Nghiên cứu một số đặc điểm công nghệ và chất lượng thoại VOIP

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮTACF Admission Confirmation Xác định yêu cầu truy nhập ACR Absolute Category Rating Tỉ lệ tuyệt đối AF PHB Assured Forward PHB Chuyển tiếp đảm bảo PHB AT

MỤC LỤC

Lời cam đoan 2

MụC LụC 3

Danh Mục các kí hiệu, chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng 9

danh mục các hình vẽ 10

Mở đầu 12

Ch-ơng 1: Tổng quan về mạng IP 15

1.1 PSTN, mạng chuyển mạch gói và Internet 15

1.2 Các loại mạng IP 16

1.3 Giao thức liên mạng (IP- Internet Protocol) 17

1.3.1 Phần tiêu đề gói IP 17

1.3.2 Địa chỉ IP 19

1.3.3 Các giao thức định tuyến (routing protocols) 19

1.3.4 Các cơ chế truyền tải 20

Ch-ơng 2: Công nghệ Thoại VoIP 21

2.1 Khái niệm VoIP 21

2.1.1 Giới thiệu công nghệ VoIP 21

2.1.2 Lợi ích của VoIP 25

2.1.3 Những thách thức cho VoIP 26

2.1.4 Mô hình phân lớp chức năng 27

2.2 Mô hình mạng và ứng dụng 28

2.2.1 Các phần mềm VoIP 28

2.2.2 Mô hình dịch vụ VoIP quy mô nhà cung cấp dịch vụ 28

2.2.3 Các ứng dụng 33

2.3 Xử lí tín hiệu thoại thời gian thực 34

2.3.1 Mã hoá 34

2.3.2 Đóng gói tín hiệu thoại - Bộ giao thức RTP/RTCP 39

2.3.3 Quá trình xử lí tín hiệu thoại trong media gateway 39

2.4 Các giao thức báo hiệu trong VoIP 42

2.4.1 Báo hiệu theo chuẩn H.323 - Nền tảng cho dịch vụ VoIP 42

2.4.2 Thiết lập cuộc gọi VoIP theo giao thức SIP 51

2.4.3 Mô hình báo hiệu theo giao thức SGCP/MGCP 57

2.4.4 Nhận xét 60

2.4.5 Kết luận 60

Ch-ơng 3: chất l-ợng và đảm bảo chất l-ợng dịch vụ Trong VOIP (QoS) 61

3.1 Đảm bảo chất l-ợng dịch vụ trong mạng IP (IP QoS) 61

3.1.1 Giới thiệu về QoS 61

3.1.2 Các thành phần thực hiện QoS 64

3.2 Những yêu cầu đảm bảo chất l-ợng dịch vụ trong mạng VoIP (VoIP QoS requirements) 68

3.2.1 Hiện t-ợng trễ (Delay/Latency) 68

3.2.2 Hiện t-ợng tr-ợt (Jitter) 74

3.2.3 Nén thoại (Voice Compression) 76

3.2.4 Mất gói (Lost Packet) 77

3.2.5 Tiếng vọng (Echo) 78

3.3 Các kĩ thuật và công nghệ đảm bảo chất l-ợng cho mạng VoIP 79

3.3.1 Các cơ chế phân loại l-u l-ợng 80

3.3.2 Các công cụ quản lí tắc nghẽn (Congestion Management) 83

3.3.3 Định hình và giám sát l-u l-ợng (Traffic Shaping and Policing) 92

3.3.4 Các dịch vụ h-ớng tới QoS của IP 94

3.3.5 Kết luận 97

3.4 Các cấu trúc hỗ trợ chất l-ợng dịch vụ (QOS) trong mạng IP 98

3.4.1 Dịch vụ tích hợp 98

3.4.2 Dịch vụ phân biệt DiffServ 113

3.4.3 Tích hợp cấu trúc intserv và diffserv 123

3.4.4 Khuyến nghị triển khai QoS trên mạng IP 142

3.4.5 Kết luận 142

3.4.6 Xây dựng mô hình cấu trúc QoS từ đầu cuối tới đầu cuối trong mạng IP của công ty VITC 143

3.4.7 Định h-ớng mạng NGN trong t-ơng lai 147

Kết luận 150

Tài liệu tham khảo 152

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ACF Admission Confirmation Xác định yêu cầu truy nhập

ACR Absolute Category Rating Tỉ lệ tuyệt đối

AF PHB Assured Forward PHB Chuyển tiếp đảm bảo PHB

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng bộ

BAS Bit rate Allocation Signal Tín hiệu phân chia tốc độ bit

BCF Bandwidth Change Confirmation Công nhận thay đổi độ rộng băng tần BRJ Bandwidth Change Reject Từ chối thay đổi độ rộng băng tần BRQ Bandwidth Change Request Yêu cầu thay đổi băng tần

CAC Call Admission Control Điều khiển chấp nhận cuộc gọi CBQ Class - based Queing Hàng đợi theo loại dịch vụ

DS Differentiated Services Các dịch vụ phân biệt

DSCP Differentiated Services Code

Point

Điểm mã dịch vụ phân biệt

DID Direct Inward Dialling Quay số nội bộ trực tiếp

DRQ DiseBìnhge Request Yêu cầu giải phóng

DTMF Dial Tone Multi Frequency Quay số đa tần

ECS Encryption Control Signal Tín hiệu điều khiển mã hóa bảo mật

EF PHB Expedited Forward PHB Chuyển tiếp tiến hành PHB

FIFO Fist In Fist Out Vào trước ra trước

FSI Flow State Information Thông tin trạng thái Luồng

FAS Frame Alignment Signal Tín hiệu đồng bộ khung

GCF Gatekeeper Confirmation Xác nhận Gatekeeper

GRQ Gatekeeper Request Yêu cầu Gatekeeper

GSTN Internet Assigned Talephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch kênh

IMTC International Multimedia Hiệp hội các nhà Multimedia quốc tế

Teleconferecing Consortium

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm nghiên cứu chuẩn kỹ thuạt cho

Internet IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4

IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6

ITU International Telecoms Union Liên minh Viễn thông Quốc tế

IPX Internetwork Protocol Exchange Chuyển đổi giao thức Internetwork IRQ Information Request Yêu cầu thông tin

IRR Information Request Response Đáp ứng yêu cầu thông tin

LCF Location Confirmation Công nhận cấp phát

LCN Logical Channel Number Số kênh logic

LSI Link State Information Thông tin trạng thái Liên kết

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm

MCS Multipoint Communications

System

Hệ thống liên lạc đa điểm

MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm

MP Multipoint processor Bộ xử lí điều khiển đa điểm

MPLS MultiPotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn Đa giao thức

MSN Multiple Subscriber Number Số chung cho nhiều thuê bao

MVIP Multivendor Intergration Protocol Giao thức giao dịch giữa các nhà đầu tư NACK Negative Acknowledge

NIC Network Interface Card Card giao diện mạng

NGN Next Generation Network Mạng Thế hệ sau

OPWA One Pass With Advertising Thông tin về đặc tính giữ trước tài

nguyên của nút PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm

QCS QoS Customer Server Máy chủ QoS khách hàng

QoS Quality of Service Chất lượng Dịch vụ

RCF Registration Confirmation Công nhận đăng kí

RRJ Registration Reject Từ chối đăng kí

RRQ Registration Request Yêu cầu đăng kí

RSVP Resource Revervation Set up

Protocol

Giao thức giữ trước Tài nguyên

RSVP-E2E

RSVP for end-to-end-per-flow RSVP cho từng luồng lưu lượng từ đầu

cuối tới đầu cuối RTCP Real time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực RTP Real-Time Transport Protocol Giao thực truyền dẫn thời gian thực RED Random Early Detection Phát hiện sớm, bỏ gói tin ngẫu nhiên RFC Request For Comment Yêu cầu cho ý kiến

RPI Routing Path Information Thông tin Đường định tuyến

Rspec Reservation Specificaiton Đặc tính giữ trước tài nguyên

SACP Simple Network Management

Protocol

Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản

SBE Single Byte Extension Byte mở rộng

SBM Subnet bandwidth Manager Quản lí dải tần

SCM Selected Communications Mode Lựa chọn phương thức giao tiếp

SCN Switched Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh

SNMP Simple Network Management

Protocol

Giao thức Quản lí Mạng đơn giản

SLA Service Level Agreement Bản thoả thuận chất lượng dịch vụ SCSA Signal Computing System

Architecture

Cấu trúc hệ thống

SPX Sequential Protocol Exchange Trao đổi giao thức thường xuyên/theo

dãy TCA Traffic Condition Agreement Thoả thuận tình trạng lưu lượng

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

Tspec Traffic Specification Đặc tính lưu lượng

UCF Unregister Confirmation Công nhận không đăng kí

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu gói người dùng URJ Unregister Reject Từ chối không đăng kí

URQ Unregister Request Yêu cầu không đăng kí

xDSL ADSL, VDSL and other Digital

Subcriber Line Techniques

MSDSE Master Slave Detemination

Signalling Entity

Phần tử báo hiệu xác định Master/Slave

CESE Capability Exchange Signalling

Entity

Báo hiệu khả năng trao đổi

LCSE Logical Channel Signalling Entity Báo hiệu kênh logic

B-LCSE Bidirectional-Logical

Channel Signalling Entity

Báo hiệu kệnh logic hai chiều CLCSE Close Logical Channel Signalling Phần tử báo hiệu đóng kênh logic

