Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2014 công nghệ VoIP và asterisk

Nó cung cấp chức năng quản lý cuộc gọi một cách tập trung và mộtsố các dịch vụ quan trọng khác như là: nhận dạng các đầu cuối và gateway,quản lý băng thông, chuyển đổi địa chỉ từ địa chỉ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 16

LỜI MỞ ĐẦU 18

LỜI CẢM ƠN 19

CHƯƠNG 1 20

TỔNG QUAN VỀ VOIP 20

1.1 Giới thiệu 20

1.2 Cấu trúc mạng VoIP 21

1.3 Đặc điểm dịch vụ VoIP 23

1.4 Chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP 24

1.5 Các giao thức truyền thông thời gian thực 27

1.5.1 Giao thức RTP 27

1.5.2 Giao thức RTCP 28

CHƯƠNG 2 30

CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU 30

2.1 Giao thức H323 30

2.1.1 Giới thiệu 30

2.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống H323 30

2.1.3 Tập giao thức H323 33

2.1.4 Quá trình thiết lập cuộc gọi H323 35

2.2 Giao thức khởi tạo phiên SIP 36

2.2.1 Giới thiệu 36

2.2.2 Tính năng của SIP 37

2.2.3 Các thành phần trong hệ thống SIP 37

2.2.4 Các bản tin của SIP 39

2.2.5 Quá trình thiết lập cuộc gọi 41

2.3 So sánh với H.323 44

CHƯƠNG 3 46

MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 46

3.1 Sự hình thành mạng NGN 46

3.2 Các đặc điểm của NGN 47

3.3 Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quyết 47

3.4 Công nghệ chuyển mạch mềm – Softswitch 48

3.4.1 Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh 48

3.4.2 Định nghĩa chuyển mạch mềm (Softswitch) 49

3.4.3 Những lợi ích của Softswitch 50

3.5 Kiến trúc của mạng NGN 52

3.5.1 Lớp truyền tải 53

3.5.2 Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi 54

3.5.3 Lớp ứng dụng và dịch vụ 54

3.5.4 Lớp quản lý 54

3.6 Các phần tử trong mạng NGN 55

3.7 Các dịch vụ chính trong mạng NGN 56

CHƯƠNG 4 57

TÌM HIỂU ASTERISK 57

4.1 Giới thiệu 57

4.2 Kiến trúc Asterisk 58

4.3 Một số tính năng cơ bản 60

4.4 Các ngữ cảnh ứng dụng 62

4.5 Tổ chức thư mục của Asterisk 66

4.6 Một số lệnh thao tác trên hệ thống asterisk 69

4.7 Cách thức cấu hình trên các tập tin cơ bản 70

4.8 Cách thức hoạt động của tập tin cấu hình 70

4.9 Giới thiệu dialplan 72

CHƯƠNG 5 76

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CALLCENTER TRÊN NỀN ASTERISK 76

5.1 Giới thiệu 76

5.2 Mục đích Yêu cầu 76

5.3 Phân tích thiết kế 77

5.3.1 Kịch bản cho hệ thống 77

5.3.2 Biểu đồ phân rã chức năng 84

5.3.3 Biểu đồ ngữ cảnh 85

5.3.4 Biểu đồ luồng dữ liệu mức đỉnh 87

5.3.5 Cơ sở dữ liệu 88

5.4 Triển khai hệ thống 90

5.4.1 Mô hình hệ thống 90

5.4.2 Cài đặt các gói phần mềm 91

5.4.3 Cấu hình hệ thống Asterisk 93

5.4.4 Lập trình cho hệ thống 97

5.5 Kết quả thực nghiệm 104

5.6 Đánh giá hệ thống 106

5.7 Hướng phát triển 107

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 : Cấu trúc mạng VoIP 9

Hình 2 Một số chuẩn mã hóa tín hiệu 12

Hình 3 Gói RTP 13

Hình 4 Cấu trúc gói tin RTP 14

Hình 5 Cấu trúc gói tin RTCP 16

Hình 6: Các thành phần mạng H323 18

Hình 7: Tập giao thức H323 20

Hình 8 Quá trình thiết lập cuộc gọi trong H323 23

Hình 10 Một số trường header đơn giản 27

Hình 11 : Hoạt động của Proxy server 28

Hình 12 : Hoạt động của Redirect Server được trình bày như hình 29

Hình 13 Quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối của SIP 31

Hình 14 : Topo mạng NGN 35

Hình 15 : Cấu trúc mạng và báo hiệu PSTN 36

Hình 16 So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm 39

Hình 17 : Kiến trúc NGN 40

Hình 18 : Mô hình mạng NGN 43

Hình 19 : Sơ đồ tổng quan Asterisk 45

Hình 20 : Kiến trúc Asterisk 46

Hình 21 : IP PBX 50

Hình 22 : Kết nối IP PBX với PBX 51

Hình 23 : Kết nối giữa các Server Asterisk 51

Hình 24 : Triển khai server IVR, VoiceMail, Hội Thoại 52

Hình 25 : Phân phối cuộc gọi hàng đợi 53

Hình 26 Cấu trúc cây thư mục 55

Hình 27 Kịch bản Menu chính của hệ thống 65

Hình 28 Quy trình tra cứu kết quả xổ số 67

Hình 29 Quy trình gửi quà tặng âm nhạc 70

Hình 31 Biểu đồ phân cấp chức năng 72

Hình 32 Biểu đồ ngữ ảnh 73

Hình 33 Biểu đồ luồng dữ liệu mức đỉnh 74

Hình 35 Cơ sở dữ liệu 75

Hình 36 Mô hình logic hệ thống 77

Hình 37 Cấu hình Softphone 83

Hình 38 Màn hình Asterisk CLI 91

Hình 39 Softphone đăng ký vào hệ thống 91

Hình 40 Gọi tới 1900 92

Hình 41 Người gọi chọn tra cứu kết quả xổ số 92

Hình 42 Người gọi chọn Gửi quà tặng âm nhạc 93

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển của mạng Internet là một bước ngoặt lớn mang đậm tính lịch sử trong lĩnh vực công nghệ thông tin Nó có những tác động to lớn và tích cực không chỉ riêng trongl lĩnh vực công nghệ thông tin mà còn cả trong mọi lĩnh vực của đời

sống xã hội Nó làm thay đổi tư duy, khả năng nhận thức, tăng cường mở rộng khảnăng hiểu biết về thế giới quan, thúc đẩy xã hội phát triển một cách nhanh chóng.

