Tìm hiểu công nghệ voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến

Tìm hiểu công nghệ voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Em xin chân thành cám ơn

MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

1.1 Tổng quan về công nghệ Voice IP 7

1.1.1 Giới thiệu chung 7

1.1.1.1 Giới thiệu 7

1.1.1.2 Các dịch vụ của Voice IP 7

1.1.1.3 Ưu, nhược điểm của công nghệ Voice IP 8

1.1.1.3.1 Ưu điểm 8

1.1.1.3.2 Nhược điểm 9

1.1.2 Cấu trúc phân lớp của hệ thống voice IP 10

1.1.3 Các mô hình truyền thoại Voice IP 11

1.1.3.1 Mô hình truyền thoại PC - PC 11

1.1.3.2 Mô hình truyền thoại PC - Phone 12

1.1.3.3 Mô hình truyền thoại Phone - Phone 13

1.1.4 Mạng IP 13

1.1.5 Quá trình thiết lập cuộc gọi qua mạng Voice IP 14

1.1.6 Cách thức hoạt động của mạng Voice IP 16

1.1.6.1 Số hóa tín hiệu analog 16

1.1.6.2 Lấy mẫu 17

1.1.6.3 Lượng tử hóa (Quantization) 18

1.1.6.4 Mã hóa (Encoding) 19

1.1.6.5 Nén giọng nói (Voice Compression) 19

1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Voice IP 21

1.1.7.1 Sự trễ 21

1.1.7.1.1 Trễ thuật toán (Codec delay) 21

1.1.7.1.2 Trễ do tạo gói (Paketization delay) 22

1.1.7.1.3 Trễ do lan truyền (Propagation delay) 22

1.1.7.1.4 Trễ chuyển phát gói (Serialization delay) 22

1.1.7.1.5 Trễ hàng đợi (Queuing delay) 23

1.1.7.2 Sự biến thiên độ trễ (Jitter) 23

1.1.7.3 Mất gói 24

1.1.7.3.1 Ảnh hưởng của mất gói 24

1.1.7.3.2 Phương pháp xử lý mất gói 24

1.2 Các giao thức sử dụng trong hệ thống truyền thoại Voice IP 25

1.2.1.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 25

1.2.1.2 Giao thức UDP (User Data Protocol) 30

1.2.1.3 Giao thức thời gian thực RTP (Real Time Protocol) 31

1.2.2 Các giao thức lớp mạng 33

1.2.2.1 Giao thức Internet (Internet Protocol – IP) 33

1.2.2.2 Các giao thức định tuyến 36

1.2.2.2.1 Định tuyến IP (Routing) 36

1.2.2.2.2 Các giao thức định tuyến 37

1.3 Giao thức khởi đầu phiên SIP – Secsion Initation Protocol 40

1.3.1 Khái quát về SIP 40

1.3.2 Các thành phần của SIP 41

1.3.2.1 User Agent (UA) 41

1.3.2.2 Máy chủ mạng (Network Server) 42

1.3.3 Đánh địa chỉ và đặt tên 43

1.4 H.323 và hệ thống báo hiệu trong Voice IP 44

1.4.1 Chồng giao thức H.323 45

1.4.2 Các thành phần trong hệ thống H.323 46

1.4.2.1 Thiết bị đầu cuối H.323 47

1.4.2.2 H.323 gateway 47

1.4.2.3 Gatekeeper 48

1.4.2.4 Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU 49

1.4.3 Các bước thực hiện cuộc gọi 49

1.4.3.1 Thiết lập cuộc gọi 49

1.4.3.2 Thiết lập kênh điều khiển 50

1.4.3.3 Thiết lập kênh truyền thông 50

1.4.3.4 Dịch vụ cuộc gọi 50

1.4.3.5 Kết thúc cuộc gọi 50

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 52

2.1 Mô tả ứng dụng 52

2.2 Phân tích chức năng 52

2.2.1 Yêu cầu chức năng 52

2.2.2 Yêu cầu phi chức năng 52

2.3 Cấu trúc chương trình 52

2.3.1 Lớp ChatServer 52

2.3.4 Lớp CommonSoundClass 53

2.3.5 Lớp Queue 53

2.3.6 Lớp Playback 53

2.3.7 Lớp Recoder 53

2.4 Thiết kế giao diện ứng dụng 54

2.4.1 Giao diện Client 54

2.4.2 Giao diện Server 54

CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 55

3.1 Môi trường triển khai 55

3.1.1 Phần cứng 55

3.1.2 Phần mềm 55

3.2 Kết quả demo của chương trình 55

3.3 Đánh giá và nhận xét 59

3.3.1 Kết quả làm được 59

3.3.2 Hạn chế 59

3.3.3 Hướng phát triển 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Trễ thuật toán của một số tiêu chuẩn mã hóa 22

Bảng 2 Cấu trúc một TCP header 26

Bảng 3 Cấu trúc Header UDP 31

Bảng 4 Cấu trúc RTP header 32

Bảng 5 Cấu trúc một báo cáo RTCP từ phía phát 33

Bảng 6 Subnet trong lớp B 34

Bảng 7 Cấu trúc IP header 35

Bảng 8 Cấu trúc bản tin ICMP 39

Bảng 9 Các loại sự cố mô tả trong bản tin ICMP 40

Bảng 10 Bảng phân loại các bản tin yêu cầu của SIP 44

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Mô hình truyền thoại PC to PC 12

Hình 2 Mô hình truyền thoại PC to Phone 13

Hình 4 Lấy mẫu 18

Hình 5 Lượng tử hóa 19

Hình 6 Packetizing voice 20

Hình 7 Quy trình thiết lập kết nối TCP 29

Hình 8 Giải tỏa kết nối TCP 30

Hình 9 Địa chỉ lớp IP 34

Hình 10 Giao thức SIP trong mô hình TCP/IP 40

Hình 11 Khuôn dạng bản tin SIP 41

Hình 12 Cấu trúc của SIP 41

Hình 13 Sơ đồ User Agent 42

Hình 14 Mối tương quan giữa mô hình phân lớp OSI và tập các giao thức sử dụng trong hệ thống H.323 45

Hình 15 Chồng giao thức H.323 46

Hình 16 Cấu trúc hệ thống H.323 47

Hình 17 Mô phỏng giao diện Client 54

Hình 18 Mô hình giao diện Server 54

Hình 19 Kết quả khi khởi động Client 55

Hình 20 Kết quả chạy khi không kết nối được với Server 56

Hình 21 Kết quả khi kết nối với Server thành công 56

Hình 22 Kết quả sau khi user: nguyenvanphuc vào phòng 57

Hình 23 Kết quả chạy khi thoát Server 57

Hình 24 Kết quả sau khi user: nguyenhuuthien vào phòng 58

Hình 25 Kết quả demo khi thực hiện chức năng chat giữa user: nguyenvanphuc và user: nguyenhuuthien 58

Hình 26 Kết quả demo khi thực hiện chức năng Talk giữa user: nguyenvanphuc và user: nguyenhuuthien 59

Hình 27 Kết quả khi chạy Server 59

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Tên đề tài

“Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến.”

