện thoại IP

 Đối với điện thoại IP có các cơ chế để phát hiện khoảng lặng (khoảng thời gian không có tiếng nói) nên sẽ làm tăng hiệu suất mạng.

 Nhiều cuộc gọi hơn, giảm độ rộng băng thông cho mỗi kết nối.

 Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung và giúp triển khai các dịch vụ mới nhanh chóng, dễ dàng, tự động dịch vụ, phát hiện trạng thái, quản lý thông tin, mã hoá bảo mật…

 Tận dụng đầu tư, thiết bị sẵn có… với nhà điều hành mạng và cung cấp dịch vụ.

Nhược điểm của điện thoại IP

 Chất lượng cuộc gọi thấp và không thể xác định trước được do truyền trên các mạng IP, xây dựng với mục đích truyền dữ liệu

 Các gói tin truyền trong mạng có thời gian trễ thay đổi trong phạm vi lớn (~100-300 mili giây), có khả năng mất mát thông tin trong mạng trong quá trình truyền

 Khi sử dụng kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền, nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì kỹ thuật nén càng phức tạp, cho chất lượng không cao và đặc biệt là thời gian xử lý sẽ lâu, gây trễ

 Tiếng vọng (echo): do trễ lớn trong mạng IP nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại

Các loại hình dịch vụ thoại qua IP

 Máy tính tới máy tính, dịch vụ có thể kết nối trực tiếp qua mạng IP hoặc qua mạng trung gian.

 Máy tính tới máy điện thoại

 Máy điện thoại tới máy điện thoại qua mạng PSTN và mạng trung gian IP.

PSTN (NY)

Gateway

Public Switched Telephone Network

Gateways allow PCs

to also reach phones

…or phones to reach

phones

Cấu hình mạng VoIP qui mô nhà cung cấp dịch vụ

Trong đó:

 Media Gateway:

 Chuyển đổi khuôn dạng thông tin (PSTN - IP).

 Thực hiện quá trình xử lý tín hiệu thoại (Nén tín hiệu thoại, nén khoảng lặng, triệt tiếng vọng).

 Cung cấp các giao diện vật lý cần thiết cho kết nối.

 Signlling Gateway: Báo hiệu giữa các đầu cuối

trong mạng chuyển mạch kênh và các đầu cuối trong mạng IP.

Trong đó:

 Call Control Centrer:

 Hướng dẫn Media Gateway các thiết lập, xử

lý và kết thúc dòng thông tin media phục vụ cuộc gọi.

 Xử lý thông tin báo hiệu.

 Theo dõi trạng thái của tất cả các dòng media đang truyền trong hệ thống.

 Thực hiện nhiều dịch vụ của hệ thống: tính cước…

 Các thành phần khác: Bao gồm các terminal…

M« h×nh truyÒn thèng Gi¶i ph¸p víi VoIP

Mô hình VoIP giải pháp cho các doanh nghiệp

Máy tính tới máy tính

 Hệ thống này được thực hiện dựa trên cơ sở sử dụng các phần mềm dùng riêng cho việc truyền thoại giữa các máy tính

 Phần mềm sẽ chia tín hiệu thoại thành từng packet (gói) để truyền đi trong mạng đến máy tính đích

 Máy tính đích sẽ thực hiện chuyển đổi các gói thoại thành tín hiệu thoại ban đầu để truyền đến tai người nghe

 Dịch vụ này thường được áp dụng trong tổ chức hoặc công ty nhằm đáp ứng các nhu cầu liên lạc nội bộ

Máy tính tới máy tính (PC-to-PC)

Máy tính tới máy điện thoại

 Cho phép thiết lập cuộc gọi tới một máy tính được được trang bị phần mềm truyền thoại trên mạng đến bất kì một máy điện thoại nào trên mạng PSTN thông qua đường liên kết IP

 Thực hiện cuộc gọi thông qua mạng như trên, hệ thống phải trang bị các Gateway (Gateway là thành phần giao tiếp giữa mạng PSTN truyền thống với mạng VoIP)

 Gateway sẽ thực hiện chức năng chuyển số IP sang

số điện thoại thường dùng và ngược lại Cũng nhờ thực hiện các cơ chế chuyển đổi giao thức báo hiệu giữa 2 mạng IP và PSTN

Máy tính tới máy điện thoại (Telephone-to-PC)

Máy điện thoại tới máy điện thoại

 Có cơ chế chuyển đổi giao thức truyền thoại cũng như báo hiệu giữa mạng thoại PSTN và mạng thoại qua IP

 Cho phép mọi người sử dụng máy điện thoại và cách quay số thông thường để thực hiện cuộc gọi qua mạng IP

 Trong trường hợp này người sử dụng được cấp một

mã số đặc biệt gọi là giá trị cổng kết nối giữa PSTN

và mạng IP rồi nhấn số điện thoại cần gọi

 Quá trình chuyển đổi giao thức giữa mạng thoại và mạng IP sẽ được thực hiện tại Gateway

Máy điện thoại tới máy điện thoại Telephone-to-Telephone

 H.323 bao gồm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi, truyền và điều khiển đa phương tiện và điều khiển băng thông cho kết nối điểm-điểm và điểm-đa điểm.

Chất lượng dịch vụ

(QoS - Quality of Service )

 Thời gian trễ tối đa để duy trì chất lượng tiếng nói còn tốt là 150 ms

 Các phương pháp làm tăng QoS của VoIP:

 Tăng băng thông.

 cRTP (Compression Real Time Transport Protocol – Giao thức vận chuyển thời gian thực nén): protocol truyền thời gian thực nén  giảm header từ 40 byte còn 2-4 byte, một cuộc gọi IP chỉ còn cần đường truyền 11.2 kpbs thay vì 24 kbps.

 Tạo hàng đợi.

 Ưu tiên cho IP RTP.

 Phân mảnh.

Chồng giao thức trong H.323

Các giao thức thuộc chuẩn H.323

 H.225 về các phục vụ trong quá trình thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi cho các phục vụ của H.323

 H.225 RAS (Registration/Admision/Status) thực hiện các chức năng đăng kí, thu nhận với gatekeeper

 H.245 về các báo hiệu dùng trong điều khiển truyền thông

 RTP/RCTP để truyền và kết hợp các gói tin audio, video với thời gian thực

 G.7xxx: các chuẩn nén tín hiệu thoại như: G.711 (PCM 64 kbps), G.722, G.723, G.728, G.729

H.323 và SIP

 H.323 là một giao thức tương đối cũ, cấu trúc chặt chẽ, phức tạp và phù hợp với việc thực thi các dịch vụ thoại truyền thống

 SIP ít phức tạp hơn H.323 nhiều, SIP có thiết kế kiểu modul, dựa trên giao thức HTTP (HyperText Transfer Protocol: giao thức truyền tải siêu văn bản) và MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions: chuẩn Internet về định dạng cho thư điện tử), đơn giản và dễ dàng mở rộng với các ứng dụng thoại trên mạng IP.

SIP (Session Initiation Protocol)

 Giao thức báo hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên truyền thông như: điện thoại hội nghị, học từ xa, điện thoại Internet và các ứng dụng tương tự khác liên quan đến multimedia

 SIP cung cấp các chức năng như: định vị người dùng qua địa chỉ tương tự như email, xác định các tham số phiên truyền thông có thể qua thương lượng giữa 2 phía.