Sự bùng nổ của Internet không chỉ là sự gia tăng số lượng các nhà khai thác dịch vụ,

số người tham gia mà còn gia tăng về số lượng dịch vụ và chất lượng dịch vụ Nếutrước đây chúng ta biết đến Internet như là một nguồn để tìm kiếm thông tin, giải tríthì ngày nay, Internet còn đưa thêm rất nhiều dịch vụ mới và đa phần những dịch vụnày rất gần gũi thân thiết với con người như dịch vụ thư điện tử, dịch vụ đa phươngtiện, dịch vụ thương mại điện tử…Và gần đây nhất là dịch vụ điện thoại Internet(VoIP)

Bắt đầu từ năm 1994, truyền thông Internet đã bắt đầu được thử nghiệm vàphát triển mạnh mẽ từ năm 1995 Hiện nay truyền thông qua mạng Internet đã pháttriển rất mạng và với rất nhiều ứng dụng như điện thoại, thư thoại, fax, hội nghịvideo, chia sẻ tài liệu…

Điện thoại IP sẽ là một xu thế không thể tránh khỏi, sẽ dần dần thay thế điệnthoại truyền thống Việc tìm hiểu và xây dựng các ứng dụng dựa trên công nghệVoIP là điều cần thiết và sẽ mang lại những lợi ích to lớn

Vì những lý do trên mà em đã đi đến thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình với

đề tài : “Tìm hiểu công nghệ VoIP và xây dựng hệ thống Callcenter trên nền Asterisk”

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tập thể các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thành Đô nói

chung, khoa Công nghệ thông tin nói riêng, đã đào tạo cho chúng em những kiến thức, những kinh nghiệm qúy báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Giáo Hoàng Thanh Tùng- Giảng viên khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Thành Đô đã tận tình hướng dẫn, cho chúng em những nhận xét góp ý quý báu trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên, do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, các cô và toàn thể các bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội,ngày 18 tháng 03 năm 2014

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VOIP 1.1 Giới thiệu

VoIP ( Voice Over IP ) là công nghệ cho phép truyền thông tin thoại từ nơinày sang nơi khác thông qua các mạng sử dụng giao thức IP ( Internet Protocol ) đểtruyền tải thông tin VoIP cũng thường được biết đến dưới một số tên khác như :điện thoại Internet, điện thoại IP, điện thoại dải rộng ( Broadband Telephony ) vv…

Ở điện thoại thông thường, tín hiệu thoại được lấy mẫu với tần số 8 KHz sau

đó lượng tử hóa 8 bit/mẫu và được truyền với tốc độ 64 KHz đến mạng chuyển

mạch rồi truyền tới đích Ở phía thu, tín hiệu này sẽ được giải mã thành tín hiệu banđầu.

Công nghệ VoIP cũng không hoàn toàn khác với điện thoại thông thường.Đầu tiên , tín hiệu thoại cũng được số hóa , nhưng sau đó thay vì truyền trên mạngPSTN qua các trường chuyển mạch , tín hiệu thoại được nén xuống tốc độ thấp rồiđóng gói , truyền qua mạng IP Tại bên thu, các luồng thoại sẽ được giải nén thànhcác luồng PCM 64 rồi truyền tới thuê bao bị gọi

1.2 Cấu trúc mạng VoIP

Trên hình 1 là cấu hình cơ bản của một mạng VoIP Ta thấy mạng gồm haithành phần chính là mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói Mạngchuyển mạch kênh chính là mạng điện thoại thông thường mà ta vẫn sử dụng Cònmạng chuyển mạch gói là một mạng IP, trong đó Internet là mạng IP mà ta vẫnquen thuộc

Mạng VoIP phải có khả năng thực hiện các chức năng mà mạng điện thoạicông cộng thực hiện, ngoài ra phải thực hiện chức năng của một gateway giữa mạng

IP và mạng điện thoại công cộng Thành phần của mạng điện thoại IP có thể gồmcác phần tử sau đây:

 Gatekeeper: Có thể xem gatekeeper như là bộ não của hệ thống mạng điệnthoại IP Nó cung cấp chức năng quản lý cuộc gọi một cách tập trung và một

số các dịch vụ quan trọng khác như là: nhận dạng các đầu cuối và gateway,quản lý băng thông, chuyển đổi địa chỉ (từ địa chỉ IP sang địa chỉ E.164 vàngược lại), đăng ký hay tính cước Mỗi gatekeeper sẽ quản lý một vùng baogồm các đầu cuối đã đăng ký, nhưng cũng có thể nhiều gatekeeper cùng quản

lý một vùng trong trường hợp một vùng có nhiều gatekeeper

Ta cũng thấy rằng có thể có 3 ngữ cảnh cuộc gọi:

 Phone to Phone: gọi giữa 2 máy điện thoại Nếu 2 máy cùng thuộc một tổngđài thì không cần thông qua mạng IP Nếu 2 máy nằm ở các mạng các nhauthì phải sử dụng các gateway chuyển tiếp vào mạng IP

 PC to Phone: gọi giữa PC và Phone Cần có ít nhất một gateway chuyển tiếp

 PC to PC: gọi giữa PC và PC Trong ngữ cảnh này thì cuộc gọi hoàn toànnằm trong mạng IP, không cần sử dụng gateway

1.3 Đặc điểm dịch vụ VoIP

Sự phát triển của dịch vụ VoIP đã đem lại rất nhiều lợi ích Dưới đây là một

số ưu điểm của nó:

 Dịch vụ gọi điện đường dài giá rẻ với chi phí chấp nhận được, chỉ tươngđương với chi phí truy nhập Internet

 Các kĩ thuật nén đã giảm tốc độ bit từ 64kps (kênh thoại thường) xuống dưới8kps (theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T) Nhờ vậy, khả năng sửdụng kênh sẽ cao hơn Các bộ vi xử lý của máy tình có tốc độ xử lý nhanh.Điều này làm độ trễ của cuộc gọi giảm xuống, chất lượng cuộc gọi tăng lên

 Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu Với mạng điện thoạithông thường thì kênh báo hiệu là hoàn toàn tách biệt với kênh thoại Vớimạng VoIP thì chỉ có một kênh duy nhất, nhờ vậy có thể tiết kiệm được cơ

sở hạ tầng

 Dễ dàng mở rộng hệ thống

 Mạng VoIP không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý :việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộcgọi mà không phải tập trung vào chức năng thiết lập kênh

 Mạng VoIP quản lý băng thông tốt, linh hoạt

 Nhiều tính năng dịch vụ mới

 Khả năng Multimedia : trong một cuộc gọi, người dùng có thể vừa nóichuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hayxem hình ảnh của người nói chuyện

Nhưng mạng VoIP cũng có những nhược điểm sau đây :

 Kĩ thuật phức tạp : truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng IP là rất khóthực hiện do mất gói trong mạng là khó tránh và độ trễ Chất lượng dịch vụchưa cao.

 Vấn đề bảo mật : mạng Internet có tính toàn cầu và hỗn hợp nên việc bảo vệcác thông tin liên qua như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ là rất quantrọng

1.4 Chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP

Mạng truyền tín hiệu thoại có đòi hỏi khắt khe về chất lượng dịch vụ để đảmbảo cuộc gọi có chất lượng chất nhận được Dưới đây là các đặc điểm về chất lượngdịch vụ (QoS) của mạng VoIP:

 Delay/ Latency : độ trễ Đây là khoảng thời gian tính từ lúc tiếng nói đượcphát ra đến khi người nhận nghe thấy Hội thoại đòi hỏi tính chất thời gianthực nên cần thiết phải giảm độ trễ xuống thấp nhất Có thể phân loại trểthành các loại sau:

 Propagation delay : trễ truyền do tốc độ truyền âm trong cáp Loại trễ nàyhầu như không tránh khỏi

 Handling delay/processing delay : trể xử lý, do các thiết bị xử lý gói tin Trễnày có thể giảm bằng việc sử dụng các thiết bị phần cứng tốt cũng như thuậttoán xử lý tối ưu

 Serialization delay : trễ tuần tự hóa khi dữ liệu được đưa ra thiết bị vật lý.Loại trễ này có ảnh hướng ít, chiếm vai trò nhỏ hoặc hầu như không đáng kể

 Queuing delay : trễ hàng đợi xảy ra khi nhiều gói tin đến cùng lúc tại một nútmạng Trễ này do cấu hình mạng không đáp ứng đủ nhu cầu phục vụ nhiềungười dùng hoặc cài đặt không tốt dẫn tới việc xử lý gói tin tại nút mạngkhông tốt

 Jitter : là hiện tượng các gói tin không đến nơi trong những khoảng thời gianđều nhau Hiện tượng này làm cho cuộc hội thoại bị giật Đây là một đặcđiểm của mạng IP khi mà các gói tin có thể đi theo các đường khác nhau đếnđích Để loại bỏ hiện tượng này cần phải có các thuật toán đồng bộ gói tinnơi phát và nơi thu

 Mã hóa đường truyền Pulse Code Modulation (PCM): thuật toán mã hóađường truyền của mạng VoIP cũng tương tự như mạng chuyển mạch kênh.PCM là thuật toán có tần số lấy mẫu là 8Khz (125ms/mẫu) Ngoài ra nó cóthể sử dụng ADPCM : adaptive differential PCM(chuẩn G.726 ITU-T), với 4

bit mẫu, tốc độ 32kps Các thuật toán này khác nhau ở tần số lấy mẫu và sốbit mẫu, do đó chất lượng cuộc gọi cũng khác nhau.