2 Tầm quan trọng của đề tài

Các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng bao gồm các dịch vụ truyền thống và các dịch vụ mới Cơ sở cho sự phát triển của chúng chính nhờ vào sự phát

rằng sự đa dạng đó có được là nhờ vào các kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật chuyển mạch,

kỹ thuật phần mền… Do đó sự xuất hiện các công nghệ mới sẽ mạng lại những bướcđột phá cho các dịch vụ viễn thông để phục vụ cuộc sống tốt hơn

Chúng ta có thể phân chia các dịch vụ viễn thông theo một quan điểm nào đó tuynhiên việc phân loại theo các công nghệ chuyển mạch tỏ ra trực quan nhất Chúng ta

đã sử dụng 3 công nghệ chuyển mạch đó là: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói vàchuyển mạch thông báo Mỗi Loại chuhyển mạch có đặc trưng riêng do đó đi kèm với

nó là các dịch vụ viễn thông xác định

Tuy nhiên, với xu hướng đa dịch vụ hoá đòi hỏi chúng ta phải giải quyết các loạidịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng Để đáp ứng yêu cầu đó các nhà phát triển viễnthông không ngừng không ngừng nghiên cứu các giải pháp mới có tính khả thi và đãđạt được một số kết quả khả quan Cụ thể là với một số dịch vụ truyền thống vốn đòihỏi khắt khe về thời gian thực cũng như chất lượng mà trước đây chỉ phù hợp với côngnghệ chuyển mạch kênh thì bây giờ với sự hỗ trợ của các kỹ thuật mới cho phép chúng

ta thực hiện chúng trên chuyển mạch gói bởi vì chỉ có chuyển mạch gói mới có thể đápứng được yêu cầu của đa dịch vụ Một trong những giải pháp đó là việc truyền tín hiệuthoại trên giao thức internet (Voice Over IP) Do đó đề tài về công nghệ Voice IP sẽgiúp chúng ta tìm hiểu công nghệ mới giúp cho việc tích hợp dịch vụ thoại truyềnthống vào mạng đa dịch vụ và đặc biệt hữu ích đối với những sịnh viên sắp bước vàothực tế công nghệ

3 Mục đích chọn đề tài

- Tìm hiểu về Công nghệ Voice IP

- Xây dựng một ứng dụng truyền thoại demo về Voice IP

1.1. Tổng quan về công nghệ Voice IP

1.1.1 Giới thiệu chung

1.1.1.1 Giới thiệu

Voice IP viết tắt bởi Voice Over Internet Protocol là dịch vụ ứng dụng cho phéptruyền tải các cuộc đàm thoại sử dụng hạ tầng mạng IP

Nguyên tắc Voice IP gồm việc số hoá tín hiệu giọng nói, nén tín hiệu đã số hoá,chia tín hiệu thành các gói và truyền những gói số liệu này trên nền IP Đến nơi nhận,các gói số liệu được ghép lại, giải mã ra tín hiệu analog để phục hồi âm thanh ban đầu.Voice IP có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi như trên mạng điện thoại kênhtruyển thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu Do các

ưu điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên Voice IP hiệnnay được triển khai một các rộng rãi

Các cuộc gọi trong Voice IP dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cả chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói Trong mỗi loại chuyển mạch trên đều có ưu, nhược điểm riêngcủa nó Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh giành riêng cho hai thiết bị đầu cuối thôngqua các node chuyển mạch trung gian Trong chuyển mạch kênh tốc độ truyền dẫnluôn luôn cố định (nghĩa là băng thông không đổi), với mạng điện thoại PSTN tốc độnày là 64kbps, truyền dẫn trong chuyển mạch kênh có độ trễ nhỏ

Trong chuyển mạch gói các bản tin được chia thành các gói nhỏ gọi là các gói,nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng hệ thống lưu trữ và chuyển tiếp các gói tintrong nút mạng Đối với chuyển mạch gói không tồn tại khái niệm kênh riêng, băngthông không cố định có nghĩa là có thể thay đổi tốc độ truyền, kỹ thuật chuyển mạchgói phải chịu độ trễ lớn vì trong chuyển mạch gói không quy định thời gian cho mỗigói dữ liệu tới đích, mỗi gói có thể đi bằng nhiều con đường khác nhau để tới đích,chuyển mạch gói thích hợp cho việc truyền dữ liệu vì trong mạng truyền dữ liệu khôngđòi hỏi về thời gian thực như thoại, để sử dụng ưu điểm của mỗi loại chuyển mạch trênthì trong Voice IP kết hợp sử dụng cả hai loại chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

1.1.1.2 Các dịch vụ của Voice IP

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng cung cấp các sản phẩm phần cứng lẫnphần mềm để phục vụ cho công nghệ Voice IP như INTEL, RAD, DIALOGIC,SISCO, VOCALTEC… Điều này làm cho chất lượng Voice IP ngày càng được cảithiện Các dịch vụ của Voice IP bao gồm:

- Thoại thông minh: điện thoại truyền thống chỉ bao gồm 12 phím để điều khiển.

Kể từ khi internet phủ khắp toàn cầu thì điện thoại đã được tăng thêm tínhthông minh internet cung cấp các tiện ích điều khiển thoại một cách hiệu quả

- Dịch vụ tính cước cho bị gọi (Toll free): Thoại qua internet cho phép thực hiện

việc tính cước cho người bị gọi

- Dịch vụ callback Web: dịch vụ này cho phép bạn tạo các trang Web với các

phím để thực hiện các cuộc gọi trên đó

- Dịch vụ FAX qua IP: cho phép người gửi FAX sử dụng dịch vụ internet faxing

sẽ tiết kiệm được cả về cước phí lẫn kênh thoại Một trong những dịch vụ faxđược ưa chuộng đó là comfax

- Dịch vụ Call Center: gateway call center với công nghệ thoại qua internet cần

cho các nhà kiểm duyệt trang Web với các PC trang bị multimedial kết nối vớicác bộ phân phối các cuộc gọi tự động (ACD) Một ưu điểm của thoại IP là khảnăng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng một kênh

1.1.1.3 Ưu, nhược điểm của công nghệ Voice IP

sử dụng tài nguyên mạng khi thật sự có thông tin thoại cần truyền đi giữa các thêu bao.Quá trình tách dò tín hiệu thoại được thực hiện nhờ vào các bộ tách dò tín hiệu thoại(VAD – Voice Activity Detector) được trang bị trên các bộ mã hoá Chi phí của cáccuộc gọi đường dài qua đường IP có thể chỉ được tính cho các kết nối từ thuê bao đếncác điểm cung cấp dịch vụ

 Đơn giản hoá cấu hình mạng

Với việc sử dụng mô hình truyền thoại Voice IP, cho phép quá trình truyền thoại và

dữ liệu trên cùng một mạng Do vậy mà giảm được các chi phí cho việc lắp đặt thiết bị

duy nhất cho việc cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ nên làm đơn giản hoá cấu hìnhmạng, giảm số lượng thiết bị trên mạng.