Entity

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WFQ Weight Fair Queuing Hàng đợi theo trọng số

WRED Weighted RED Phát hiện, bỏ gói tin theo trọng số

Bảng 3.8 So sánh IntServ và DiffServ 108

Bảng 3.10 Tải xử lí (theo đơn vị xử lí) của mỗi bản tin nhận được 122

Hình 2.2 Các Terminal của mạng IP có thể giao tiếp với các Telephone trong

mạng SCN thông qua Gateway

22

Hình 2.7 Cấu trúc media gateway và quá trình xử lí cuộc gọi 37 Hình 2.8 Chồng giao thức H.323 (H.323 Protocol stack) 38

Hình 3.8 Trễ từ đầu cuối tới đầu cuối (end to end) 65

Hình 3.11 Phát lại gói cuối cùng thay thế gói bị mất 69

Hình 3.12. IP Precedence 73

Hình 3.18 Cơ chế CBWFQ quy định thông lượng cụ thể cho từng lớp 82

Hình 3.22 RSVP gầu thẻ hoạt động kết hợp với chỉnh sửa tốc độ đỉnh 92 Hình 3.23 Phân loại bản tin cho luồng lưu lượng tuân thủ và các gói tin BE 92

Hình 3.25 Tỉ lệ tổn thất của luồng dữ liệu cố gắng tối đa với luồng dữ liệu 99 Hình 3.26 Tỉ lệ tổn thất gói của luồng dữ liệu giứ trước tài nguyên so với luồng

dữ liệu BE trong mạng WAN

100

Hình 3.38 Kết quả so sánh về dung lượng chiếm bộ nhớ của mô hình mạng

tích hợp cho hai cách tiếp cận hoàn toàn RSVP và DiffServ-ACS

119

Hình 3.39 Kết quả so sánh về dung lượng bộ nhớ chiếm cho mỗi dòng dữ liệu

của mô hình cho hai cách tiếp cận, với d=2 và d=3

mà vẫn tận dụng được những thành tựu cũ đó là việc truyền tín hiệu thoại trên giao thức Internet (Voice over Internet Protocol) Công nghệ truyền thoại trên IP đã thay thế việc truyền thoại qua mạng chuyển mạch kênh bằng chuyển mạch gói mà vẫn duy trì được cơ sở hạ tầng mạng vốn có do đó đem lại nhiều ưu điểm

Đi đôi với sự phát triển liên tục và nhanh chóng của thị trường băng thông rộng toàn cầu, điện thoại VoIP (điện thoại băng thông rộng) dựa trên kĩ thuật VoIP trở thành dịch vụ nóng hổi toàn cầu Xu thế phát triển trên toàn cầu cho thấy sự phát triển VoIP là tất yếu và chắc chắn sẽ đem lại rất nhiều áp lực đối với các nhà khai thác dịch vụ viễn thông truyền thống Sự chuyển dịch lưu lượng mạng kinh doanh vào các mạng IP công cộng bao gồm các mạng riêng ảo (VPNS) đã đem lại nhiều lợi ích cho các khách hàng kinh doanh như giảm các chi phí, độ phức tạp trong công tác điều hành và các rủi ro về đầu tư Triển khai dịch vụ thoại dựa trên công nghệ IP là một cơ hội lớn cho các nhà cung cấp dịch vụ trong những năm gần đây Yêu cầu chính để thu hút các khách hàng kinh doanh là đưa ra các dịch vụ có cam kết QoS

Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thành phần quan trọng của các mạng

gói đa dịch vụ Với sự bùng nổ của Internet, tầm quan trọng của việc đảm bảo QoS ngày càng tăng Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ

luôn là vấn đề đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông Mỗi loại hình dịch vụ sẽ quan tâm đến QoS ở những khía cạnh khác nhau Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này Hướng tiếp cận QoS theo

mô hình Intserv - Diffserv rất phù hợp với các mạng gói IP do đó nó là sự lựa chọn tốt cho mạng NGN

Công nghệ IP và các ứng dụng của nó đã có những bước phát triển đột phá trên phạm vi toàn thế giới Nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Hơn nữa, xu hướng tích hợp mạng theo hướng NGN trên thế giới và theo đó là định hướng phát triển viễn thông của Việt Nam tới năm 2010 là tiến tới xây dựng một mạng tích hợp băng rộng cung cấp đa dịch vụ đặt ra nhiều vấn đề trong đó có vấn đề hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS Hiện tại, giới khoa học và các tổ chức IETF, ITU, RFC đang tập trung nghiên cứu phát triển các cấu trúc, giao thức và công nghệ mới theo hướng ấn định và tối ưu hoá các

tài nguyên mạng như IntServ và MPLS nhằm nâng cao khả năng hỗ trợ chất lượng

dịch vụ (QoS) cho các mạng hiện có để đáp ứng yêu cầu người sử dụng, tiến tới toàn mạng IP hóa, loại bỏ mạng kênh

Trên thế giới, mạng VoIP đã được nghiên cứu và khai thác từ những năm

1970 Ngay từ lúc mới ra đời mạng thoại IP đã chứng tỏ một tiềm năng phát triển lâu dài và bền vững Đến năm 1998, VoIP đã bắt đầu được khai thác và phát triển ở Việt Nam Chỉ trong một thời gian ngắn, công nghệ VoIP đã phát triển với tốc độ chưa từng có ở Việt Nam và đã chứng tỏ ưu thế của mình so với các công nghệ tương tự khác Điều đó cho thấy việc đi sâu nghiên cứu mạng VoIP là một điều hết sức cần thiết Cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này

Có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như: “Chất lượng cuộc gọi trên mạng

VoIP - Những vấn đề cần quan tâm”, tác giả: Lê Quốc Hùng, Đào Nguyên Trung,

tạp chí Bưu chính viễn thông, (8/ 2001) Hay như công trình: “Nâng cao chất

lượng dịch vụ VoIP”, tác giả: Đàm Thuận Trinh, Trịnh Quang Khải, tạp chí Bưu

chính viễn thông, (9/ 2001) Và mới đây là công trình: “Đo kiểm chất lượng thoại

VoIP trên hạ tầng NGN”, tác giả: Trần Đại Dũng, tạp chí Bưu chính viễn thông,

(4/2004) Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu một cách tỉ mỉ, sâu sắc về đặc điểm, tiềm năng phát triển của VoIP nói chung và chất lượng thoại VoIP nói riêng - một trong những yếu tố quyết định sự thành công của VoIP

Từ trên, chúng tôi quyết định đi sâu, tìm hiểu những đặc điểm kĩ thuật, phân tích, đánh giá và nâng cao chất lượng cho mạng thoại IP, từ đó đưa vào khai thác và ứng dụng hệ thống VoIP một cách hiệu quả nhất Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài:

“Nghiên cứu một số đặc điểm công nghệ và chất lượng thoại VoIP”

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Hệ thống mạng VoIP quốc tế và Việt Nam là đối tượng và phạm vi nghiên cứu trong luận văn này

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện đề tài này, chúng tôi đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu chuyên ngành như: Phân tích, thống kê và thực nghiệm đồng thời áp dụng các thuật toán để tính toán số liệu hoá

4 KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

Giới thiệu khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP

Chương 2: CÔNG NGHỆ THOẠI VOIP

Nghiên cứu một số đặc điểm công nghệ VoIP, các hình thức truyền thoại qua VoIP, mô hình của mạng VoIP Đi sâu nghiên cứu các giao thức chính trong mạng VoIP như TCP/IP, UDP, RTP, RTCP, SRVP, SGCP, MGCP,… đặc biệt là nghiên cứu về chuẩn giao thức H.323 và SIP là nền tảng cho dịch vụ VoIP

Chương 3: CHẤT LƯỢNG VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG VOIP (QOS)

Nghiên cứu các yếu tố chính có ảnh hưởng tới mạng VoIP và các kĩ thuật, công nghệ đảm bảo QoS cho mạng VoIP như quản lí tắc nghẽn, quản lí lưu lượng, phân mảnh các gói tin, báo hiệu,…

Đi sâu nghiên cứu, phân tích các cấu trúc hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng IP, các mô hình dịch vụ tích hợp IntServ và Dịch vụ phân biệt DiffServ, các cấu trúc hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) và những lợi thế của mô hình dịch vụ tích hợp RSVP

- Diffserv đối với kiến trúc IP và triển khai phương pháp này trên mạng Internet Trên cơ

sở phân tích, tính toán và đánh giá, chúng tôi đưa ra các khuyến nghị triển khai QoS trên mạng IP, là tiền đề cho sự phát triển của mạng thế hệ mới NGN

Đây là phần trọng tâm của luận văn

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

Mạng IP ở đây là các mạng dữ liệu sử dụng bộ giao thức TCP/IP cho các chức năng tầng giao vận (Transport Layer) và tầng mạng (Network Layer) Còn giao thức các tầng thấp hơn (các giao thức truy cập mạng: Network Access Protocols) có thể là giao thức trong mạng LAN, X.25, Frame Relay, ATM, hay PPP, Bởi vậy so với mạng chuyển mạch kênh thông thường, điện thoại IP có nhiều khác biệt