 Các chuẩn mã hóa tín hiệu được sử dụng trong VoIP có rất nhiều, trong đó

có thể kể tới G.711, G.726, G.728, G.729, G.232.1 Bảng dưới đây thể hiệnchất lượng cảm nhận (MOS) đối với mỗi loại thuật toán mã hóa tín hiệu

Hình 2 Một số chuẩn mã hóa tín hiệu

 Echo : tiếng vọng Đây là hiện tượng âm thanh phát qua bị quay trở lại đúngnơi phát làm cho người nói luôn nghe lại được tiếng do mình phát ra Lý do

là các gói tin đi qua các mạng có cấu hình khác nhau và không đến đượcđích, quay lại điểm phát Để xóa tiếng vọng thì thiết bị mà người nói dùng(có thể là router) sẽ lưu giữ ảnh ngược của đoạn hội thoại trong một khoảngthời gian nào đó (inverse speech) “Bộ loại bỏ tiếng vọng” (echo canceller)này sẽ lắng nghe âm thanh đáp lại và loại bỏ thành phần vọng bằng không

 Mất gói tin là hiện tượng dễ xảy ra trong mạng VoIP Packet loss ChuẩnG729 đề xuất một kĩ thuật để giảm sự ảnh hưởng tới chất lượng cuộc gọi làconcealment strategy: khi một gói tin bị mất trên đường truyền thì gói tincuối cùng nhận được sẽ được phát lại bù vào chỗ trống Vì khoảng thời giangiữa các packet chỉ là khoảng 20ms nên người nghe sẽ không có cảm nhận rõràng Nếu nhiều packet mất thì việc này chỉ thực hiện1 lần và đợi packetkhác tới

 Khả năng kiểm soát hoạt động hội thoại Trong hội thoại thì thông thường,một người nói một người nghe thì lãng phí băng thông tối thiểu là 50% domột kênh truyền cố định được thiết lập dành cho cuộc gọi Sử dụng VoIP cóthể tinh chỉnh băng thông lãng phí này để dùng cho mục đích khác nếu chứcnăng VAD (Voice Activity Detection) được bật Khi mạng bận thì băngthông dành cho cuộc hội thoại sẽ được giảm đi, ngược lại khi mạng rỗi thìbăng thông cũng sẽ tăng lên, nhờ đó mà tăng chất lượng cuộc gọi

 Hội thoại đòi hỏi phải có các bộ chuyển đổi Số - Tương tự Khi chuyển đốianalog-digital và ngược lại thì chất lượng âm thanh giảm đáng kể Do đócàng ít bộ chuyển đổi D/A trong mạng càng tốt VoIP sử dụng PCM codec(G.711) tương tự các mạng điện thoại cổ điển.

 Tandem Encoding là hiện tượng gói tin được mã hóa và giải mã nhiều lần đểxác định nơi nhận trước khi đến đích làm giảm chất lượng hội thoại Để loại

bỏ hiện tượng này cẩn thiết lập các dial plan (kịch bản cuộc gọi) một cáchhợp lý Các kịch bản này là các file dùng để điều khiển cuộc gọi ở cácgateway controller

 Về giao thức truyền tin, VoIP sử dụng bộ giao thức RTP/ UDP/ IP Tầnggiao vận sử dụng giao thức UDP để đảm bảo gói tin được truyền liên tục.Tính chất thời gian thực được đảm bảo nhờ giao thức RTP (Real-timeTransport Protocol) Gói tin RTP chứa các trường như nhãn thời gian và sốthứ tự gói để đảm bảo sự đồng bộ thời gian giữa các gói tin

có thể được mở rộng thành RUDP (Reliable UDP) thêm tính tin cậy choUDP bằng cách gửi cùng một gói tin nhiều lần và điểm nhận sẽ loại bỏ cácgói tin không cần thiết

1.5 Các giao thức truyền thông thời gian thực

bất cứ một cơ chế nào giám sát chất lượng dịch vụ Sự giám sát và đảm bảo về thờigian truyền dẫn cũng như chất lượng dịch vụ được thực hiện nhờ hai giao thứcRTCP và RSVP.

Tương tự như các giao thứ truyền dẫn khác, gói tin RTP (RTP packet) baogồm hai phần là header (phần mào đầu) và data (dữ liệu) Nhưng không giống nhưcác giao thức truyền dẫn khác là sử dụng các trường trong header để thực hiện các

chức năng điều khiển, RTP sử dụng một cơ chế điều khiển độc lập trong định dạng của gói tin RTCP để thực hiện các chức năng này.

Cấu trúc gói tin RTP

Hình 4 Cấu trúc gói tin RTP

 Version (2 bit): version của RTP (hiện tại là version 2)

 Padding (1 bit): có vai trò như bit cờ được sử dụng để đánh dấu khi có một

số byte được chèn vào trong gói

 Extension (1 bit): cũng có vai trò như một bit cờ được sử dụng để đánh dấukhi có header mở rộng tiếp theo header cố định

 CSRC count (4 bit): chỉ rõ số lượng của CSRC (contributing source)

 Marker (1 bit): có vai trò như một bit cờ, trạng thái của nó được phụ thuộcvào trường payload type

 Payload Type (7 bit): chỉ rõ loại thông tin được chứa trong các gói.SerquenceNumber (16 bit): cung cấp số thứ tự của các gói Cách này như một cơ chếgiúp bên thu có thể thu đúng thứ tự các gói tin, nhận ra gói tin bị mất

 Time-stamp (32 bit): là tham số đánh dấu thời điểm byte đầu tiên được lấymẫu trong gói RTP Giá trị time-stamp khởi đầu là ngẫu nhiên, các gói RTPphát đi liên tiếp có thể có cùng giá trị time-stemp nếu chúng cùng được phát

đi một lúc

 Syschronisation source (SSRC) identifier: số nhận dạng nguồn của gói dữliệu Nếu ứng dụng muốn truyền dữ liệu có nhiều dạng khác nhau trong cùngmột thời điểm (ví dụ là tín hiệu audio và video) thì sẽ có những phiên truyềnriêng cho mỗi dạng dữ liệu Sau đó ứng dụng sẽ tập hợp các gói tin có cùngnhận dạng SSRC Số nhận dạng này được gán một cách ngẫu nhiên.