 Đảm bảo độ tin cậy và tính bảo mật cho các dịch vụ thoại

Độ tin cậy của mạng phản ảnh khả năng đáp ứng của mạng trong các trường hợp

có hư hỏng xảy ra đối với các đường truyền hay thiết bị trên mạng Sử dụng các giaothức định tuyến có khả năng dò các sai hỏng trên đường truyến và việc tìm kiếm mộtđường truyền khác thay thế cho các đường truyền có sự cố cũng là một phương phápđảm bảo tính tin cậy của mạng Đối với mạng Voice IP với việc sử dụng các thànhphần quản lý mạng có khả năng kiểm tra trạng thái của thiết bị kết nối trực tiếp đến nó,cho phép mạng Voice IP có khả năng phát hiện hư hỏng tức thời và có cách xử lý thíchhợp

Bên cạnh việc đảm bảo độ tin cậy cho mạng Voice IP thì việc đảm bảo tính an toàn

và bảo mật cho các cuộc đàm thoại cũng hết sức quan trọng Để đảm bảo được tính antoàn và bảo mật cho các gọi qua mạng, hệ thống Voice IP sử dụng các giao thức bảomật như RADIUS hay SSH Bên cạnh đó việc sử dụng cơ chế đánh địa chỉ riêng haycác phương thức lọc gói cũng cho phép đảm bảo được tính bảo mật của mạng thoạiVoice IP

1.1.1.3.2 Nhược điểm

 Chất lượng dịch vụ chưa cao

Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây dựng với mục đích truyền thoại thời gianthực, vì vậy khi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi không đượcđảm bảo trong trường hợp mạng xảy ra tắc nghẽn hoặc có độ trễ lớn Tính thời gianthực của tín hiệu thoại đòi hỏi chất lượng truyền dữ liệu cao và ổn định Một yếu tốlàm giảm chất lượng thoại nữa là kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền Nếu nénxuống dung lượng càng thấp thì kỹ thuật nén càng phức tạp, cho chất lượng không cao

và đặc biệt là thời gian xử lý sẽ lâu, gây trễ

 Vấn đề tiếng vọng

Nếu như trong mạng thoại, độ trễ thấp nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều thìtrong mạng IP, do trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại

Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện

do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các góithông tin khi truyền trên mạng Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cầnthiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn(để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói

bị thất lạc… Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder) phải đủ nhanh đểkhông làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cầnđược nâng cấp để có tốc độ cao hơn hoặc phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS(Quality of Service) Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trởnên phức tạp

1.1.2 Cấu trúc phân lớp của hệ thống voice IP

Voice IP là hệ thống truyền thoại sử dụng họ giao thức TCP/IP Trong Voice IP,các bộ xử lý số tín hiệu (digital signal processer – DSP) có chức năng mã hoá, phânđoạn tín hiệu thoại thành các khung, sau đó thực thi quá trình đóng gói để thiết lập cácgói thoại có khả năng vận chuyển trên mạng thông qua việc sử dụng các giao thứcthuộc họ TCP/IP

Như vậy Voice IP là trình ứng dụng được xây dựng trên cơ sở hạ tầng của hệ thốngmạng TCP/IP Một tập các giao thức báo hiệu được thiết lập để phục vụ cho quá trìnhthiết lập kết nối và điều khiển cuộc đàm thoại Các giao thức báo hiệu qui định cấutrúc mạng Voice IP và tập các giao thức được sử dụng trong mạng, tùy theo mỗi giaothức báo hiệu khác nhau mà ta có các cấu trúc mạng khác nhau cũng như quá trình báohiệu, thiết lập kết nối khác nhau Tuy nhiên các mạng Voice IP đều giống nhau ở quátrình mã hóa và gói hóa các tín hiệu thoại cũng như quá trình truyền các gói thoạitrong mạng IP Các tín hiệu thoại sau khi được mã hoá và đóng gói được chuyển vậngiữa các đầu cuối sử dụng giao thức thời gian thực RTP (Realtime Transport Protocol).RTP là giao thức cung cấp các phương thức phục vụ cho quá trình truyền thông các tínhiệu thời gian thực qua mạng RTP sử dụng UDP là phương tiện truyền tải cho các góitin của nó

Các lớp dưới là cơ sở hạ tầng của mạng IP, là phương tiện cho các quá trình traođổi thông tin giữa các đầu cuối trên mạng

Các thành cơ bản của một mạng Voice IP phụ thuộc vào loại giao thức báo hiệu mà

nó sử dụng Tuy vậy các thành phần này đều được thiết lập trên một nguyên tắc chung.Nhìn chung một mạng Voice IP gồm ba thành phần chính sau đây:

- Các đầu cuối: là thành phần giao tiếp với người sử dụng, là phương tiện cung

cấp các dịch vụ thoại trực tiếp đến người sử dụng

- Cổng giao tiếp: thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng thoại truyền thống

PSTN và mạng Voice IP Các chức năng của nó bao gồm: mã hoá tín hiệu,chuyển đổi định dạng số, chuyển đổi giao thức báo hiệu…

- Thành phần quản lý: thực hiện chức năng quản lý các thành phần thiết bị hiện

diện trên mạng…

Đối với các hệ thống Voice IP được thiết lập theo chuẩn H.323, các thành phầntrên tương đương với các đầu cuối_terminal (có thể là điện thoại IP, hay PC trang bịphần mềm truyền thoại), gateway và gatekeeper

Trên cơ sở sử dụng linh hoạt các thành phần này trong mạng, hệ thống Voice IP cóthể cung cấp các phương thức thực hiện cuộc gọi trong mạng khác nhau

1.1.3 Các mô hình truyền thoại Voice IP

1.1.3.1 Mô hình truyền thoại PC - PC

Đây là mô hình phát triển đầu tiên của các hệ thống truyền thoại qua mạng IP Hệthống này được thực hiện trên cơ sở sử dụng các phần mềm được phát triển riêng choviệc truyền thoại giữa các máy tính Các phần mềm này có các tính năng gói hoá cáctín hiệu thoại để có thể truyền qua hệ thống mạng IP đến máy đích Quá trình xử lýngược lại sẽ được thực hiện tại máy đích nhằm chuyển đổi các gói thoại trở về dạng tínhiệu thoại ban đầu để truyền đến tai người nghe

Mô hình này thường được áp dụng trong phạm vi tổ chức hay công ty nhằm đápứng các nhu cầu liên lạc mà không cần phải trang bị thêm hệ thống tổng đài nội bộ.Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống Internet cùng với chất lượng

cơ sở hạ tầng mạng IP không ngừng được cải thiện Nhiều dịch vụ sử dụng mô hìnhnày đã được phổ biến như: NetMeeting, VoiceChat,…