1.1 PSTN, MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI VÀ INTERNET

Mạng điện thoại công cộng (Public Switched Telephone Network - PSTN)

là mạng truyền thông dựa trên nền tảng kĩ thuật chuyển mạch kênh (Circuit

Switching) Chuyển mạch kênh là phương pháp truyền thông trong đó một kênh

truyền dẫn dành riêng được thiết lập giữa hai thiết bị đầu cuối thông qua một hay

nhiều nút chuyển mạch trung gian Dòng thông tin truyền trên kênh này là dòng bit

truyền liên tục theo thời gian Băng thông của kênh dành riêng được đảm bảo và cố

định trong quá trình liên lạc (64Kbps đối với mạng điện thoại PSTN), và độ trễ

thông tin là rất nhỏ chỉ cỡ thời gian truyền thông tin trên kênh (propagation time)

Khác với mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói (Packet

Switching Network) sử dụng hệ thống lưu trữ rồi truyền (store-and-forward

system) tại các nút mạng Thông tin được chia thành các phần nhỏ (gọi là gói), mỗi

gói được thêm các thông tin điều khiển cần thiết cho quá trình truyền như là địa chỉ

nơi gửi, địa chỉ nơi nhận, Các gói thông tin đến nút mạng được xử lí và lưu trữ

trong một thời gian nhất định rồi mới được truyền đến nút tiếp theo sao cho việc sử dụng kênh có hiệu quả cao nhất Trong mạng chuyển mạch gói không có kênh dành riêng nào được thiết lập, băng thông của kênh logic giữa hai thiết bị đầu cuối thường không cố định, và độ trễ thông tin lớn hơn mạng chuyển mạch kênh rất nhiều Điểm khác biệt lớn nhất là băng thông chỉ bị chiếm khi thực sự có thông tin cần được truyền đi, trong khi trong mạng PSTN kênh dành riêng luôn được duy trì ngay cả khi không có trao đổi thông tin

Khi các mạng số liệu trên thế giới được liên kết lại, một mạng số liệu lớn

được thiết lập, đó là Internet Giao thức liên mạng sử dụng trong internet là giao

thức IP (Internet Protocol) Cũng giống như mạng điện thoại PSTN, mạng Internet

có quy mô toàn cầu, phù hợp cho việc khai thác và phát triển các dịch vụ viễn thông trên thế giới Tuy nhiên, giữa chúng có sự khác biệt sâu sắc về mặt kĩ thuật:

 Kĩ thuật chuyển mạch: Mạng Internet sử dụng phương pháp định

tuyến động (dynamic routing) dựa trên việc đánh địa chỉ không mang tính địa lí (non-geographic addressing) Ngược lại mạng PSTN, sử dụng phương pháp chuyển mạch tĩnh (static switching) dựa trên số điện thoại phụ thuộc vị trí của thuê bao (geographic telephone numbering)

 Kiến trúc mạng: Kiến trúc của Internet là phân tán Sự “thông minh”

của Internet phân bố trên toàn bộ mạng Các ứng dụng cung cấp dịch vụ cho mạng

là các phần mềm hướng máy khách (client-oriented software) và được bố trí khắp nơi trên mạng Trong khi đó mạng PSTN tập trung các phương tiện truyền dẫn và các chương trình điều khiển lại với nhau tại một vài trung tâm trong mạng

Kiến trúc phân tán của Internet có một ý nghĩa hết sức quan trọng Nó tạo cho Internet tính linh hoạt trong triển khai và ứng dụng các công nghệ mới Điều này giải thích cho sự phát triển mạng mẽ của Internet trong một vài năm gần đây

1.2 CÁC LOẠI MẠNG IP

Sự phát triển nhanh chóng của Internet kéo theo việc mở rộng phạm vi ứng dụng của giao thức TCP/ IP hình thành lên các loại mạng IP như sau: mạng Internet toàn cầu, mạng IP trong các tổ chức và doanh nghiệp còn gọi là mạng intranet, mạng riêng ảo dùng giao thức IP (IP VPN) Một số mạng IP bao gồm cả ba loại mạng trên Ví dụ trong một doanh nghiệp có một số mạng LAN chạy giao thức IP trên các công nghệ như Ethernet, TokenRing, FDDI, ở các chi nhánh khác nhau Mỗi địa điểm ở xa sẽ có các router kết nối với mạng WAN dùng IP VPN Mạng này có cổng nối ra Internet, coi như một phần của mạng Internet toàn cầu

Các mạng intranet là những mạng IP được quản lí (managed IP network) nghĩa là việc truyền dữ liệu được thực hiện mau lẹ với độ trễ thấp và độ tin cậy cao bởi vì hoạt động của doanh nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào việc giao nhận dữ liệu kịp thời Nó tương phản với mạng Internet trong đó độ trễ lớn và thời điểm dữ liệu đến không thể dự doán trước được

Các công ty và tổ chức lớn, nhiều chi nhánh, có xu hướng tiến hành xây dựng mạng riêng nhưng giá thành sẽ là quá cao Một giải pháp kinh tế hơn là xây dựng mạng riêng ảo trên nền tảng mạng Internet công cộng chạy giao thức IP Do

đó, IP VPN là một dịch vụ mới, dự định cung cấp cho các doanh nghiệp một loại mạng IP có chất lượng tương đương với Intranet Trong các mạng IP VPN có sự đảm bảo về độ trễ thấp, về băng thông cũng như các tính năng bảo mật để “bắt chước” các đặc điểm của mạng Intranet Những sự đảm bảo này tạo nên một tính

năng gọi là “đảm bảo chất lượng dịch vụ” (QoS) QoS là sự khác nhau cơ bản chủ yếu giữa IP VPN, Intranet và Internet công cộng

1.3 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP- INTERNET PROTOCOL)

TCP/IP là một bộ giao thức trong đó IP là giao thức chủ chốt cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền thông tin Vai trò của IP tương tự như lớp mạng trong mô hình OSI minh hoạ ở hình 1.1

Hai nhiệm vụ chính của IP là phân phát gói theo kiểu không liên kết (connectionless) và phân mảnh hoặc tái tạo các gói (datagram) để phù hợp với kích thước MTU của tầng liên kết dữ liệu ở dưới Nó thích ứng với mọi loại giao thức ở hai tầng dưới, vì thế giao thức IP có tính phổ biến rộng khắp

Việc truyền thông tin trong mạng IP tồn tại dưới ba hình thức: Unicast, multicast và broadcast

1.3.1 Phần tiêu đề gói IP

Vers: Định nghĩa phiên bản của IP hiện thời là IPv4 trên mạng Phiên bản

sau là Ipv6

Length: Chiều dài của phần tiêu đề gói IP tính theo đơn vị 32bit

Service of Type (ToS): Kiểu dịch vụ

Hình 1.1 Chồng giao thức TCP/IP

Hình 1.2 Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP

Precedence D T R unused

Precedence: Chỉ thị quyền ưu tiên gửi gói IP, trường này có giá trị từ 0

(mức ưu tiên bình thường) tới 7 (mức kiểm soát mạng) quy định việc gửi datagram

Bit D – thiết lập là 1 khi yêu cầu trễ thấp

Bit T – yêu cầu thông lượng cao

Bit R – yêu cầu độ tin cậy cao

Có thể dùng trường ToS để chỉ ra mức chất lượng dịch vụ yêu cầu, tuy nhiên mạng IP phải có các cơ chế hỗ trợ thì yêu cầu mới được thực hiện

Total length: Chiều dài của gói IP bao gồm cả phần dữ liệu và phần tiêu đề Flags: Trong đó có hai bit cuối dùng trong việc phân mảnh (fragment) các

gói IP, chỉ ra gói đó có được phân mảnh hay không và gói đó có phải là gói cuối cùng hay không

Identification: Nhận dạng các datagram được phân đoạn từ cùng một

datagram lớn hơn Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn để nhận dạng

Fragment offse t: Chỉ ra vị trí của đoạn trong gói IP, để có thể tái tạo lại datagram gốc

Time to live (TTL): Chỉ ra thời gian sống của gói, bắt đầu từ trạm gửi nó sẽ

đặt giá trị = N (thường = 16) cứ đi qua mỗi nút mạng giá trị của trường này sẽ giảm

đi 1 Nếu giảm bằng 0 mà nó vẫn chưa tới đích thì gói sẽ bị huỷ tránh tình trạng đi quẩn trên mạng

Protocol (8 bit): Chỉ ra giao thức ở lớp bên trên (ví dụ TCP hoặc UDP) Checksum (16 bit): Kiểm tra lỗi theo mã dư vòng CRC, chỉ dùng cho phần

tiêu đề gói

Source và Destination Address: Địa chỉ của trạm nguồn và trạm đích

IP option (độ dài thay đổi): Khai báo các lựa chọn do người gửi yêu cầu Padding: Vùng độn để đảm bảo cho phần tiêu đề (header) luôn kết thúc ở

giá trị tính theo 32 bit

1.3.2 Địa chỉ IP

Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm (host) trong liên mạng được gọi là địa chỉ IP 32 bit Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bit được tách thành 4 vùng (mỗi vùng một byte) hay được biểu diễn dưới dạng thập phân có dấu chấm để tách các vùng Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host bất kì trên liên mạng