 Contribute source (CSRC) identifer (độ dài thay đổi): tại một điểm đích nào

đó mà những tín hiệu audio đến đích cần trộn lại với nhau thì giá trị CSRC sẽ

là tập hợp tất cả các giá trị SSRC của các nguồn mà gửi tín hiệu đến điểmđích đó Trường CSRC có thể chứa tối đa là 15 số nhận dạng nguồn SSRC

 Extension header (độ dài thay đổi): chứa các thông tin thểm của gói RTP

1.5.2 Giao thức RTCP

Mặc dù RTP là một giao thức độc lập nhưng thường được hỗ trợ bởi giaothức RTCP RTCP trả về nguồn các thông tin về sự truyền thông và các thành phầnđích Giao thức điều khiển này cho phép gửi về các thông số về bên thu và tự thích

nghi với bên phát cho phù hợp vời bên phát Mỗi người tham gia một phiên truyền RTP phải gửi định kỳ các gói RTCP tới tất cả những người khác cũng tham gia phiên truyền Tuỳ theo mục đích mà RTCP thực hiện 4 chức năng:

 RTCP cung cấp một sự phản hồi chất lượng của dữ liệu Các thông tin đógiúp cho ứng dụng thực hiện chức năng điều khiển luồng và quản lý tắcnghẽn

 RTCP cung cấp sự nhận dạng mà được sử dụng để tập hợp các kiểu dữ liệukhác nhau (ví dụ audio và video) Điều này là cần thiết vì khả năng nàykhông được RTP cung cấp

 Nhờ việc định kỳ gửi các gói tin RTCP mà mỗi phiên truyền có thể theo dõiđược số người tham gia RTP không thể sử dụng được cho mục đích này khimột ai đó không gửi dữ liệu mà chỉ nhận từ những người khác

 Cuối cùng là một chức năng lựa chọn cho phép có thêm thông tin về nhữngngười tham gia vào phiên truyền

Tuỳ thuộc vào giao thức RTP được sử dụng cho loại dữ liệu nào mà RTCPcung cấp các thông báo điều khiển khác nhau Có 4 loại thông báo điều khiển chính

được giao thức RTCP cung cấp là:

 Sender report (SR): thông báo này chứa các thông tin thống kê liên quan đếnkết quả truyền như tỷ lệ tổn hao, số gói dữ liệu bị mất, khoảng trễ Các thôngbáo này phát ra từ phía phát trong một phiên truyền thông

 Receiver report (RR): thông báo này chứa các thông tin thống kê liên quanđến kết quả nhận giữa các điểm cuối Các thông báo này được phát ra từ phíathu trong một phiên truyền thông.

 Source description (SDES): thông báo bao gồm các thông số mô tả nguồnnhư tên, vị trí,

 Application (APP): thông báo cho phép truyền các dữ liệu ứng dụng

Cấu trúc gói tin RTCP

Hình 5 Cấu trúc gói tin RTCP

 Version (2 bit): version RTP hiện tại (version 2)

 Padding (1 bit): có chức năng như một bit cờ chỉ rõ xem trong gói có cácbyte được chèn thêm hay không

 Report counter (5 bit): số thông báo chứa trong gói

 Packet type (8 bit): xác định loại thông báo của gói (SR hoặc RR hoặc APP)

 Length (16 bit) : Chỉ rõ độ dài của gói tin

 Report (độ dài thay đổi): chứa các thông báo chi tiết

CHƯƠNG 2 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU 2.1 Giao thức H323

năm 1998 H.323 là chuẩn riêng cho các thành phần mạng, các giao thức và các thủtục cung cấp dịch vụ thông tin multimedia như: audio thời gian thực, video và thôngtin dữ liệu qua các mạng chuyển mạch gói, bao gồm các mạng dựa trên giao thức

IP Tập giao thức H.323 được thiết kế để hoạt động trên tầng vận chuyển của cácmạng cơ sở Tuy nhiên, khuyến nghị H.323 rất chung chung nên ít được coi là tiêuchuẩn cụ thể Trong thực tế, hoàn toàn có thể thiết kế một hệ thống thoại tuân thủH.323 mà không cần đến IP Khuyến nghị này chỉ đưa ra yêu cầu về “giao diệnmạng gói” tại thiết bị đầu cuối Ban đầu, H.323 dự định dành cho X.25, FrameRelaysau đó là ATM, nhưng giờ đây lại là TCP/IP, trong khi đó có rất ít H.323 được vậnhành trên mạng X.25 và ATM

2.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống H323

 Các thiết bị đầu cuối (Terminal)

 Cổng kết nối (Gateway)

 Thiết bị điều khiển cổng kết nối (Gatekeeper)

 Khối điều khiển đa điểm MCU (Mutilpoint Control Units)

Hình 6: Các thành phần mạng H323Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về thành phần của mạng H323

Terminal

Dùng trong liên lạc đa truyền thông song hướng thời gian thực , một thiết bịđầu cuối H323 có thể là một máy tính PC, camera, điện thoại IP… hay một thiết bị

đơn lẻ chạy các ứng dụng H323 Nó là thiết bị trực tiếp tham gia kết nối để cungcấp dịch vụ như: audio, video, data hoặc fax.

Một thiết bị đầu cuối sẽ có ba giao tiếp cơ bản là: giao tiếp với màn hình đểhiển thị hình ảnh hội nghị, giao tiếp Camera và giao tiếp âm thanh với Microphone.Bên cạnh đó còn có giao tiếp dữ liệu với hệ thống mạng làm việc để trao đổi vàtruyền dữ liệu

Các tính năng của đầu cuối H.323 như:

 H.245: điều khiển sắp xếp sử dụng kênh truyền

 Q.931 : báo hiệu và thiết lập cuộc gọi

 RAS: giao thức liên lạc với gatekeeper

 RTP/RTCP: sắp xếp các gói âm thanh và hình ảnh

 Ngoài ra, H.323 còn có các tính năng khác như mã hoá/ giải mã tín hiệu âmthanh và hình ảnh, giao thức cho các ứng dụng số liệu (T.120), hội nghị đađiểm

Các chức năng của GK được chia thành: các chức năng bắt buộc và các chứcnăng tùy chọn

Các chức năng bắt buộc của GateKeeper:

 Dịch địa chỉ: Gatekeeper sẽ thực hiện chuyển đổi địa chỉ hình thức (dạng têngọi hay địa chỉ hộp thư) của một đầu cuối hay Gateway sang địa chỉ truyền

dẫn (địa chỉ IP) Việc chuyển đổi được thực hiện bằng cách sử dụng bản đốichiếu địa chỉ được cập nhật thường xuyên bởi các bản tin đăng ký.