Hình 1 Mô hình truyền thoại PC to PC

1.1.3.2 Mô hình truyền thoại PC - Phone

Việc phát triển mô hình truyền thoại PC to PC cho thấy khả năng phát triển hệthống Voice IP trên diện rộng là rất khó khăn vì không cung cấp việc tích hợp vớimạng thoại hiện có đồng thời không thân thuộc với người sử dụng như mạng PSTN

Để đáp ứng nhu cầu tích hợp với mạng thoại PSTN, mô hình truyền thoại PC to Phone

đã ra đời Hệ thống này cung cấp cơ chế giao tiếp với mạng PSTN cũng như việcchuyển đổi địa chỉ IP sang số điện thoại thông thường sử dụng trên mạng PSTN Với

mô hình này cho phép thiết lập cuộc gọi từ một máy tính được trang bị phần mềmtruyền thoại trên mạng đến bất kì một máy điện thoại nào trên mạng PSTN thông quađường liên kết IP

Để thực hiện cuộc gọi qua mạng như trên, hệ thống phải trang bị các gateway làthành phần giao tiếp giữa mạng PSTN truyền thống với mạng Voice IP Theo đógateway sẽ thực hiện chức năng chuyển đổi số IP sang số điện thoại tương ứng vàngược lại, cũng như thực hiện các cơ chế chuyển đổi giao thức báo hiệu giữa hai mạng

IP và PSTN

Hình 2 Mô hình truyền thoại PC to Phone

1.1.3.3 Mô hình truyền thoại Phone - Phone

Mô hình truyền thoại Voice IP được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là Phone to

cung cấp các cơ chế chuyển đổi giao thức truyền thoại cũng như báo hiệu giữa mạngthoại PSTN với mạng thoại qua IP.

Mô hình này gây được sự chú ý cho công nghệ truyền thoại qua IP vì nó tiếp cậnđược với mọi tầng lớp người sử dụng với việc sử dụng máy điện thoại và cách quay sốthông thường để thực hiện cuộc gọi qua mạng IP

Trong mô hình này người sử dụng dùng một mã số đặc biệt gọi là giá trị cổng kếtnối giữa PSTN và mạng IP rồi nhấn số điện thoại cần gọi Quá trình chuyển đổi giaothức giữa mạng thoại và mạng IP sẽ được thực hiện tại gateway

Hình 3 Mô hình truyền thoại Phone to Phone

Để thực hiện chức năng là tuyến trục trong hệ thống Voice IP, mạng IP phải đảmbảo cho việc phân phối các gói thoại cũng như các gói báo hiệu đến các thành phầncủa hệ thống Voice IP Do sự khác nhau về tính chất của các gói báo hiệu và các góithoại mà mạng IP phải có cách xử lý chúng khác nhau Bên cạnh đó mạng IP còn thựchiện chức năng cơ bản của nó là truyền dữ liệu Do vậy mà mạng IP cần phải xác lập

cơ chế ưu tiên cho từng loại lưu lượng truyền trên mạng cũng như các phương thứcchia sẽ tài nguyên mạng cho từng loại dịch vụ khác nhau

Do Voice IP sử dụng IP là phương tiện truyền tải thông tin thoại, do đó nó thể hiện

sự khác biệt cơ bản trong phương thức truyền thoại với các hệ thống chuyển mạchkênh Mạng chuyển mạch kênh là mạng sử dụng cơ chế ghép kênh phân chia theo thời

băng thông của kênh đó cho cuộc gọi được thiết lập qua mạng, bất kể có tín hiệu thoạitruyền trên kênh đó hay không IP khác mạng chuyển mạch kênh ở chỗ nó dựa trênnền tảng chuyển mạch gói, với việc thiết lập các kênh ảo để thực hiện việc truyền thoạigiữa các đầu cuối, các kênh thoại có thể cùng chia sẻ băng thông của đường truyền.Mạng IP chỉ cấp băng thông cho cuộc gọi khi thật sự có thông tin cần gửi đi nếu không

nó sẽ dành băng thông cho các dịch vụ khác

Các lớp dịch vụ (class of service) trên mạng IP sẽ đảm bảo rằng các gói của mộtứng dụng bất kì sẽ được cấp phát một mức ưu tiên nào đó cho việc truyền tải các tínhiệu trên mạng Việc phân định các mức ưu tiên nhằm xác định các phản ứng củamạng đối với các gói dữ liệu của một loại dịch vụ nhất định trong các trường hợp xảy

ra sự cố trên mạng Sự xác định các mức ưu tiên này là cần thiết cho ứng dụng truyềnthoại qua mạng IP vì nó đảm bảo rằng các dịch vụ thoại sẽ không bị ảnh hưởng bởi cácdòng lưu lượng dữ liệu cùng được chuyển vận trên mạng

Như vậy có thể coi IP là phần lõi của hệ thống truyền thoại qua IP vì nó cung cấptất cả các phương tiện cho việc chuyển vận các gói thoại qua mạng Mạng IP khôngquan tâm đến nội dung thông tin của các gói thoại cũng như của các gói dữ liệu đượcchuyển vận qua nó Mà nó chỉ dựa vào việc phân định loại dịch vụ cần cung cấp để cócác cơ chế thích hợp trong việc thiết lập ưu tiên cho các gói thoại để đảm bảo tính chấtthời gian thực của thông tin thoại

1.1.5 Quá trình thiết lập cuộc gọi qua mạng Voice IP

Việc thiết lập cuộc gọi qua mạng dữ liệu đòi hỏi việc thực thi các quá trình tương

tự mạng thoại truyền thống như cung cấp âm hiệu quay số, các âm hiệu hồi âm chuôngcũng như việc cung cấp tín hiệu chuông cho các tín hiệu đầu cuối trên mạng để thôngbáo có cuộc gọi đến, … Quá trình xử lý cuộc gọi trong mạng Voice IP thông qua sửdụng các giao thức được thiết lập trên cấu trúc phân lớp của hệ thống được mô tả bằngcác tiến trình sau:

- Khi người sử dụng nhấc máy, thông tin về trạng thái nhấc máy được gửi đến

phần ứng dụng báo hiệu của hệ thống Voice IP được thiết lập ở lớp phiên

- Đáp ứng cho yêu cầu gởi đến, các ứng dụng ở lớp phiên sẽ phát âm hiệu mời

quay số đồng thời chờ thuê bao quay số

- Thuê bao quay số điện thoại cần gọi, các số này được tổng hợp và lưu trữ trong

ứng dụng lớp phiên của Voice IP

- Sau khi đã nhận đủ số phù hợp với các thông số được cấu hình cho các đầu cuối

trên mạng, số điện thoại được chuyển đổi sang địa chỉ IP của một đầu cuốitương ứng trên mạng thông qua bảng cơ sở dữ liệu được thiết lập trong hệthống Đầu cuối này có các kết nối đến thuê bao bị gọi hay đến các tổng đài cókhả năng hoàn thành quá trình thiết lập cuộc gọi đến thuê bao bị gọi