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con (subnet) của liên mạng có thể khác nhau, người ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp, kí hiệu là A, B, C, D và E được minh hoạ dưới đây

Hình 1.3 Các lớp địa chỉ IP

- netID (network identifier): địa chỉ mạng

- hostID (host identifier): địa chỉ trạm

1.3.3 Các giao thức định tuyến (routing protocols)

Đã có địa chỉ IP của trạm nguồn và trạm đích nhưng gói IP còn phải tìm đường để tới đích Ở từng chặng (Hop) các router làm nhiệm vụ chọn đường hay định tuyến cho các gói Để việc chọn đường được thực hiện tốt thì router phải có thông tin về các tuyến, các chặng và tình trạng của mạng nói chung Các giao thức định tuyến được dùng để cập nhật những thông tin đó cho router

Đã có rất nhiều giao thức định tuyến được phát triển cho các mạng IP, có thể chia làm hai loại chính là định tuyến theo trạng thái kênh (link-state routing) và định tuyến theo véc tơ khoảng cách (distance-vector routing)

Với các giao thức định tuyến, mạng được kết cấu tốt có khả năng tự vượt qua các tắc nghẽn cục bộ, phản ứng nhanh với các tình huống xảy ra; tức là có độ tin cậy cao

Các địa chỉ IP chỉ là các địa chỉ logic được dùng ở tầng mạng để chọn đường

đi từ đầu cuối Tuy nhiên trên từng chặng, hai máy chỉ có thể liên lạc với nhau khi biết địa chỉ vật lí của nhau (địa chỉ MAC) Như vậy vấn đề đặt ra là thực hiện ánh

xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC (48 bit) của một trạm Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) được xây dựng để chuyển đổi từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lí khi cần thiết

Còn giao thức RARP (Reverse Address Resolution Protocol) được dùng trong trường hợp ngược lại Cả giao thức ARP và RARP đều không thuộc IP, nhưng được IP dùng đến khi cần

Một giao thức khác cũng liên quan tới IP, đó là ICMP (Internet Control Message Protocol) Giao thức này thực hiện truyền các thông báo điều khiển (về tình trạng lỗi trên mạng, ) giữa các gateway hoặc trạm của liên mạng Lỗi có thể là một datagram không được gửi tới đích, hay một router hết bộ nhớ đệm, Một thông báo IMCP được tạo và chuyển cho IP, IP sẽ đọc thông báo đó với một IP header và chuyển đến cho router khác hoặc trạm đích

1.3.4 Các cơ chế truyền tải

TCP và UDP là hai giao thức ở tầng giao vận, hoạt động trên IP, có các đặc điểm khác nhau Nếu sự tin cậy quan trọng hơn độ trễ thì TCP/IP được sử dụng, ngược lại thì dùng UDP/IP

TCP: cung cấp dịch vụ kết nối có hướng liên kết (connection-oriented) cho

các lớp trên TCP có cơ chế báo nhận (Acknowledge) và truyền lại các gói bị lỗi hay mất, có cơ chế điều khiển luồng Dữ liệu được truyền theo luồng liên tục, đảm bảo sắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu (segment)

Một tiến trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP được cung cấp thông qua một cổng (port) Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trên liên mạng để trao đổi thông tin Nhiều cổng được dành riêng cho các ứng dụng cơ bản như FTP, WWW, Telnet,

Trong phần báo hiệu H323 của VoIP, TCP được dùng để đảm bảo sự tin cậy khi thiết lập cuộc gọi Tuy nhiên, TCP không được dùng để mang lưu lượng thoại

UDP: Ngược lại với TCP, UDP là giao thức kết nối “không liên kết”, có

phần tiêu đề nhỏ hơn và ít chức năng hơn nên UDP có xu hướng hoạt động nhanh hơn TCP Do đó UDP được dùng để mang lưu lượng thoại, việc báo nhận và truyền lại gói trong TCP làm cho trễ quá lớn và chất lượng thoại không chấp nhận được

Ngoài ra, UDP cũng có cơ chế gán và quản lí các số hiệu cổng để định danh các ứng dụng

Chương 2: CÔNG NGHỆ THOẠI VOIP

2.1 KHÁI NIỆM VOIP

2.1.1 Giới thiệu công nghệ VoIP

Trong những bước phát triển của ngành viễn thông những năm gần đây, điện thoại IP được đánh giá là một bước tiến quan trọng về công nghệ Hiện nay, điện thoại IP đang là một mối quan tâm lớn trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành Viễn thông

Dịch vụ điện thoại IP được xây dựng trên công nghệ VoIP Đây là một công nghệ rất mới nhưng thu hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khai thác và nhà sản xuất VoIP được đánh giá là một bước đột phá trong công nghệ, nó sẽ là cơ

sở để xây dựng một mạng tích hợp thực sự giữa thoại và số liệu Đây là một hướng phát triển tất yếu của mạng viễn thông

Các mạng IP, mà tiêu biểu là mạng Internet, đã thực sự bùng nổ trong những năm vừa qua IP đã trở thành giao thức thông dụng nhất để trao đổi thông tin trên thế giới Đây là một yếu tố quan trọng đảm bảo sự thành công của điện thoại IP

Do các ưu điểm giá thành rẻ và có nhiều dịch vụ mở rộng, điện thoại IP đã

và đang tạo ra một thị trường rộng lớn mà đối tượng sử dụng gồm các thuê bao, các doanh nghiệp, các tổ chức và cơ quan Nhà nước

Để hiểu vấn đề, như chúng ta đã biết, hệ thống điện thoại truyền thống, điển

hình là PSTN (Publie Switching Telephone Network: Mạng thoại chuyển mạch

công cộng) là kiểu mạng chuyển mạch kênh SCN (Switching Channel Network) và

được phát triển lên từ mạng analog, nghĩa là để thiết lập một cuộc gọi, cần phải có một kênh truyền riêng và giữ kênh truyền cho đến chừng nào cuộc nói chuyện kết thúc Kiểu truyền thống như vậy không tận dụng một cách có hiệu quả băng thông hiện có, công suất giới hạn là 64kbit/s/kênh và thực hiện 30 cuộc điện thoại trên một hướng E1

Với những thuận lợi của mình dịch vụ VoIP được kì vọng sẽ có sự tăng trưởng cao Năm 2003, lưu lượng thoại quốc tế VoIP tăng 47% đạt 5,2 tỉ phút,

tương đương với 5% lưu lượng thoại quốc tế Tới năm 2007, số phút gọi quốc tế bởi VoIP được dự đoán là 100 tỉ phút Một sự tăng trưởng đáng kì vọng

Hình 2.1 Dự đoán lưu lượng thoại IP quốc tế

VoIP khác với hệ thống điện thoại truyền thống Tiếng nói thay vì được truyền qua mạng chuyển mạch kênh, thì lại được truyền qua mạng chuyển mạch gói phát triển từ mạng số, điển hình là mạng IP Tiếng nói được số hoá, đóng gói, rồi được truyền đi như là các gói tin thông thường được truyền trên mạng IP Dung lượng truyền dẫn được tất cả các thông tin chia sẻ và bằng cách đó băng thông được sử dụng có hiệu quả hơn mà không cần phải cung cấp cho từng kênh riêng lẻ Mỗi kênh hoặc mỗi đường trung kế cung cấp nhiều khả năng ứng dụng như số liệu, thoại, fax và hội nghị video Dễ dàng thấy công nghệ thoại này ưu việt hơn hẳn công nghệ truyền thống ở chỗ đã tận dụng được triệt để tài nguyên hệ thống, dẫn đến một điều chắc chắn là chi phí cho cuộc gọi được giảm đáng kể, đặc biệt là những cuộc gọi đường dài hiện nay vẫn còn quá đắt trong mạng điện thoại chuyển mạch kênh

Tuy nhiên thoại là một ứng dụng mang tính thời gian thực, nghĩa là yêu cầu dòng tiếng nói phải được truyền đi tới phía nhận một cách gần như tức thì Trong mạng chuyển mạch kênh điều đó là đơn giản vì mỗi cuộc thoại có kênh truyền riêng, không phải chia sẻ với các ứng dụng khác, đường truyền nói chung luôn được đảm bảo thông suốt giữa hai đầu dây do vậy hiếm khi xảy ra những trục trặc như tắc nghẽn hay bị mất thông tin Trong khi đó mạng IP là mạng truyền số liệu, nghĩa là thông tin dữ liệu tới đích không có yêu cầu về mặt thời gian thực Hơn nữa trên mạng IP, nhiều ứng dụng cùng chia sẻ trên một đường truyền, hoặc bản thân các gói tin tiếng nói lại đi theo nhiều con đường khác nhau tới đích cho nên dễ dàng dẫn tới tình trạng tắc nghẽn, trễ, mất dữ liệu Những điều này nếu không được giải quyết tốt sẽ gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng tiếng nói nhận được Có giải

quyết được các vấn đề này công nghệ VoIP mới có thể phát huy được hết các tiềm năng to lớn của mình, xứng đáng là công nghệ của tương lai

Ngoài ra, mạng IP và mạng chuyển mạch kênh còn có thể giao tiếp với nhau thông qua Gateway, cho phép một đầu cuối cùng ở mạng này có thể thoại với một đầu cuối của mạng kia (hình 2.2), mà vẫn trong suốt đối với người sử dụng Điều này giúp cho việc tích hợp các dịch vụ của hai mạng này với nhau có tính khả thi cao