 Điều khiển chấp nhận đầu vào: Gatekeeper cho phép một truy cập mạngLAN bằng cách sử dụng các bản tin H.225 là ARQ/ACF/ARJ Việc điềukhiển này dựa trên sự cho phép cuộc gọi, băng thông, hoặc một vài thông sốkhác do nhà sản xuất quy định Nó có thể là chức năng rỗng có nghĩa là chấpnhận mọi yêu cầu truy nhập của đầu cuối

 Điều khiển băng thông: Gatekeeper hỗ trợ các bản tin BRQ/BRJ/BCF choviệc quản lý băng thông Nó có thể là chức năng rỗng nghĩa là chấp nhận mọiyêu cầu thay đổi băng thông

 Quản lý vùng: Ở đây chữ vùng là tập hợp tất cả các phần tử H.323 gồm thiết

bị đầu cuối, Gateway, MCU có đăng ký hoạt động với Gatekeeper để thựchiện liên lạc giữa các phần tử trong vùng hay từ vùng này sang vùng khác

Các chức năng tuỳ chọn của gatekeeper

 Tín hiệu điều khiển gọi

 Bộ điều khiển đa điểm (MC):MC là bộ phận không thể thiếu trong MCU Nó

có thể điều khiển hội nghị điểm - điểm,sau đó phát triển thành hội nghị đađiềm MC thiết lập các giao thức chung cho tất cả các đầu cuối muốn thamgia vào hội nghị và quyết định hội nghị theo kiểu Multicast hay Unicast v.v

MC không trực tiếp xử lý các chuỗi âm thanh, hình ảnh hoặc số liệu tronghội nghị đa điểm

 Bộ xử lý đa điểm (MP):MP là phần tử tuỳ chọn trong MCU Nó thực hiện

trộn, chuyển mạch các chuỗi tín hiệu âm thanh, hình ảnh hoặc dữ liệu do MCđiều khiển Tuỳ thuộc vào loại hội nghị mà MP có thể xử lý một hay nhiềuchuỗi tín hiệu này

2.1.3 Tập giao thức H323

Hình 7: Tập giao thức H323

Báo hiệu RAS

Cung cấp các thủ tục điều khiển tiền cuộc gọi trong mạng H.323 có GK.Kênh báo hiệu RAS được thiết lập giữa các đầu cuối và các GK trước các kênhkhác Nó độc lập với kênh báo hiệu cuộc gọi và kênh điều khiển H.245 Các bản tinRAS được truyền qua mạng thông qua kết nối UDP, thực hiện việc đăng ký, chophép, thay đổi băng thông, trạng thái và các thủ tục huỷ bỏ cuộc gọi Báo hiệu RASgồm những quá trình sau:

 Tìm GateKeeper

 Đăng ký : Đăng ký là một quá trình cho phép GW, các đầu cuối và MCU

tham gia vào một vùng và báo cho GK biết địa chỉ truyền vận và địa chỉ bídanh của nó

 Định vị đầu cuối

 Cho phép, thay đổi băng thông, trạng thái và huỷ quan hệ

Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225

Trong mạng H.323, thủ tục báo hiệu cuộc gọi được dựa trên khuyến nghịH.225 của ITU Khuyến nghị này chỉ rõ cách sử dụng và trợ giúp của các bản tinbáo hiệu Q.931 Sau khi khởi tạo thiết lập cuộc gọi Các bản tin điều khiển cuộc gọi

và các bản tin giữ cho kênh báo hiệu cuộc gọi tồn tại (keepalive) được chuyển tớicác cổng.

Các bản tin Q.931 thường được sử dụng trong mạng H.323:

 Setup: Được gửi từ thực thể chủ gọi để thiết lập kết nối tới thực thể H.323 bịgọi

 Call Proceeding: chỉ thị rằng thủ tục thiết lập cuộc gọi đã được khởi tạo

 Alerting: chỉ thị rằng chuông bên đích bắt đầu rung

 Connect: thông báo rằng bên bị gọi đã trả lời cuộc gọi

 Release Complete: chỉ thị rằng cuộc gọi đang bị giải phóng

 Facility: Đây là một bản tin Q.932 dùng để yêu cầu hoặc phúc đáp các dịch

vụ bổ sung Nó cũng được dùng để cảnh báo rằng một cuộc gọi sẽ được địnhtuyến trực tiếp hay thông qua GK

Giao thức H.245

H245 xử lý các bản tin điều khiển từ đầu cuối đến đầu cuối giữa các thực thểH.323 Các thủ tục H.245 thiết lập các kênh logic cho việc truyền tín hiệu âm thanh,hình ảnh, dữ liệu và thông tin kênh điều khiển Báo hiệu H.245 được thiết lập giữa 2đầu cuối, một đầu cuối với một MC hoặc một đầu cuối với GK Đầu cuối chỉ thiếtlập duy nhất một kênh điều khiển H.245 cho mỗi cuộc gọi mà nó tham gia Một đầucuối, MCU, GK có thể hỗ trợ nhiều cuộc gọi cùng một lúc do vậy có nhiều kênhđiều khiển H.245 tương ứng Khuyến nghị H.245 định nghĩa một số thực thể giaothức độc lập trợ giúp cho báo hiệu từ đầu cuối đến đầu cuối như sau:

 Trao đổi khả năng

 Quyết định chủ - tớ

 Trễ vòng (Round Trip delay)

 Báo hiệu kênh logic (Logical channel signaling)

 Các thủ tục kết nối nhanh

 H245 ngầm (Tuneling H.245)

2.1.4 Quá trình thiết lập cuộc gọi H323

Một cuộc gọi trải qua các bước như sau :

 Thiết lập cuộc gọi

 Khởi tạo truyền thông và trao đổi khả năng

 Thiết lập kênh truyền thông nghe nhìn.

 Dịch vụ cuộc gọi

 Kết thúc cuộc gọi

Hình 8 Quá trình thiết lập cuộc gọi trong H323

2.2 Giao thức khởi tạo phiên SIP

2.2.1 Giới thiệu

SIP (Session Initiation Protcol ) là giao thức báo hiệu điều khiển lớp ứngdụng được dùng để thiết lập, duy trì, kết thúc các phiên truyền thông đa phương tiện(multimedia) Các phiên multimedia bao gồm thoại Internet, hội nghị, và các ứng

dụng tương tự có liên quan đến các phương tiện truyền đạt (media) như âm thanh,hình ảnh, và dữ liệu.

SIP là một công cụ hỗ trợ hấp dẫn đối với điện thoại IP vì các lý do sau :

 Nó có thể hoạt động vô trạng thái hoặc có trạng thái Vì vậy, sự hoạt động vôtrạng thái cung cấp sự mở rộng tốt do các server không phải duy trì thông tin

về trạng thái cuộc gọi một khi sự thực hiện (transaction) đã được xử lý

 Nó có thể sử dụng nhiều dạng hoặc cú pháp giao thức chuyển siêu văn bảnHTTP (Hypertext Transfer Protocol), vì vậy, nó cung cấp một cách thuận lợi

để hoạt động trên các trình duyệt

 Bản tin SIP (nội dung bản tin) thì không rõ ràng, nó có thể là bất cứ cú phápnào Vì vậy, nó có thể được mô tả theo nhiều cách Chẳng hạn, nó có thểđược mô tả với sự mở rộng thư Internet đa mục đích MIME (MultipurposeInternet Mail Extension) hoặc ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XML (ExtensibleMarkup Language)

 Nó nhận dạng một người dùng với bộ định vị tài nguyên đồng nhất URL(Uniform Resource Locator), vì vậy, nó cung cấp cho người dùng khả năngkhởi tạo cuộc gọi bằng cách nhấp vào một liên kết trên trang web

Nói chung, SIP hỗ trợ các hoạt động chính sau :

 Định vị trí của người dùng

 Định media cho phiên làm việc

 Định sự sẵn sàng của người dùng để tham gia vào một phiên làm việc

 Thiết lập cuộc gọi, chuyển cuộc gọi và kết thúc

2.2.2 Tính năng của SIP

Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau:

 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF

 Đơn giản và có khả năng mở rộng

 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối

 Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới

2.2.3 Các thành phần trong hệ thống SIP

Hai phần tử cơ bản trong hệ thống SIP là tác nhân người sử dụng (user agent)

và các máy phục vụ mạng (network server) Bên chủ gọi và bị gọi được nhận dạngbằng các địa chỉ SIP