- Lớp phiên sau đó sẽ thực thi một trong số các giao thức báo hiệu như H.323,

SIP,… để thiết lập một kênh phát và một kênh thu cho mỗi hướng thông quamạng IP

- Nếu các cuộc gọi được gửi đến tổng đài để xử lý thì tổng đài có chức năng

chuyển tiếp cuộc gọi đến thuê bao bị gọi Nếu mạng được cấu hình sử dụnggiao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) thì giao thức này sẽ có chứcnăng quản lý các tài nguyên trên mạng để đảm bảo chất lượng của các dịch vụtrên mạng

- Cơ chế mã hoá và giải mã tín hiệu được thực thi ở lớp trình diễn cài đặt trên hai

đầu cuối để thực thi quá trình gói hoá tín hiệu thoại được truyền qua mạng Cácthông tin được mã hoá của cuộc hội thoại sẽ được truyền qua mạng sử dụng tậpgiao thức RTP, UDP và IP

- Voice IP sử dụng hệ thống báo hiệu trong băng, theo đó tất cả các chỉ thị cho

tiến trình của cuộc gọi cũng như các thông tin báo hiệu khác phục vụ cho tiếntrình thiết lập kết nối giữa hai đầu cuối đều được truyền qua các đường thoạingay khi kênh thoại được thiết lập giữa hai đầu cuối Các thông tin báo hiệuđược nhận biết qua các cổng thoại và được xử lý ở lớp phiên tại các đầu cuối

- Khi bất kì một đầu cuối nào gác máy chỉ thị rằng cuộc hội thoại kết thúc, việc

quản lý tài nguyên cấp phát cho cuộc gọi của RSVP được xoá bỏ và phiên liênlạc kết thúc Các đầu cuối lại trở về trạng thái rỗi, sẵn sàng cho các cuộc gọitiếp theo

1.1.6 Cách thức hoạt động của mạng Voice IP

1.1.6.1 Số hóa tín hiệu analog

Biểu diễn tín hiệu tương tự (analog) thành dạng số (digital) là công việc khó khăn.

Vì bản thân dạng âm thanh như giọng nói con người ở dạng analog do đó cần một sốlượng lớn các giá trị digital để biểu diễn biên độ (amplitude), tần số (frequency) và pha(phase), chuyển đổi những giá trị đó thành dạng số nhị phân (zero và one) là rất khókhăn Cần thiết cần có cơ chế dùng để thực hiện sự chuyển đổi này và kết quả của sựphát triển này là sự ra đời của những thiết bị được gọi là codec (coder-decoder) hay làthiết bị mã và giải mã

Tín hiệu đện thoại analog (giọng nói con người) được đặt vào đầu vào của thiết bịcodec và được chuyển đổi thành chuỗi số nhị phân ở đầu ra Sau đó quá trình này thựchiện trở lại bằng cách chuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng quitrình codec

Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa (digitizing) một tín hiệu tương tự(analog):

 Lấy mẫu (Sampling)

 Lượng tử hóa (Quantization)

 Mã hóa (Encoding)

 Nén giọng nói (Voice Compression)

Multiplexing: Ghép kênh là qui trình chuyển một số tín hiệu dồng thời qua một

phương tiện truyền dẫn

PAM (pulse-amplitude modulation)- điều chế biên độ xung

TDM (Time Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo thời gian: Phân

phối khoảng thời gian xác định vào mỗi kênh, mỗi kênh chiếm đường truyền cao tốctrong suốt một khaỏng thời gian theo định kì

FDM (Frequency Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗi

kênh được phân phối theo một băng tần xác định, thông thường có bề rộng 4Khz chodịch vụ thoại

PCM (Pulse code modulation)- Điều chế theo mã: là phương pháp thông dụng

nhất chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital ( và ngược lại) để có thể vậnchuyển qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số

Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình chính:

Tiến trình này hoạt động như sau:

Giai đoạn đầu tiên cuả PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị sốhoá), nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dưới dạng chuỗi PAM Các mẫu PAM códãi biên độ nối tiếp nhau, sau đó phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn cáckhoảng

Tất cả các mẫu với các biên độ nào đó nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệtnào thì được gán cùng mức giá trị cuả khoảng đó Công việc này được gọi là “lượng tửhoá”

Cuối cùng trong bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu được lương tử hoá đượcbiểu diễn bởi các mã nhị phân

1.1.6.2 Lấy mẫu

Hình 4 Lấy mẫu

Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10Khz Tuynhiên, hầu hết năng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này Do đó để tiếtkiệm băng thông trong các hệ thống truyền được ghép kênh theo FDM và cả TDM Các kênh điện thoại thường giới hạn băng tần trong khoảng từ 300 đến 3400Hz.Tuy nhiên trong thực tế sẽ có một ít năng lương nhiễu được chuyển qua dưới dạng cáctần số cao hơn tần số hiệu dụng 3400Hz

Do đó phổ tẩn số có thể được mở rộng đến 4Khz, theo lý thuyết Nyquist: khi mộttín hiệu thì được lấy mẫu đồng thời ở mỗi khoảng định kì và có tốc độ ít nhất bằng hailần phổ tần số cao nhất, sau đó nhũng mẫu này sẽ mang đủ thông tin để cho phép việctái tạo lại chính xác tín hiệu ở thiết bị nhận Với phổ tần số cao nhất cho thoại là4000Hz hay 8000 mẫu được lấy trong một giây, khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125micro giây

1.1.6.3 Lượng tử hóa (Quantization)

Hình 5 Lượng tử hóa

Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác cho mỗimẫu được lấy Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với biên độ(theo chiều cao) của mẫu

Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối với biên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượtmỗi mẫu sẽ được so sánh với một tập hợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp

xỉ với nó Qui định rằng tất cả các mẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử đượcxem có cùng giá trị Sau đó giá trị gán được dùng trong hệ thống truyền

Sự phục hồi hình dạng tín hiệu ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại

1.1.6.4 Mã hóa (Encoding)

Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức haygiá trị Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu Bảy bítcòn lại biểu diễn cho độ lớn; bit đầu tiên chỉ nữa trên hay nữa dưới của dãy, bit thứ haichỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục

Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại.Dùng bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông Với tùy chọn này thímột kênh có thể mang nhiều cuộc gọi dồng thời

Mặc dù kỉ thuật mã hóa PCM 64 Kps hiện hành là phương pháp được chuẩn hóa,nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt.Các phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM,nhờ đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số Chắc hẳn, các mã hóa tốc

độ thấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và méo tần số

Một số ví dụ hệ thống mã hóa tiếng nói tốc độ thấp:

CVSD( Continuously variable slope delta modulaton) Kỹ thuật này là một dẫn xuấtcủa điều chế delta, trong đó một bit đơn dùng để mã hóa mỗi mẫu PAM hoặc lớn hơnhoặc nhỏ hơn mẫu trước đó Vì không hạn chế bởi 8 bit, mã hóa có thể họat đông ở tốc

độ khác nhau vào khỏang 20 Kps

ADPCM( Adaptive differential PCM): Kỹ thuật này là một dẫn xuất của PCMchuẩn, ở đó sự khác biệt giữa các mẫu liên tiếp nhau được mã hóa, thay vì tất cả cácmẫu điều được mã hóa, được truyền trên đường dây CCITT có đề nghị một chuẩnADPCM 32 Kps, 24 Kps, 16Kbs cho mã hóa tiếng nói

Chuẩn PCM thì cũng được biết như chuẩn ITU G.711

Tốc độ G.711: 64 Kps=(2*4 kHz)*8 bit/mẫTốc độ G.726: 32 Kps=(2*4 kHz)*4 bit/mẫTốc độ G.726: 24 Kps=(2*4 kHz)*3 bit/mẫTốc độ G.726: 16 Kps=(2*4 kHz)*2 bit/mẫu

Hình 6 Packetizing voice

Mỗi một khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia thànhnhững phần nhỏ, để đặt vào gói IP, Voice IP thì không hiệu qua cho những gói tin nhỏ,trong khi những gói tin lớn thì tạo ra nhiều độ trễ, do ảnh hưởng của vài loại header

mà kích thưóc cuả dữ liệu thoại (voice data ) cũng sẽ ảnh hưởng

Ví dụ header cuả IP, UDP, RTP là 40 byte, nếu gói tin voice cũng chỉ khoảng 40byte thì hoàn toàn không hiệu quả, kích thước gói tin lớn nhất có thể trong môi trườngEthernet là 1500 byte, dùng 40 byte cho header còn lại 1460 byte có thể sử dụng chophần dữ liệu thoại, tương đương với 1460 mẫu(samples) không được nén hay thời gian

để đặt phần dữ liệu vào gói tin Nếu gói bị mất nhiều hay đến đích không đúng thứ tự

sẽ làm cho cuộc thoại bị ngắt quãng

Thông thường, cần khoảng 10us đến 30 us (trung bình là 20us) để đặt dữ liệu thoạivào bên trong gói tin, ví dụ phần dữ liệu thoại(voice data) vơí kích thước 160 bytekhông nén cần khoảng 20us để đặt phần dữ liệu thoại vào bên trong gói tin Số lượng

dữ liệu thoại bên trong gói tin cần cân bằng giữa sự hiệu quả trong sử dụng băng thông

và chất lượng của cuộc thoại

1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Voice IP

Chất lượng của âm thanh được khôi phục qua mạng điện thoại là mục tiêu cơ bảncủa dịch vụ, mặc dù các chỉ tiêu chuẩn đã được ITU phát triển Có 3 nhân tố có thể ảnhhưởng sâu sắc tới chất lượng của dịch vụ thoại:

1.1.7.1 Sự trễ

Dịch vụ thoại cũng như các dịch vụ thời gian thực khác có giới hạn nghiêm ngặt về

độ trễ trong việc truyền tải các gói thoại giữa các đầu cuối Nếu độ trễ quá lớn có thểgây ra các ảnh hưởng xấu đến chất lượng của tín hiệu thoại như ngắt quãng quá trìnhđàm thoại hay gây ra tiếng vang (echo)

Các nguyên nhân gây trễ trên mạng Voice IP:

1.1.7.1.1 Trễ thuật toán (Codec delay)

Đây là độ trễ do các bộ codec tạo ra và là thời gian thực thi của các thuật toán mãhóa Độ trễ mã hóa phụ thuộc vào từng loại thuật toán mã hóa Các thuật toán mã hóa

Tiêu chuẩn

mã hóa

Giải thuậtnén

Tốc độKbit/s

Trễ mã hóa(ms)

Trễ giải mã(ms)

Bảng 1 Trễ thuật toán của một số tiêu chuẩn mã hóa

1.1.7.1.2 Trễ do tạo gói (Paketization delay)

Các loại gói thường bao gồm hai hay nhiều mẫu thoại, do vậy mà phía phát phảichờ trong khoảng thời gian bằng bội số thời gian tạo mẫu thoại trước khi có thể phátgói đi Đây là độ trễ gây ra do quá trình gói hóa thoại Quá trình đóng gói thoại đượcthực hiện nhằm giảm sự hao phí băng thông cho phần tiêu đề được gởi kèm theo cáctín hiệu thoại

Để giảm độ trễ, các gói thoại trong mạng Voice IP thường có kích thước nhỏ Tuyvậy nếu kích thước của gói thoại quá nhỏ sẽ làm tăng sự hao phí băng thông trên mạng

do phần tiêu đề gởi kèm theo mỗi gói chiếm tỉ lệ lớn trên tổng kích thước của mỗi gói.Chuẩn RFC qui định rằng chu kì gói hóa ngầm định đối với dịch vụ trên mạngVoice IP là 20ms Tuy vậy một số tiêu chuẩn mã hóa có thể có các qui định khác, nhưtiêu chuẩn G.723.1 tạo các khung thoại có độ dài 30ms và mỗi khung sẽ được phát đinhư một gói thoại với sự bổ sung phần tiêu đề của kênh RTP

1.1.7.1.3 Trễ do lan truyền (Propagation delay)

Độ trễ do lan truyền là thời gian để các tín hiệu lan truyền trên đường truyền giữacác đầu cuối Thông thường độ trễ này là không đáng kể vì tốc độ lan truyền của tínhiệu tương đối lớn Độ trễ này chỉ được tính đến trong độ trể của toàn mạng khi cự lycủa đường truyền lớn

1.1.7.1.4 Trễ chuyển phát gói (Serialization delay)

Quá trình chuyển phát gói cũng là một nguyên nhân gây ra độ trễ lớn trên mạng

Nó là thời gian cần thiết để chuyển phát một gói dữ liệu lên đường truyền vật lý từ mộtnút mạng Độ trễ này phụ thuộc vào tốc độ giao tiếp của các đường truyền vật lý mà hệ

Thêm vào đó độ trễ này còn tăng lên theo số nút mạng mà gói sẽ đi qua, vì mỗi nútmạng đều thực thi quá trình chuyển phát gói lên đường liên kết giữa nó với nút mạnglân cận.