Hình 2.2 Các Terminal của mạng IP có thể giao tiếp với các Telephone

trong mạng SCN thông qua Gateway

Dịch vụ thoại trên mạng IP bao gồm các dịch vụ thực hiện các cuộc đàm

thoại qua những mạng IP được quản lí về chất lượng dịch vụ (QoS) Các dịch vụ

này có thể được thực hiện hoàn toàn trong phạm vi mạng IP hoặc có thể được thực hiện kết hợp giữa mạng IP và các mạng khác

Về mặt tên gọi, dịch vụ này có nhiều tên gọi như IP Telephony, Voice over

IP (VoIP), Netphone, Internet Telephony Tuy nhiên tên gọi VoIP - thoại trên mạng IP- hay được dùng và miêu tả đúng nhất dịch vụ này

Dịch vụ thoại trên mạng IP ra đời là kết quả của các xu hướng sau:

o Phát triển các dịch vụ đa phương tiện multimedia trên các mạng IP để tiến tới xây dựng mạng đa dịch vụ bao gồm cả dữ liệu, tiếng nói và hình ảnh

o Ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực viễn thông nhằm tạo một môi trường cạnh tranh để thúc đẩy tạo ra các dịch vụ mới và giảm cước phí

o Tích hợp cơ sở hạ tầng của mạng thoại và mạng dữ liệu

Sử dụng mạng IP để truyền thoại có nhiều điểm thuận lợi so với các mạng khác:

o Các mạng IP có tính rộng khắp và linh hoạt Giao thức IP hoạt động trên mọi loại hình mạng bên dưới đã được phổ biến rộng khắp Trong khi các giao thức khác thường dùng ở mạng đường trục hoặc dùng riêng

o Về mặt phát triển ứng dụng thì mọi loại phần mềm phát triển ứng dụng đều hỗ trợ IP trong khi đó rất ít với ATM và Frame Relay

2.1.2 Lợi ích của VoIP

Các lợi ích quan trọng nhất do VoIP mang lại là:

 Giảm cước phí truyền thông đặc biệt là các cuộc gọi đường dài cũng như tận dụng hiệu quả hơn tài nguyên giải thông đường truyền Đây là yếu tố quan trọng nhất thúc đẩy sự phát triển của công nghệ VoIP

 Hợp nhất hoá: Hệ thống mạng chuyển mạch kênh rất phức tạp, cần phải

có một đội ngũ nhân viên vận hành giám sát hoạt động của nó Với một cơ sở hạ tầng tích hợp các phương thức truyền thông cho phép hệ thống được chuẩn hoá tốt hơn, hoạt động hiệu quả hơn và giảm tổng số thiết bị, nhân lực cần thiết Điều này cũng làm giảm thiểu sai sót trên hệ thống hiện thời

 Sử dụng công nghệ thoại trên IP đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho các nhà truyền tải:

- Triệt và nén im lặng:

Được sử dụng khi có khoảng nghỉ ngơi trong cuộc nói chuyện Khoảng nghỉ này có thể lên tới 50 - 60% một cuộc gọi Vì thế, ta có thể tiết kiệm được giải thông tiêu tốn, nhất là với hội thoại nhiều người Không giống như mạng chuyển mạch kênh, VoIP triệt im lặng qua các liên kết toàn cầu tại các điểm đầu cuối Mạng IP thích hợp cho việc ghép kênh, giảm bớt giải thông tiêu thụ toàn mạng Sự triệt im lặng và bù nén cũng tăng hiệu quả sử dụng mạng

- Chia sẻ thuận lợi:

Đặc trưng của mạng IP là chia sẻ tài nguyên mạng Các kênh truyền thông không tạo ra cố định và riêng biệt như trong mạng chuyển mạch kênh, mà nó được dùng chung cho nhiều ứng dụng khác

Trong thoại truyền thống, luồng báo hiệu truyền tải trên mạng tách biệt với luồng thông tin truyền Ta phải duyệt tất cả các chuyển mạch trung gian để thiết lập kênh truyền Trong khi đó, việc gửi gói tin trên mạng không yêu cầu thiết lập, điều khiển cuộc gọi Ta có thể tập trung trên chức năng cuộc gọi

2.1.3 Những thách thức cho VoIP

Các ưu thế của VoIP thật rõ ràng, việc phát triển chỉ là vấn đề thời gian Tuy nhiên, công nghệ này cũng phải đối mặt với nhiều thách thức:

 Thiếu sự bảo đảm về chất lượng dịch vụ (QoS)

 Thiếu giao thức chuẩn

 Tính tương tác giữa công nghệ mới với công nghệ truyền thống và các dịch vụ Đây là điều khó khăn mà các sản phẩm VoIP phải đối mặt

 Thiếu giải thông cho mạng

 Độ tin cậy mạng Đây là điều tất yếu khi sử dụng mạng IP làm phương tiện truyền thông

 Với thoại ta phải đạt được những chỉ tiêu cần thiết bao gồm giảm thiểu các cuộc gọi bị từ chối, trễ trên mạng, mất gói, và đứt liên kết Tuy nhiên, mạng IP không có cơ chế nào bảo đảm các vấn đề này Đồng thời, ta cũng phải giải quyết tình trạng tắc nghẽn và quá nhiều người sử dụng cùng lúc đối với mạng IP

 Quá trình điều khiển cuộc gọi phải trong suốt đối với người sử dụng Người dùng không cần biết kĩ thuật nào được sử dụng để thực hiện dịch vụ

 Cung cấp các cơ chế quản lí hệ thống, an toàn, địa chỉ hoá và thanh toán Tốt nhất là ta hợp nhất được với các hệ thống hỗ trợ hoạt động PSTN

Trong tương lai, truyền thông sẽ là sự kết hợp giữa kĩ thuật chuyển mạch kênh của truyền thông với công nghệ chuyển mạch gói qua mạng IP

Sự hội tụ của hai kiến trúc mạng hoàn toàn khác nhau này là điều tất yếu, diễn ra sớm hay muộn còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng có hai yếu tố quan trọng nhất là:

 Giao thức chuẩn hoá

 Các chính sách liên quan phù hợp

Từ các yếu tố này, các tổ chức viễn thông, các nhà sản xuất phải thực sự thống nhất với nhau về các giao thức chuẩn, bao gồm chuẩn báo hiệu cuộc gọi, mã

hoá, chuẩn truyền đa phương thức và tín hiệu Sự chấp nhận các chuẩn này sẽ cho phép nhiều hãng có thể cùng chung sống và hoạt động được với nhau, đảm bảo tính tương thích giữa các sản phẩm Hiện tại, đối với VoIP, một số giao thức chuẩn được các tổ chức quốc tế công nhận mô tả ở Bảng 2.1

H.323 Do ITU_T (International Telecommunications Union

Telecommunictions Standardization Sector) đề xuất, là chuẩn được

chấp nhận về một hệ thống truyền thông đa phương thức dựa trên mạng chuyển mạch gói, trong đó nó định H.255 cho chức báo hiệu cuộc gọi, H.245 cho thoả thuận các thông số cần thiết để trao đổi như các bộ CODEC, kênh truyền

SIP Session Initiation Protocol, giao thức hiệu khởi đầu, do IETF (Internet

Erginepring Task Foree: nhóm đặc trách về kĩ thuật Internet) đưa ra

SIP là chuẩn đề cử về một giao thức báo hiệu cuộc gọi

MGCP Media Gateway Control Protocol, giao thức điều khiển Gateway do

IETF đề xuất Đây là chuẩn đề cử cho việc điều khiển Gateway

Bảng 2.1 Một số giao thức chuẩn

2.1.4 Mô hình phân lớp chức năng

Về mặt chức năng, công nghệ VoIP có thể được chia làm ba lớp như sau:

Líp øng dông dÞch vô

Líp ®iÒu khiÓn cuéc gäi

Líp c¬ së h¹ tÇng m¹ng gãi

Giao diÖn më vµ tu©n theo chuÈn

Giao diÖn më vµ tu©n theo chuÈn

- Lớp cơ sở hạ tầng mạng gói thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng

thoại Trong VoIP, cơ sở hạ tầng là các mạng IP Giao thức truyền tải thời gian thực RTP kết hợp với UDP và IP giúp truyền tải thông tin thoại qua mạng IP RTP

Hình 2.3 Mô hình phân lớp chức năng VoIP

chạy trên UDP, còn UDP hoạt động trên IP hình thành nên cơ chế truyền RTP/UDP/IP trong VoIP

- Lớp điều khiển cuộc gọi thực hiện chức năng báo hiệu, định hướng cuộc

gọi trong VoIP Sự phân tách giữa mặt phẳng báo hiệu và truyền tải đã được thực hiện ở PSTN với báo hiệu kênh chung SS7, nhưng ở đây nhấn mạnh một thực tế có nhiều chuẩn báo hiệu cho VoIP cùng tồn tại như H.323, SIP hay SGCP/MGCP