 User agent

Client (UAC): Khởi tạo các yêu cầu SIP và đóng vai trò như tác nhân chủ

gọi của người dùng

Server (UAS): Nhận các yêu cầu và thay mặt cho người sử dụng gửi trả các

đáp ứng, đóng vai trò như tác nhân bị gọi

 Network Server

Máy chủ ủy quyền (Proxy server): là một chương trình trung gian, hoạt

động như là một server và một client cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho cácclient khác Các yêu cầu được phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến các serverkhác Một proxy có thể dịch và nếu cần thiết có thể tạo lại các bản tin yêu cầu SIPtrước khi chuyển chúng đến server khác hoặc một UA Trong trường hợp nàytrường Via trong bản tin đáp ứng, yêu cầu chỉ ra các proxy trung gian tham gia vàotiến trình xử lý yêu cầu

Máy chủ định vị (Location Server): là phần mềm định vị thuê bao, cung

cấp thông tin về những vị trí có thể của thuê bao bị gọi cho các phần mềm máy chủ

ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ

Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server): là phần mềm nhận yêu cầu

SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối.Không giống như máy chủ ủy quyền, máy chủ chuyển đổi địa chỉ không bao giờ

hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào Máy chủchuyển đổi địa chỉ cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi.

Máy chủ đăng ký (Register Server): là phần mềm nhận các yêu cầu đăng

ký Trong nhiều trường hợp máy chủ đăng ký đảm nhiệm luôn một số chức năng anninh như xác nhận người sử dụng Thông thường máy chủ đăng ký được cài đặtcùng với máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ hoặc cung cấp dịch vụđịnh vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên ( ví dụ máy điện thoại hoặc phầnmềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với máy chủ Nếu đầu cuối cần thông báo chomáy chủ về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER cũng được gửi đi Nói chungcác đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ

2.2.4 Các bản tin của SIP

SIP là một giao thức dựa trên ký tự văn bản với cú pháp bản tin và cáctrường mào đầu đồng nhất với giao thức truyền siêu văn bản HTTP (Hypper TextTransfer Protocol) Các bản tin của SIP truyền trên cùng một kết nối TCP hoặc bó

dữ liệu UDP

Ví dụ:

SIP Header

INVITE sip:5120@192.168.36.180 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 192.168.6.21:5060 From: sip:5121@192.168.6.21 To: <sip:5120@192.168.36.180>

-Call-ID: c2943000-e0563-2a1ce-2e323931@192.168.6.21 CSeq: 100 INVITE

Expires: 180 User-Agent: Cisco IP Phone/ Rev 1/ SIP enabled Accept: application/sdp

Contact: sip:5121@192.168.6.21:5060 Content-Type: application/sdp

Hình 10 Một số trường header đơn giản

 INVITE : Để chỉ thị rằng thuê bao hoặc dịch vụ được mời tham gia vào một

phiên Nó bao gồm một mô tả phiên và đối với các cuộc gọi song công thìbên chủ gọi chỉ thị phương thức truyền thông (media) trong bản tin này.Theo phương pháp đơn giản này các bên có thể xác định được các khả năngcủa bên kia và bắt đầu một phiên hội thoại

 ACK : Những yêu cầu này tương ứng với một yêu cầu INVITE Chúng là sự

xác nhận cuối cùng từ một hệ thống cuối và chấm dứt một giao dịch đượckhởi tạo bởi INVITE

 OPTIONS : Bản tin này cho phép truy vấn và tập hợp các khả năng của user

agent và network server Tuy nhiên yêu cầu này không được dùng để thiếtlập phiên

 BYE: Bên chủ gọi và bị gọi sử dụng yêu cầu này để giải phóng cuộc gọi.

Trước khi thực sự giải phóng cuộc gọi, user agent gửi yêu cầu này tới server

để cảnh báo rằng nó muốn giải phóng phiên làm việc

 CANCEL: Yêu cầu này cho phép user agent và network server xoá bỏ bất

kỳ một yêu cầu nào đang thi hành

 REGISTER: yêu cầu này được client dùng để đăng ký thông tin với SIP

server

Các bản tin đáp ứng

 1xx Informational (vd 100 Trying, 180 Ringing)

 2xx Successful (vd 200 OK, 202 Accepted)

 3xx Redirection (vd 302 Moved Temporarily)

 4xx Request Failure (e.g 404 Not Found, 482 Loop Detected)

 5xx Server Failure (e.g 501 Not Implemented)

 6xx Global Failure (e.g 603 Decline)

2.2.5 Quá trình thiết lập cuộc gọi

Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyểnđổi

Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server)

Hình 11 : Hoạt động của Proxy server SIP userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho userB@hotmail.com để mờitham gia cuộc gọi.Các bước như sau:

 Bước 1: userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho UserB ở miềnhotmail.com, bản tin này đến proxy server SIP của miền hotmail.com (Bảntin INVITE có thể đi từ Proxy server SIP của miền yahoo.com và đượcProxy này chuyển đến Proxy server của miền hotmail.com)

 Bước 2: Proxy server của miền hotmail.com sẽ tham khảo server định vị(Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB

 Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử

là UserB@hotmail.com)

 Bước 4: Proxy server gửi bản tin INVITE tới userB@hotmail.com Proxyserver thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE.

 Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK

 Bước 6: Proxy server gửi đáp ứng 200 OK trở về userA@yahoo.com

 Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua proxyserver

 Bước 8: Proxy server chuyển bản tin ACK cho userB@hostmail.com

 Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh RTP/RTCPđược mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại

 Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóa bằngcách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối

Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server):

Hình 12 : Hoạt động của Redirect Server được trình bày như hình

Các bước hoạt động như sau:

 Bước 1: Redirect server nhân được yêu cầu INVITE từ người gọi (Yêu cầunày có thể đi từ một proxy server khác)

 Bước 2: Redirect server truy vấn server định vị địa chỉ của B

 Bước 3: Server định vị trả lại địa chỉ của B cho Redirect server

 Bước 4: Redirect server trả lại địa chỉ của B đến người gọi A Nó không phátyêu cầu INVITE như proxy server

 Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Redirect server để xácnhận sự trao đổi thành công.

 Bước 6: Người gọi A gửi yêu cầu INVITE trực tiếp đến địa chỉ đượctrả lại bởi Redirect server (đến B) Người bị gọi B đáp ứng với chỉ thị thànhcông (200 OK), và người gọi đáp trả bản tin ACK xác nhận Cuộc gọi đượcthiết lập goài ra SIP còn có các mô hình hoạt động liên mạng với SS7 (đếnPSTN) hoặc là liên mạng với chồng giao thức H.323

Tổng quát lại trong mạng SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối:

1 đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối

2 xác định phương tiện của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối đượcmời tham gia

3 xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọiphải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hay từ chối

4 thiết lập cuộc gọi

5 thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (ví dụ như chuyển cuộc gọi)