Mặc dù độ trễ do chuyển phát gói là không loại bỏ được nhưng nếu sử dụng cácgiao tiếp có tốc độ cao, và hạn chế các đường liên kết mà các gói đi qua thì có thể tốithiểu được độ trễ này

1.1.7.1.5 Trễ hàng đợi (Queuing delay)

Độ trễ hàng đợi là thời gian mà các gói thoại phải nằm chờ trong các bộ đệm trướckhi nó được phát đi Thời gian trễ này là một đại lượng biến thiên được qui định bởilưu lượng tải trên mạng Khi lưu lượng tải qua mạng thấp, các gói thoại có thể đượcchuyển phát đi ngay mà không cần phải đưa vào bộ đệm Tuy vậy khi lưu lượng đi quamột nút mạng lớn, tốc độ xử lý của các nút mạng không đáp ứng được tốc độ luồnglưu lượng đến, các gói phải chờ trong các hàng đợi, độ trễ hàng đợi có thể làm chotổng độ trễ trên toàn mạng lớn

Để đảm bảo độ trễ đối với các gói thoại là thấp nhất,mạng IP cần xác lập cơ chế ưutiên trong việc xử lý và phân phát gói thoại

1.1.7.2 Sự biến thiên độ trễ (Jitter)

Như đã đề cập ở chương 5, Jitter là độ chênh lệch về khoảng cách giữa các gói ởđầu thu so với khoảng cách chuẩn qui định Khi các khung được phát qua một mạng

IP, tổng thời gian trễ mà mỗi khung trải qua có thể khác nhau Sở dĩ như vậy là vì cácgói thoại được xử lý hoàn toàn độc lập nên tổng độ trễ hàng đợi, thời gian xử lý,truyền phát gói có thể biến đổi tùy thuộc vào tải tổng thể trong mạng cũng như cấutrúc của mạng Do đó mặc dù các khung thoại đều do cùng một nguồn tạo ra tại cáckhoảng thời gian đều đặn, thì phía đích thường vẫn không thu được các khung nàytrong các khoảng thời gian bằng nhau vì sự chênh lệch về độ trễ của các gói trongmạng

Jitter sẽ làm cho các đầu cuối thu không xử lý kịp trong trường hợp khoảng cáchgiữa các gói thoại quá ngắn và đồng thời cũng có thể làm cho phía thu hiểu nhầm các

Phương pháp chung để xử lý đối với jitter là giữ các khung thoại tại bộ đệm chophép các khung chậm nhất cũng tới kịp thời để được đọc theo một thứ tự đúng trongnhững khoảng thời gian xác định Lượng jitter càng lớn thì một số khung càng đượcgiữ lâu trong bộ đệm và sẽ tạo ra thêm thời gian trễ Độ trễ này gọi là độ trễ gây ra do

bộ đệm jitter

Để giảm thiểu độ trễ gây ra do bộ nhớ đệm, bộ nhớ đệm jitter thích nghi được sửdụng Nguyên tắc hoạt động của bộ nhớ này là nếu lượng jitter trong mạng nhỏ thìkích thước bộ đệm sẽ nhỏ Nếu jitter tăng lên do tải của mạng tăng thì kích thước bộđệm sẽ tự động tăng để bù lại

Như vậy, jitter trong mạng sẽ làm xấu chất lượng thoại ở mức độ nó làm tăng trễ từđầu cuối tới đầu cuối do có bộ đệm Đôi khi nếu jitter quá lớn, bộ nhớ đệm có thể chophép mất một số khung để duy trì thời gian trễ gây ra bởi hiện tượng jitter không quálớn

1.1.7.3 Mất gói

1.1.7.3.1 Ảnh hưởng của mất gói

Như đã đề cập ở phần đầu, mất gói là hiện tượng không thể tránh được do cơ chếphân phối không kết nối cũng như không đảm bảo tính tin cậy của mạng IP Khác vớicác dịch vụ truyền dữ liệu, mất gói có thể được khắc phục nhờ các cơ chế phát lại góiđược thiết lập ở lớp truyền tải, như sử dụng giao thức TCP chẳng hạn Trong thông tinthoại, do tính chất thời gian thực của chúng, không cho phép sử dụng cơ chế phát lại vì

sẽ làm tăng độ trễ của mạng

Trong thông tin thoại, mặc dù xác suất mất gói có thể được chấp nhận ở một mức

độ nhất định tuy vậy mất gói đồng nghĩa với việc mất đi các mẫu thoại có thể dẫn đếnđứt quãng trong quá trình đàm thoại Do vậy mà chất lượng của mạng thoại còn chịuảnh hưởng bởi cách xử lý của các đầu cuối đối với phần khung bị xóa

1.1.7.3.2 Phương pháp xử lý mất gói

Trong trường hợp đơn giản nhất, các đấu cuối sẽ bỏ qua các khe trống trong dòngthoại nếu một mẫu thoại bị mất Nghĩa là các nội dung thoại chứa trong các mẫu thoại

bị mất sẽ bị bỏ qua Điều này có thể chấp nhận được nếu xác suất mất gói thấp vìthông tin thoại không yêu cầu độ chính xác cao.

Tuy nhiên nếu quá nhiều khung bị mất, tiếng nói sẽ bị đứt đoạn với các âm tiếthoặc các từ bị mất, một phương pháp có thể được sử dụng để khôi phục lại các đoạnthoại bị mất là phát lại mẫu thoại ngay trước đó Phương pháp này làm việc tốt nếu chỉ

có vài mẫu bị mất trong toàn bộ quá trình đàm thoại và không liên tục Để đối phó vớicác lỗi nhóm, tương ứng nhiều mẫu thoại bị mất, người ta thường phải dùng phươngpháp nội suy Dựa vào các mẫu thoại trước đó, bộ giải mã sẽ dự đoán các khung bị mất

có thể là gì Kĩ thuật này được gọi là kỹ thuật che dấu sự mất gói (Packet LossConcealment)

1.2 Các giao thức sử dụng trong hệ thống truyền thoại Voice IP

1.2.1 Các giao thức lớp truyền tải

1.2.1.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol)

Giao thức TCP được dùng làm giao thức kết nối với độ tin cậy cao giữa hai hosttrong mạng máy tính hiện nay Trong ứng dụng truyền thoại Voice IP, giao thức TCPđược dùng làm phương tiện vận chuyển các gói báo hiệu nhờ có độ tin cậy cao TCPcung cấp các khả năng:

- Cơ sở truyền dữ liệu: TCP có thể truyền liên tục các dòng octec theo hướng bất

kì giữa hai host trên mạng bằng cách đóng gói các octec

- Độ tin cậy: trong trường hợp data bị mất, bị hư, bị lặp lại hoặc sai thứ tự ban

đầu, data phải được truyền lại Nếu đầu thu nhận đúng dữ liệu sẽ gởi tín hiệukhẳng định ACK (Acknowledgment) về đầu phát Nếu đầu gởi không nhậnđược ACK, data sẽ được phát lại Tại đầu thu, các octec cũng được đánh số thứ

tự để sắp xếp lại các đoạn đến sai trật tự và loại bỏ các đoạn bị trùng lặp Data

bị hư có thể sửa sai bằng cách thêm trường checksum vào mỗi đoạn phát đi vàkhiểm tra lại tại đầu thu, nếu không tương hợp data sẽ bị loại bỏ