- Lớp ứng dụng dịch vụ đảm nhiệm chức năng cung cấp dịch vụ trong mạng

với cả dịch vụ cũ tương tự như trong PSTN và dịch vụ mới thêm vào Các giao diện

mở cho phép các nhà cung cấp phần mềm độc lập phát triển ra nhiều ứng dụng mới, đặc biệt là các ứng dụng dựa trên Web, các ứng dụng kết hợp giữa thoại và dữ liệu, các ứng dụng liên quan tới thương mại điện tử Sự phân tách lớp dịch vụ làm cho các dịch vụ mới được triển khai nhanh chóng Ngoài ra, các chức năng như quản lí, nhận thức cuộc gọi và chuyển đổi địa chỉ cũng được thực hiện ở lớp này

2.2 MÔ HÌNH MẠNG VÀ ỨNG DỤNG

2.2.1 Các phần mềm VoIP

Trong thực tế, VoIP đã được thực hiện bởi các ứng dụng phần mềm chạy trên các máy tính PC Các ứng dụng này cho phép hai máy tính có thể kết nối với nhau nhờ một server Các máy tính có trang bị multimedia có thể nói chuyện với nhau qua kết nối này Phần mềm điển hình cho phép thực hiện truyền thoại qua mạng IP là Microsoft NetMeeting của hãng Microsoft, Skype, Yahoo Voice,

Giải pháp VoIP bằng phần mềm có ưu điểm là tạo được các cuộc nói chuyện trên một diện rộng và không đòi hỏi một sự nâng cấp đặc biệt về phần cứng nào Tuy nhiên, giải pháp loại này hầu như không đáp ứng được yêu cầu chất lượng trong điều kiện mạng Internet vì lí do không điều khiển được băng thông của mạng Ngoài ra, giải pháp loại này chưa toàn diện, thiếu những tính năng quan trọng như tính cước, nhận thực cuộc gọi, và chưa cung cấp được dịch vụ thoại cho đa số người dùng trong mạng chuyển mạch kênh

2.2.2 Mô hình dịch vụ VoIP quy mô nhà cung cấp dịch vụ

Để có thể là một dịch vụ độc lập, cần phải có một mô hình VoIP toàn diện hơn, có khả năng đáp ứng đƣợc các yêu cầu:

 Hoạt động song song cùng với mạng chuyển mạch kênh để có thể mang dịch vụ thoại IP đến cho đông đảo người sử dụng và tận dụng được ưu thế chi phí thấp của việc truyền tín hiệu trên mạng chuyển mạch gói

 Thực hiện được các chức năng cơ bản của một dịch vụ viễn thông như tính cước, quản lí cuộc gọi,

 Có thể thực hiện những chức năng, dịch vụ mới của VoIP

Mô hình mang tính nguyên lí cho dịch vụ thoại trên giao thức IP được trình bày trong hình 2.4

Để hoạt động cùng với mạng chuyển mạch kênh, mô hình phải bao gồm hệ thống báo hiệu của mạng điện thoại Có như vậy nó mới có khả năng thiết lập được một kết nối thông suốt giữa hai đầu cuối thông qua mạng IP Trong mô hình, hệ thống báo hiệu được sử dụng là SS7 nhưng trong thực tế hệ thống báo hiệu có thể

là những hệ thống báo hiệu khác như R2

Các thành phần trong hệ thống VoIP bao gồm:

 Media Gateway:

 Chuyển đổi khuôn dạng thông tin: từ dạng thông tin ghép kênh theo thời gian (TDM) trong mạng chuyển mạch kênh sang dạng gói trong mạng IP và ngược lại

 Thực hiện các quá trình xử lí cần thiết khác như: Nén tín hiệu thoại (voice compression), nén khoảng lặng (silence suppression), triệt tiếng vọng (echo cancellation)

 Cung cấp nhiều giao diện vật lí cần thiết cho kết nối: Giao diện với mạng chuyển mạch kênh (E1/T1, PRI-ISDN, ), giao diện với mạng IP (Ethernet, Fast Ethernet, Frame Relay, )

 Signalling Gateway:

 Phục vụ cho báo hiệu giữa các đầu cuối trong mạng chuyển mạch kênh và các terminal trong mạng IP: Đóng gói lại các thông điệp SS7 thành các gói phù hợp với mạng IP, lọc các dòng lưu lượng không phù hợp, Thành phần này kết hợp hoạt động của mạng IP và mạng báo hiệu SS7

 Signalling Gateway có thể là một thiết bị độc lập hoặc được tích hợp với Media Gateway vào một Gateway duy nhất (ví dụ H323 gateway), đặc biệt khi báo hiệu là báo hiệu kênh liên kết như R2

 Trung tâm điều khiển cuộc gọi (Call Control Center):

 Hướng dẫn Media Gateway cách thiết lập, xử lí và kết thúc dòng thông tin media (thông tin thời gian thực) phục vụ cho cuộc gọi

 Xử lí 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, tạo ra các bản ghi lưu trữ, các chức năng quản lí mạng, quản lí cuộc gọi,

 Các thành phần khác: Bao gồm các đầu cuối PSTN (máy điện

thoại, máy fax), tổng đài PSTN PBX; thiết bị trong mạng IP (IP phone, IP PBX)

Dung lượng của các Gateway có thể biến đổi tuỳ thuộc vào những ứng dụng

cụ thể Từ các gateway có dung lượng nhỏ phục vụ cho hoạt động của một văn phòng công ty tới các gateway công cộng có dung lượng lớn và cực lớn để phục vụ các cuộc gọi tới từng gia đình

2.2.2.1 Hai kiểu giải pháp mạng VoIP

Một là, giải pháp cho doanh nghiệp (Enterprise): Thông thường các mô hình

thông tin của doanh nghiệp sử dụng hai liên kết: một cho các dịch vụ thoại qua mạng PSTN và một cho kết nối Internet để sử dụng các dịch vụ như e-mail, web,

Với giải pháp VoIP cho doanh nghiệp, các doanh nghiệp sử dụng gateway của riêng họ để kết nối các thiết bị đầu cuối thoại truyền thống (máy điện thoại, fax, PBX) vào mạng dữ liệu nội bộ Nhờ vậy, thoại và các dịch vụ Internet được tích hợp vào một đường truyền chung thay vì phải dùng hai đường truyền như trước kia, tiến tới xây dựng một mạng duy nhất tích hợp cả thoại và dữ liệu cho doanh nghiệp nhằm:

o Phát triển các ứng dụng mới phục vụ sản xuất kinh doanh

o Giảm chi phí trong quá trình xây dựng, quản lí và bảo trì mạng thông tin

Hai là, giải pháp cho dịch vụ công cộng (Carrier): Những gateway có dung

lượng lớn được được nhà cung cấp dịch vụ VoIP bố trí, kết nối thường xuyên vào mạng IP sẵn sàng cho người sử dụng truy nhập tới để sử dụng dịch vụ VoIP Những người sử dụng với các máy điện thoại thông thường truy nhập đến gateway thông qua dịch vụ điện thoại tại địa phương Giải pháp này đưa dịch vụ điện thoại

IP đến được với phần lớn người dùng, cung cấp cho người dùng những cuộc gọi đường dài giá rẻ

2.2.2.2 Quay số truy nhập dịch vụ

Trong trường hợp dùng mạng PSTN để truy nhập dịch vụ VoIP thì có hai kiểu quay số như sau:

 Quay số hai giai đoạn: Người sử dụng quay số để liên lạc đến

Gateway VoIP và sau khi nhận được một tone đặc biệt hay một lời thông báo thì bấm tiếp số điện thoại đích Kiểu quay số này phục vụ cho yêu cầu cần nhận thực cuộc gọi

 Quay số một giai đoạn: Dịch vụ VoIP phân biệt với dịch vụ điện

thoại thường bằng một mã đặc biệt Người dùng chỉ việc bấm mã này cùng với số

điện thoại đích là có thể liên lạc được

2.2.2.3 Thiết lập cuộc gọi

Xét trường hợp người sử dụng truy nhập dịch vụ VoIP từ trong mạng PSTN đến một người sử dụng khác cũng trong mạng PSTN Để cuộc gọi có thể được tạo

ra, cần phải quan tâm đến ba giai đoạn báo hiệu thiết lập kết nối:

- Giai đoạn thiết lập kết nối giữa người gọi và Gateway được sử dụng để truy nhập mạng IP (gateway 1)

- Giai đoạn thiết lập cuộc gọi từ gateway 1 và đến gateway đích (gateway 2)

- Giai đoạn thiết lập liên lạc từ gateway 2 tới máy điện thoại của người bị gọi

Các giai đoạn thiết lập 1 và 3 sử dụng hệ thống báo hiệu cuộc gọi trong mạng PSTN như trong dịch vụ điện thoại thông thường Giai đoạn thiết lập liên kết giữa các Gateway qua mạng IP sử dụng các thủ tục báo hiệu riêng dành cho các ứng dụng truyền thông đa phương tiện trong mạng gói Các thủ tục này sẽ được trình bày trong phần sau

2.2.2.4 Nhận xét

Mô hình VoIP trình bày như trên có ưu điểm là một mô hình toàn diện cho các cuộc liên lạc thoại qua mạng IP Tuy nhiên để thực hiện được dịch vụ cần giải quyết được các vấn đề:

1 Xử lí tín hiệu thoại trong mạng IP bao gồm các vấn đề liên quan đến nén thoại và đóng gói tín hiệu thoại để truyền đi trong điều kiện của mạng chuyển mạch gói