6 hủy cuộc gọi

Hình 13 Quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối của SIP

2.3 So sánh với H.323

SIP đơn giản hơn nhiều so với H.323 Để hoạt động, H.323 phải sử dụng cácgiao thức khác nhau như : RTP/RTCP - Giao vận số liệu, H.225.0 và Q.931 - để báohiệu và thiết lập cuộc gọi, H.245 - để dàn xếp dạng đầu cuối Trong khi đó SIP dođược thiết kết theo mô hình Client/Server sử dụng các bản tin dạng văn bản, nên thủtục xử lý truyền tin đa dịch vụ đơn giản và sáng sủa hơn nhiều so với H.323 Tậpbản tin của SIP chỉ bao gồm 6 loại : INVITE, ACK, CANCEL, BYE, REGISTER

và OPTIONS nghĩa là ít hơn rất nhiều so với H.323 Như vậy để hỗ trợ cho việcthiết lập một cuộc gọi, SIP chỉ cần 2 trao đổi (Trường hợp UAC đã đăng ký vớiUAS), đối với H.323 ít nhất là 8 trao đổi Tuy nhiên cấu trúc các bản tin của SIP lạiquá phức tạp so với H.323, vì thế để thực hiện được một trao đổi SIP các UAC và

UAS phải có sự sắp xếp và khởi tạo các bản tin trước khi gửi đi, đối với H.323 khinhận được tín hiệu yêu cầu là gần như nó có tín hiệu trả lời ngay lập tức Nói chung

hạ tầng H.323 có thể đáp ứng các yêu cầu bảo đảm chất lượng dịch vụ của ứng dụngthời thực tốt hơn so với SIP Tuy nhiên nếu các ứng dụng loại này có những thuậttoán tìm đường và mô phỏng lưu lượng tối ưu thì SIP có vẻ như chiếm ưu thế hơnH.323

Về báo hiệu: cả H.323 và SIP đều hỗ trợ các chức năng điều khiển và quản

lý thiết lập kết nối, như : khởi tạo kết nối (call set-up), giữ kết nối (call hold),chuyển kết nối (call transfer), chờ thực hiện kết nối (call waiting),

Hỗ trợ QoS: H.323 quy định chi tiết các chức năng điều khiển và quản trị

băng thông cho gatekeeper, bao gồm chuyển đổi địa chỉ, điều khiển truy nhập vàquản trị băng thông Thực chất đây chính là các chức năng hỗ trợ cho đảm bảo QoS.Trong khi SIP không định nghĩa bất cứ một chức năng hỗ trợ đảm bảo QoS nào

Phát hiện và khắc phục lỗi: Cả H.323 lẫn SIP đều cung cấp cơ chế phát

hiện và khắc phục lỗi H.323 sử dụng các timer khác nhau để giám sát việc phátnhận các thông báo điều khiển thiết lập kết nối, trước khi thực hiện việc phát lại.Chỉ sau một số lần phát lại được qui định mà vẫn không nhận đúng thông báo trảlời, kết nối TCP mới được sử dụng Đối với SIP qui định thực thể UA tự động phátlại sau mỗi 0,5s cho đến khi nhận được thông báo trả lời “ứng xử đúng”; thực thể

NS tự động phát lại thông báo “trạng thái cuối cùng OK” cho đến khi nhận đượcthông báo trả lời ACK

CHƯƠNG 3 MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 3.1 Sự hình thành mạng NGN

Sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu dịch vụ ngày trởnên phức tạp từ phía khách hàng đã kích thích sự phát triển nhanh chóng của thịtrường công nghệ Điện tử – Tin học – Viễn thông Tuy nhiên, các công nghệ cơbản liên quan đến các tổng đài chuyển mạch kênh hiện nay đã phát triển quá chậm

so với tốc độ thay đổi và tốc độ chấp nhận liên quan đến công nghiệp máy tính.Chuyển mạch kênh là các phần tử có độ tin cậy cao trong kiến trúc PSTN Tuynhiên, chúng không bao giờ là tối ưu đối với chuyển mạch gói Khi lưu lượng củamạng ngày càng trở nên phong phú và đa dạng thì hiển nhiên phải có một côngnghệ, giải pháp mới cho thiết kế chuyển mạch của mạng tương lai, đó là xét về mặt

kỹ thuật Còn khi xem xét ở khía cạnh kinh doanh thu lợi nhuận thì :

 Các Giải pháp mới sẽ mang lại những dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng

 Do thời gian phát triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng cácmạng chuyển mạch gói thấp hơn nhiều so với chuyển mạch kênh, nên cácnhà điều hành mạng ngày nay tập trung chú ý đến công nghệ chuyển mạchgói IP

Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng quaInternet, thì cần phải có một giải pháp mới, đặt trọng tâm vào dữ liệu, cho việc thiết

kế chuyển mạch của tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại

và dữ liệu Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắnghướng tới việc xây dựng một mạng thế hệ mới Next Generation Network - NGNtrên đó hội tụ các dịch vụ thoại, số liệu, đa phương tiện trên một mạng duy nhất - sửdụng công nghệ chuyển mạch gói trên mạng xương sống (Backbone Network) Đây

là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏigiá thành thấp Và đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ làmạng phục vụ truyền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lạingày càng nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khehơn từ phía khách hàng

Mạng thế hệ mới NGN không phải là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ

mà nó là một bước phát triển, một xu hướng tất yếu Hạ tầng cơ sở mạng của thế kỷ

20 không thể được thay thế trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thíchtốt với môi trường mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN

 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất.

 Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càngtăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

3.3 Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quyết

 Vấn đề báo hiệu và điều khiển trên nhiều loại giao thức khác nhau cho hội tụthông tin thoại, fax, số liệu, đa phương tiện

 Vấn đề kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện hữu, đặc biệt là kết nốiphần báo hiệu (mạng SS7)

 Vấn đề phát triển dịch vụ

Giải pháp cốt lõi trong mạng NGN chính là công nghệ Softswitch- công nghệchuyển mạch mềm

Hình 14 : Topo mạng NGN

3.4 Công nghệ chuyển mạch mềm – Softswitch

3.4.1 Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh

Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rấtnhiều mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạchkênh sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time DivisionMultiplex ) đã phát triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạnglưới Mạng PSTN ngày nay nói chung đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoạicủa khách hàng Tuy nhiên trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn

đề chưa được giải quyết một cách thực sự thoả đáng, chưa nói đến những dịch vụmới khác

Hiện nay, tất cả các dịch vụ thoại nội hạt đều được cung cấp thông qua cáctổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh, đơn giản bởi vì chẳng có giảipháp nào khác Chính điều này là cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởinhững nguyên nhân chính sau đây:

 Giá thành chuyển mạch của tổng đài nội hạt

 Không có sự phân biệt dịch vụ

 Giới hạn trong phát triển mạng

Hình 15 : Cấu trúc mạng và báo hiệu PSTN

3.4.2 Định nghĩa chuyển mạch mềm (Softswitch)

Chuyển mạch mềm có thể được định nghĩa như là tập hợp các sản phẩm,giao thức, và các ứng dụng cho phép bất kỳ thiết bị nào truy cập các dịch vụ truyềnthông qua mạng xây dựng trên nền công nghệ chuyển mạch gói IP Những dịch vụ

đó bao gồm thoại, fax, video, dữ liệu và các dịch vụ mới có thể được phát triểntrong tương lai Những thiết bị đầu cuối truy nhập bao gồm điện thoại truyền thống,điện thoại IP, máy tính, PDAs, máy nhắn tin (pager) Một sản phẩm Softswitch cóthể bao gồm một hoặc nhiều phần chức năng, các chức năng có thể cùng nằm trênmột hệ thống hoặc phân tán trên những hệ thống thiết bị khác nhau

Softswitch nhìn trung cung cấp các chức năng giống như các chức năng của

hệ thống chuyển mạch kênh, nó chỉ khác là được thiết kế cho mạng chuyển mạchgói và có khả năng liên kết với mạng PSTN Các tính chất khác biệt của một hệthống chuyển mạch mềm bao gồm:

 Là hệ thống có khả năng lập trình để xử lý cuộc gọi và hỗ trợ các giao thứccủa mạng PSTN, ATM, và IP.