- Kiểm tra dòng: TCP cung cấp cho đầu thu khả năng kiểm tra số byte đã phát đi

ban đầu từ nguồn Sau mỗi đoạn dữ liệu nhận được thành công, đầu thu phản

- Phân kênh: Để cho phép nhiều quá trình đồng xảy ra trong một host duy nhất,

TCP kết hợp tổ hợp các địa chỉ kết hợp giữa địa chỉ mạng IP và địa chỉ port tạothành các địa chỉ socket riêng biệt cho phía thu và phía phát Mỗi cặp địa chỉkết hợp xác định một kết nối duy nhất

- Kết nối: Khi có yêu cầu kết nối từ hai phía, hai bên phải hình thành kết nối

logic trước khi truyền dữ liệu đi Khi hoàn tất việc truyền thông, kết nối đượcgiải tỏa trở về trạng thái rỗi để tiếp tục thực hiện các kết nối khác nếu có

- Độ ưu tiên và tính bảo mật: lớp ứng dụng có thể yêu cầu thêm hai đặc tính này

bằng cách thêm một số trường thích hợp vào header của gói TCP

Sequence NumberAcknowledgment NumberData

- Source Port : 16 bit, cổng nguồn.

- Destination Port : 16 bit, cổng đích.

- Sequency Number : 32 bit, số thứ tự của octec data đầu tiên trong đoạn này.

- Acknowlegment Number : 32 bit, nếu bit kiểm tra ACK được bật, trường này

chứa số thứ tự của đoạn kế tiếp cần nhận

- Data Offset : 4 bit, số từ 32 được sử dụng trong TCP header nhằm xác định vị

trí đầu tiên của dữ liệu trong gói

- Reserved : 6 bit, dự trữ, thường đặt giá trị 0.

- Control bits : 8 bit

+ EOL : End of Letter, tín hiệu kết thúc văn bản gởi.

- Window : 16 bit, số octec data bắt đầu bằng octec được đề cập trong trường

Acknowledgment

- Checksum :16 bit, mã kiểm soát lỗi theo phương pháp CRC cho toàn bộ đoạn.

- Urgent Pointer : 16 bit, trỏ tới số tuần tự của octec đi theo sau dữ liệu khẩn, cho

bên nhận biết độ dài của đoạn dữ liệu khẩn Vùng này chỉ có hiệu lực khi bitURG được bật kên 1

- Option : độ dài bit thay đổi, nằm cuối TCP header và có độ dài là bội số của 8

bit

- Padding : độ dài thay đổi, xác định vị trí kết thúc vùng header.

 Số tuần tự (sequency number)

Mỗi octec data trong gói TCP gởi đi đều được đánh số tuần tự và được xác nhận tạiđầu thu bằng tín hiệu ACK Mỗi đoạn cũng mang một số ACK là số thứ tự của octecdata kế tiếp sẽ được gởi đi theo hướng ngược lại Khi TCP gởi một đoạn nó đồng thờichép một bản sao của đoạn đó vào hàng chờ phát lại và khởi động bộ định thời, nếunhận được tín hiệu ACK từ phía thu, bản sao sẽ bị loại bỏ khỏi hàng đợi Nếu chưanhận được tín hiệu ACK sau thời gian tối đa cho phép (time out) bản sao sẽ được phátlại

Số tuần tự được đánh số trong giới hạn từ 0 tới 2^32 – 1 số Số thứ tự nhỏ nhấtđược đánh số ở octec data đầu tiên ngay sau header

Khi một kết nối mới được thiết lập, số thứ tự bắt đầu được cung cấp gồm 32 bit.Việc khởi tạo giới hạn trong chu kì 32 bit xung clock trong đó các bit thấp được tănglần lượt sau 4 micro giây Do đó chu kì khởi tạo được lặp lại sau 4,55 giờ Vì các đoạn

dữ liệu không tồn tại trong mạng không quá vài chục phút nên khả năng số tuần tự bịtrùng lặp là không hề có

Đối với mỗi kết nối đều có số tuần tự nhận và gởi Chuỗi số thứ tự gởi khởi tạo

Đối với kết nối được thiết lập hoặc khởi tạo ban đầu, cả hai TCP thu và phát đềuphải đồng bộ số thứ tự octec data Cơ chế “bắt tay ba bước” là cần thiết vì các số thứ

tự không gắn cùng với xung clock trong mạng Nơi nhận tín hiệu đồng bộ đầu tiênkhông có cách nào để nhận biết đoạn data đó có phải là gói cũ bị delay hay không trừkhi nó ghi nhớ số thứ tự cuối cùng được sử dụng cho kết nối, do đó nơi nhận yêu cầuTCP gởi phải kiểm tra lại tín hiệu đồng bộ SYN

 Qui trình thiết lập kết nối TCP

Cơ chế bắt tay ba chiều được sử dụng để thiết lập kết nối cho việc truyền tải thôngtin trên giao thức TCP Thủ tục này được bắt đầu bởi các giao thức TCP trên một hệthống và được đáp ứng bởi các thủ tục tương ứng của giao thức TCP trên một hệ thốngkhác Tiến trình này cũng được thực hiện nếu cả hai giao thức TCP trên hai hệ thốngđồng thời khởi tạo một tiến trình kết nối

Quá trình khởi tạo kết nối được bắt đầu bằng việc một trong hai giao thức TCP gởigói dữ liệu được đóng nhãn SYN đến một đầu cuối khác yêu cầu thiết lập kết nối Cáctiến trình tiếp theo trong quá trình thiết lập kết nối giữa hai hệ thống A và B được mô

tả như hình:

Hình 7 Quy trình thiết lập kết nối TCP

 Giải tỏa kết nối TCP

Kết nối TCP được giải tỏa khi nhận được thông báo CLOSE bởi các trình ứng dụngtrên một trong hai đầu cuối Thông báo CLOSE được phát đi khi xảy ra một trong cáctrường hợp sau:

Quá trình giải tỏa kết nối được mô tả như hình sau:

Hình 8 Giải tỏa kết nối TCP

1.2.1.2 Giao thức UDP (User Data Protocol)

UDP là một giao thức truyền tải không tin cậy:

- UDP thiết lập các cổng giao tiếp với các trình ứng dụng, qua đó các trình ứng

dụng có thể gởi dữ liệu đến lớp UDP để xử lý Mỗi trình ứng dụng có một cổnggiao tiếp riêng để truyền dữ liệu xuống lớp UDP

- UDP phân đoạn các gói, thêm header và tìm đường gởi các gói UDP đến đầu

cuối đích Tùy theo tình trạng mạng mà các gói có thể đi bằng các đường khácnhau để đến đích, do đó các gói có thể bị mất hoặc sai thứ tự ở phía nhận