2 Báo hiệu cuộc gọi trong mạng IP tập trung vào các thủ tục thiết lập cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi, và các thủ tục khác cần thiết cho liên lạc thời gian thực giữa các điểm cuối (end point) trong mạng IP

3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho lưu lượng thoại khi truyền trong mạng

IP, đảm bảo độ trễ, jitter, tỉ lệ mất gói, ở trong giới hạn cho phép bằng các cơ chế

ưu tiên và dành riêng băng thông

2.2.3 Các ứng dụng

Ngoài các ứng dụng cơ bản như thực hiện các cuộc đàm thoại (trả phí trước hay trả sau) hoặc truyền fax trong mạng VoIP, các dịch vụ mới có thể được phát triển bao gồm:

 Thoại trên mạng riêng ảo (Voice VPN)

 Dịch vụ VSL (Virtual Second Line / PC-to-Phone)

 ICW (Internet Call Waiting)

 Thông điệp thống nhất (Unified Messaging)

2.3 XỬ LÍ TÍN HIỆU THOẠI THỜI GIAN THỰC

2.3.1 Mã hoá

2.3.1.1 Các kĩ thuật mã hoá thoại

Sau khi xem xét cấu tạo của tiếng nói con người, người ta đưa ra ba phương pháp để mã hoá thoại

- Phương pháp thứ nhất là lấy mẫu thoại theo các khoảng thời gian phù

hợp, sau đó số hoá tạo thành dòng bit Bên thu tái tạo lại tiếng nói gần giống âm thanh gốc, sự khác nhau rất khó phân biệt bởi tai người Phương pháp này yêu cầu:

o Lấy một số mẫu phù hợp (về tần số và cách lấy mẫu)

o Mã hoá giá trị của từng mẫu để sao cho biên độ của chúng sau khi tái tạo khác không nhiều so với giá trị gốc

Phương pháp này gọi là mã hoá dạng sóng (waveform encoding) có ưu điểm

là độ phức tạp, giá thành, độ trễ và công suất tiêu thụ đều thấp Ngoài ra có thể áp dụng phương pháp này để mã hoá các tín hiệu khác như tín hiệu báo hiệu, số liệu ở dải tần âm thanh và có thể cả tín hiệu âm nhạc Các kiểu mã hoá dạng sóng thường gặp là điều chế xung mã (PCM), điều chế delta (DM), PCM vi sai thích nghi (ADPCM), Chất lượng thoại, ví dụ PCM, được đánh giá là tốt, nhưng nhược điểm là phương pháp này không tạo ra được tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit dưới 16 kb/s

- Phương pháp thứ hai khắc phục nhược điểm trên, nó xuất phát từ nhận

xét là trong khoảng thời gian cỡ ms thì tiếng nói con người thay đổi không nhiều Điều đó có nghĩa là ở một chừng mực nào đó, âm thoại có thể tổng hợp được, dự đoán được Do đó phương pháp thứ hai dựa trên nguyên tắc mô phỏng, tái tạo tiếng nói được gọi là mã hoá nguồn phát âm (vocoding)

Người ta phân tích tiếng nói và rút ra các tham số chủ chốt như thông số về xung âm cơ bản (pitch), thông số tạp âm (âm vô thanh), thông số về bộ lọc khoang miệng, Các tham số này được chuyển thành dòng bit và được truyền đi Bên thu nhận được các tham số này và sử dụng cùng mô hình tiếng nói giống bên phát để tổng hợp lại tiếng nói gốc Cơ sở để phân tích và tổng hợp tiếng nói là mô hình tạo tiếng nói

Cơ chế hoạt động dựa trên giả thiết rằng tiếng nói được tạo ra nhờ kích thích một hệ thống tuyến tính bằng một dãy xung tuần hoàn khi là âm hữu thanh và bằng nhiễu ngẫu nhiên khi là âm vô thanh

Khi là âm hữu thanh thì bộ kích thích tuần hoàn phát ra một chuỗi các dãy xung tuần hoàn Khi là âm vô thanh giả thiết rằng được mô phỏng bằng một chuỗi tạp âm ngẫu nhiên

Vì tham số của tiếng nói được truyền đi thay vì dạng sóng nên tốc độ bit mã hoá tiếng nói thấp hơn nhiều so với phương pháp trên (> 2kb/s) Tuy nhiên chất lượng thoại thường không được cao bởi vì tìm một mô hình tiếng nói phù hợp (ít tham số và ít phức tạp) là khó khăn Cũng bởi vì bản thân quá trình hình thành tiếng nói là phức tạp

- Phương pháp thứ ba được đưa ra, kết hợp từ hai phương pháp trên Dạng

sóng của tiếng nói được phân tích và các tham số chủ yếu được rút ra Tuy nhiên, thay vì truyền ngay các tham số này thì bộ mã hoá sử dụng chúng để tổng hợp lại mẫu tiếng nói và so sánh nó với dạng gốc Sau đó bộ mã hoá căn cứ vào sự khác nhau giữa mẫu thực và mẫu được tổng hợp để chỉnh lại các tham số, sau đó các tham số này mới được chuyển thành dòng bit và truyền đến bên thu Phương pháp này thường được gọi là mã hoá sai động (hybid coding)

Trong khi vocoding chỉ tập trung vào phần hữu thanh hoặc vô thanh của tiếng nói, bỏ đi các thành phần khác mà có thể chứa các thông tin quan trọng để khôi phục lại âm thanh chuẩn xác Hybrid coding khắc phục nhờ việc lựa chọn tín hiệu kích thích phù hợp để cố gắng tạo ra các tham số mô tả dạng sóng nguyên thủy

Kích thích tuần hoàn

Bộ sinh tạo tạp

âm ngẫu nhiên

Bộ lọc tổng hợp

Chuyển mạch âm hữu thanh/ vô thanh Tiếng nói

Hình 2.5 Mô hình chung tạo tiếng nói của vocoding

chính xác nhất có thể Phương pháp mã hoá này cho chất lượng thoại tương đối tốt

và tốc độ bit thấp nhưng độ phức tạp (kèm theo đó là giá thành thiết bị) cao

Công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ tạo ra các vi mạch với khả năng tính toán mạnh và giá thành thấp đã cho phép phát triển nhiều kiểu mã hoá theo

phương pháp này và nó trở thành công nghệ chủ yếu cho mã hoá tiếng nói tốc độ

thấp (thường được gọi là nén thoại)

Một số kiểu mã hoá được dùng như :

o Kích thích đa xung MPE (Multi-Pulse Excited)

o Kích thích xung đều RPE (Regular-Pulse Excited)

o Dự đoán tuyến tính, kích thích theo mã CELP (Code-Excited Linear Prediction)

Trong mạng điện thoại thông thường tín hiệu thoại được mã hoá PCM theo luật A hoặc  với tốc độ 64 kb/s Tín hiệu thoại với tốc độ thấp hơn (dùng công nghệ nén thoại ở trên) có thể được tạo ra theo hai cách Cách thứ nhất là tín hiệu thoại tương tự được biến đổi trực tiếp thành dòng bit tốc độ thấp Cách thứ hai là tín hiệu thoại tương tự được lấy mẫu và mã hoá theo phương pháp mã hoá dạng sóng (mã tuyến tính hoặc PCM) sau đó mới đưa vào giai đoạn nén thoại theo phương pháp mã hoá thoại tốc độ thấp

2.3.1.2 Mã hoá (nén) tín hiệu thoại trong VoIP

Tín hiệu thoại trong hệ thống VoIP được xử lí theo quá trình sau:

o Số hoá: Tín hiệu thoại tương tự được lấy mẫu với tần số 8 KHz rồi

mã hoá tuyến tính

theo nhiều chuẩn nén khác nhau như: G.711 (PCM 64kb/s), G.722 (Wideband Coder), G.723.1 (MPC-MLQ), G.726 (ADPCM), G.728 (LD-CELP), G.729/G.729A (CS-ACELP)

Trong trường hợp của Gateway giao tiếp với mạng chuyển mạch kênh (PSTN/ISDN), các dòng PCM 64Kbps luật A/tại các giao diện mạng PSTN/ISDN được chuyển đổi thành mã tuyến tính, triệt tiếng vọng rồi mới nén theo một trong các chuẩn kể trên

Mỗi phương pháp nén có đặc điểm riêng và được chọn sử dụng trong những điều kiện cụ thể của mạng Để đánh giá các phương pháp nén này, ta xem xét chúng theo 4 đặc điểm:

o Tốc độ bit (bit rate): Tốc độ bit là một đặc tính đầu tiên được nghĩ

đến khi nói về một phương pháp nén thoại, nó biểu hiện mức độ nén tín hiệu của phương pháp Các chuẩn nén thoại trên cho các tốc độ bit từ 6,4Kps/5,3 Kbps