 Hoạt động trên nền các máy tính và các hệ điều hành thương mại

 Điều khiển các Gateway trung kế ngoài (External Trunking Gateway),Gateway truy nhập(Access Gateway) và các Server truy nhập từ xaRAS(Remote Access Server)

 Nó tái sử dụng các dịch vụ IN thông qua giao diện danh bạ mở, mềm dẻo

 Cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng mở API cho các nhμ phát triểnthứ 3 nhằm tạo ra các dịch vụ thế hệ sau

 Nó có chức năng lập trình cho các hệ thống Back office

 Có hệ thống quản lý tiên tiến trên cơ sở máy chủ (policy-Server-based) chotất các module phần mềm

Một đặc điểm nữa của Softswitch là Softswitch không phải làm nhiệm vụcung cấp kênh kết nối như tổng đài vì liên kết thông tin đã được cơ sở hạ tầng mạngNGN thực hiện theo các công nghệ chuyển mạch gói Tức là công nghệ Chuyểnmạch mềm không thực hiện bất cứ “chuyển mạch” gì Tất cả các công việc củaSoftswitch được thực hiện với một hệ thống các mô đun phần mềm điều khiển vàgiao tiếp với các phần khác của mạng NGN, chạy trên một hệ thống máy chủ cóhiệu năng, độ tin cậy và độ sẵn sàng ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ (Carrier -Class)

3.4.3 Những lợi ích của Softswitch

Mạng thế hệ sau có khả năng cho ra đời những dịch vụ giá trị gia tăng hoàntoàn mới hội tụ ứng dụng thoại, số liệu và video Các dịch vụ này hứa hẹn đem lạidoanh thu cao hơn nhiều so với các dịch vụ truyền thống

Do các dịch vụ của NGN được viết trên các phần mềm Do đó việc triểnkhai, nâng cấp, cũng như việc cung cấp các dịch vụ mới cũng trở nên dễ dàng

Khả năng thu hút khách hàng của mạng NGN rất cao, từ sự tiện dụng hội tụ

cả thoại dữ liệu, video đến hàng loạt các dịch vụ khác mà nhà cung cấp dịch vụ cóthể cung cấp cho khách hàng, thêm nữa họ có khả năng kiểm soát các dịch vụ thôngtin của mình điều này làm cho khách hàng luôn luôn thoả mãn và lệ thuộc hơn vàonhà cung cấp dịch vụ, cơ hội kinh doanh của như cung cấp sẽ lớn hơn, và ổn địnhhơn

Giảm chi phí xây dựng mạng: Khi xây dựng một mạng hoàn toàn mới cũngnhư mở rộng mạng có sẵn , thì mạng chuyển mạch mềm có chỉ phí ít tốn kém hơnnhiều so với mạng chuyển mạch kênh Điều này làm cho trở ngại khi tham gia thị

trường của những nhà khai thác dịch vụ mới không còn lớn như trước nữa Hiệnnay, sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ chính là những dịch vụ gì mà họ

có thể cung cấp cho khách hàng, và độ hài lòng của khách hàng khi sử dụng nhữngdịch vụ đó, nên hầu hết các nhà khai thác đều tập trung đầu tư vào việc viết phầnmềm phát triển dịch vụ

Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng và quản lý mạng hiệu quả hơn Softswitchkhông còn các tổng đài lớn tập trung, tiêu tốn năng lượng và nhân lực điều hành,chuyển mạch giờ đây sẽ là các máy chủ đặt phân tán trong mạng, được điều khiểnbởi các giao diện thân thiện người sử dụng (GUI) do đó chi phí điều hành và hoạtđộng của mạng được giảm đáng kể

Sử dụng băng thông có hiệu quả hơn: Do mạng truyền vận của NGN là mạngchuyển mạch gói cho nên với cùng một cơ sở hạ tầng truyền dẫn thì hiệu suất sửdụng băng thông của nó cao hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh Thêm nữa,theo như thống kê đối với thoại thì 60% thời gian cuộc gọi là khoảng lặng, mạng thế

hệ mới có cơ chế triệt khoảng lặng nên làm tăng hiệu suất sử dụng băng thông mộtmức đáng kể Dưới đây là một số so sánh giữa công nghệ Chuyển mạch mềm vàTổng đài chuyển mạch kênh

So sánh Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch mềm

Hình 16 So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm

3.5 Kiến trúc của mạng NGN

Xét về kiến trúc NGN có thể được chia làm 4 lớp chức năng sau:

Hình 17 : Kiến trúc NGN

3.5.1 Lớp truyền tải

Chức năng cơ bản của lớp truyền tải là xử lý, chuyển vận gói tin Lớp nàybao gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuyến, chuyển gói tin dưới sựđiều khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and SignalingPlane) Lớp truyền tải được phân chia làm ba miền con:

Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP

Miền này bao gồm:

 Mạng truyền dẫn backbone

 Các thiết bị mạng như : Router, Switch

 Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS

Miền liên kết mạng

Miền liên kết mạng với nhiệm vụ chính nhận các dữ liệu đến, chuyển đổikhuôn dạng dữ liệu cho phù hợp để thông tin có thể truyền thông một cách trongsuốt trên toàn bộ mạng Trong miền này là tập hợp các Gateway như SignalingGateway, Media Gateway, trong đó, Signaling Gateway thực hiện chức năng cầunối giữa mạng PSTN và mạng IP và tiến hành phiên dịch thông tin báo hiệu giữahai mạng này Media Gateway thực hiện quá trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệugiữa các môi trường truyền thông khác nhau

Miền truy nhập không dựa trên giao thức IP

Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối chothiết bị đầu cuối thuê bao cung cấp các dịch vụ nh− POTS, IP, VoIP, ATM FR,xDSL, X25, IP-VPN

3.5.2 Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi

Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và

xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối toend) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào Thực thi quá trình giám sát các kếtnối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thành phần của lớptruyền tải -Transport Plane Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản chất cónghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi thôngqua các bản tin báo hiệu Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao vớilớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane Các chức năng này sẽđược thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller ( hay CallAgent hay Call Controller ), các SIP Server hay Gatekeeper

(end-3.5.3 Lớp ứng dụng và dịch vụ

Lớp ứng dụng và dịch vụ là lớp cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như mạngthông minh IN - Intelligent Networks, các dịch vụ giá trị gia tăng Lớp này liênkết với lớp điều khiển và báo hiệu thông qua các giao diện lập trình mở API –Application Programing Interface Cũng chính nhờ đó mà việc cập nhật, tạo mới vàtriển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả Trênlớp này sử dụng các thiết bị như Application Server, Feature Server Lớp này cũng

có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, mộtthiết bị được biết đến với tập các chức năng như conferencing, IVR, xử lý tone

3.5.4 Lớp quản lý

Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát cácdịch vụ và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác Nó có thể tươngtác với bất kỳ hoặc cả ba lớp còn lại thông qua các chuẩn công nghiệp ví dụ nhưSNMP hoặc các chuẩn riêng và các APIs – giao diện lập trình mở Dựa vào mô hìnhmạng NGN ở trên, Chuyển mạch mềm Softswitch phải thực hiện các chức năngsau :

Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lí và điềukhiển các loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báohiệu từ H323, SIP đến MGCP/MEGACO