(G.723.1) đến 64 Kbps (G.711)

o Độ trễ (Delay): Độ trễ là một đặc tính rất quan trọng đối với một ứng

dụng truyền thông thời gian thực Phương pháp nén cho tốc độ bit thấp thường có

độ trễ cao Để có thể nén tín hiệu, dòng thoại nhất thiết phải được chia thành các khung rồi tiến hành nén thông tin của các khung theo một thuật toán nào đó Phương pháp nén có tỉ số nén cao thường đòi hỏi khung thoại phải lớn Do vậy, độ trễ là một yếu tố phụ thuộc vào tốc độ bit và kích thước khung thoại Khung thoại

càng lớn và tốc độ bit càng thấp thì độ trễ càng cao

o Độ phức tạp (Complexity): Nén thoại được thực hiện bởi những bộ

DSP (Digital Speech Proccessor) hay bởi những CPU trong máy tính Độ phức tạp của phương pháp nén được thể hiện ở số phép tính mà DSP hoặc CPU cần thực hiện trong một đơn vị thời gian (MIPS - Millions of Instruction per Second) và số lượng bộ nhớ cần thiết cho thuật toán nén Độ phức tạp của phương pháp liên quan

đến giá thành của thiết bị

o Chất lượng tín hiệu (Quality): Chất lượng tín hiệu thoại liên quan đến

tỉ số tín hiệu trên tạp âm S/N của tín hiệu tương tự hay hệ số lỗi bit BER của dòng thoại số tuyến tính đầu vào Với những phương pháp nén tín hiệu xuống tốc độ thấp, phương pháp mã hoá dựa trên mô hình phát âm Mô hình này không có khả năng kết hợp tín hiệu thoại với các loại tín hiệu khác (nhiễu) Kết quả là chất lượng

âm thanh tạo ra lại giảm mạnh trong điều kiện nhiễu nền lớn

Để so sánh chất lượng tín hiệu của các phương pháp nén tốc độ thấp, người

ta thường dùng chỉ số MOS theo thang từ 0 (mức chất lượng thấp nhất) tới 5 (chất

G.729A 8 Kbps 4,2 10 ms 10,5 MIPS G.723.1 MPC-MLQ 5,3 & 6,4 Kb/s 3,98 & 3,5 30 ms 16 MIPS; 2200 từ nhớ

Hình 2.6 Đặc tính của các phương pháp nén thoại

số này được chuyển thành chuỗi bit và truyền đi Số bit mã hoá một khung thoại 10

ms là 80 bit Do đó tốc độ dòng bit mã hoá là 8 kb/s G729 cho chất lượng thoại tương đương chất lượng thoại của phương pháp ADPCM

Một phiên bản của chuẩn này được phát triển để giảm độ phức tạp của bộ

mã hoá - giải mã (codec) là G729A Đây là chuẩn mã hoá thường được sử dụng trong những ứng dụng truyền thoại và số liệu đồng thời

Vấn đề của kĩ thuật này là phát hiện khi nào người nói bắt đầu nói sau mỗi khoảng im lặng Bởi vì luôn có tạp âm nền (background noise) và chỉ có tín hiệu thoại thực sự mới được mã hoá và gửi đi Cơ chế phát hiện tích cực thoại (VAD-Voice Activation Detection) cho phép biết khi nào có tiếng nói thực sự, biên độ tiếng nói tăng vượt qua mức tạp âm nền VAD phải thích ứng khi mà mức tạp âm nền thay đổi liên tục và phải có cơ chế phản ứng nhanh khi tiếng nói bắt đầu nếu không sẽ bị mất thông tin

Nếu khoảng im lặng dài thì người nghe dễ nghĩ rằng thông tin bị gián đoạn

Do đó ở bên thu cần tạo ra tạp âm nền thường được gọi là comfort noise để tạo cảm giác dòng thông tin liên lạc thông suốt Tất nhiên, comfort noise thực sự không được gửi qua mạng

Thoại sau khi được mã hoá (nén) thành dòng bit có tốc độ không đổi, ví dụ 8 kb/s Tuy nhiên khi sử dụng kĩ thuật nén khoảng lặng thì tốc độ thực sự của tín hiệu

mã hoá thoại sẽ thay đổi liên tục phụ thuộc vào tốc độ âm phát ra Tín hiệu thoại sau khi mã hoá được đóng vào gói thì các gói sẽ được sinh ra theo từng đợt Nói nhanh thì tạo ra nhiều gói, nói chậm thì sinh ra ít gói, nếu im lặng thì không tạo ra gói nào Đặc điểm này cũng giống các loại dữ liệu được truyền trên mạng gói

2.3.2 Đóng gói tín hiệu thoại - Bộ giao thức RTP/RTCP

Tín hiệu thoại sau khi nén xuống tốc độ thấp được đóng gói lại để truyền đi trong mạng chuyển mạch gói Có nhiều cách thức đóng gói tín hiệu thoại để truyền trong mạng IP Một trong những cách thức được áp dụng nhiều nhất là bộ giao thức RTP/RTCP nhờ tính linh hoạt và khả năng giám sát trạng thái dòng thông tin một cách hiệu quả của nó

Giao thức RTP (Realtime Transport Protocol) cung cấp các chức năng giao

vận phù hợp cho các ứng dụng truyền dữ liệu mang đặc tính thời gian thực như là thoại và truyền hình tương tác Những dịch vụ của RTP bao gồm trường chỉ thị loại tải trọng (payload identification), đánh số thứ tự các gói, điền tem thời gian (phục

vụ cho cơ chế đồng bộ khi phát lại tín hiệu ở bên thu),

Đi cùng với RTP là giao thức RTCP (Realtime Transport Control Protocol)

có các dịch vụ giám sát chất lượng dịch vụ và thu thập các thông tin về những người tham gia vào phiên truyền RTP đang tiến hành

Một vài ứng dụng cả thử nghiệm cũng như thương mại đã được triển khai Những ứng dụng này bao gồm các ứng dụng truyền thoại, video và chuẩn đoán tình trạng mạng (như là giám sát lưu lượng) Tuy nhiên, mạng Internet ngày nay vẫn chưa thể hỗ trợ được đầy đủ các yêu cầu của dịch vụ thời gian thực Các dịch vụ sử dụng RTP đòi hỏi băng thông cao (như là truyền audio) có thể là giảm nghiêm trọng chất lượng của các dịch vụ khác trong mạng Như vậy, những người triển khai phải chú ý đến giới hạn băng thông sử dụng của ứng dụng trong mạng

2.3.3 Quá trình xử lí tín hiệu thoại trong media gateway

2.3.3.1 Các thành phần của một media gateway

Các quá trình nén thoại và đóng gói thoại như trình bày ở trên trong hệ thống VoIP được thực hiện hầu hết tại media gateway Cấu trúc một Media Gateway thường bao gồm thiết bị xử lí tín hiệu số DSP (Digital Signalling Proccessor) thực hiện chức năng xử lí tín hiệu thoại và bộ xử lí trung tâm CPU thực

hiện chức năng điều khiển cuộc gọi và cỏc giao thức IP/LAN/WAN Ngoài ra, cần thiết phải cú vựng nhớ RAM dựng chung giữa DSP và CPU để thực hiện việc chuyển thụng tin qua lại giữa DSP và CPU

Cỏc chức năng cụ thể của thiết bị xử lớ tớn hiệu DSP bao gồm:

 Cung cấp giao diện PCM với mạng PSTN

 Triệt tiếng vọng

 Tạo và phỏt hiện tớn hiệu tone

 Nộn và giải nộn thoại

Cỏc chức năng cụ thể của CPU bao gồm:

 Điều khiển cuộc gọi

 Đúng gúi và mở gúi cỏc gúi thoại IP

 Gửi cỏc gúi thoại IP ra giao diện mạng LAN/WAN

2.3.3.2 Quỏ trỡnh xử lớ tớn hiệu thoại

LAN/ WAN

Nhớ

đệm jitter thoại RTP

Điều khiển báo hiệu

Giao diện thiết bị Giao thức lớp liên kết

IP

TCP UDP

Các ứng dụng khác

ứng dụng điều khiển cuộc gọi H.323 Stack Gói thoại

giao thức UDP/IP và lớp liên kết

DSP

Hỡnh 2.7 Cấu trỳc media gateway và quỏ trỡnh xử lớ cuộc gọi

Tại Gateway phỏt, cỏc tớn hiệu thoại từ mạng PSTN qua cỏc giao diện PCM

được đưa vào DSP Ở đõy tớn hiệu thoại được xử lớ triệt tiếng vọng, nộn lại theo một thuật toỏn được thoả thuận trước giữa bờn thu và bờn phỏt và gửi đến CPU theo từng khối cú kớch thước nhất định tuỳ vào thuật toỏn nộn thoại sử dụng CPU lần lượt thờm vào cỏc khối tớn hiệu thoại mào đầu cỏc giao thức RTP, UDP, IP và mào đầu lớp liờn kết rồi gửi cỏc gúi này ra giao diện mạng LAN/WAN

Tại Gateway thu, cỏc gúi thoại IP được qua giao diện mạng IP được đưa vào

tới CPU xử lớ mào đầu giao thức UDP, RTP và cõn bằng cỏc biến động về độ trễ

của các gói (jitter) nhờ bộ nhớ đệm jitter Các gói sau đó được gửi sang bộ xử lí tín hiệu số DSP để thực hiện việc giải nén và đưa sang mạng PSTN qua các giao diện PCM

Mỗi DSP được thiết kế cho một số kênh thoại nhất định Vì vậy muốn tăng dung lượng Gateway cần phải lắp thêm các DSP tương ứng Tuy nhiên do khả năng

xử lí giới hạn của CPU nên số lượng kênh thoại trong Media Gateway vẫn bị giới hạn