Đồ án nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên internet

Đầu năm 1995 công ty VocalTec đưa ra sản phẩm phần mềm thoại qua Internet (kết nối điểm điểm) đầu tiên trên thế giới .Sau đó ,nhiều công ty đã đầu tư nghiên cứu và đưa ra các sản phẩm thương mại.Tháng 31996 ,VocalTec kết hợp với Dialogic đã đưa ra sản phẩm cổng kết nối PSTN và Internet đầu tiên trên thế giới.Hiệp hội các nhà sản xuất...

TABLE OF CONTENTS

CHƯƠNG1 Ưu thế và xu hớng phát triển của điện thoại Internet: 7

1.1 Những u thế của dịch vụ thoại qua internet 7

1.2 Sự phát triển của các dịch vụ điện thoại Internet: 8

1.2.1 Thoại thông minh 9

1.2.2 Dịch vụ tính cớc cho bị gọi 9

1.2.3 Dịch vụ Callback Web 9

1.2.4 Dịch vụ fax qua IP 10

1.2.5 Dịch vụ Call center 10

1.3 Thị trờng hiện nay 10

1.4 Xu hớng thị trờng thoại Internet trong tơng lai 12

CHƯƠNG2 Công nghệ cơ sở 14

2.1 Kỹ thuật nén tín hiệu thoại 14

2.1.1 Tổng quan 14

2.1.2 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP 16

2.1.3 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP 19

2.1.3.1 Nguyên lý chung cuả bộ mã hoá 20

2.1.3.2 Nguyên lý bộ mã hoá CS-ACELP 20

2.1.3.3 Nguyên lý bộ giải mã CS-ACELP 22

2.1.4 Chuẩn nén G.729A 23

2.1.5 Chuẩn nén G.729B 24

2.2 Báo hiệu DTMF (Dial tone Multi Frequency ) 25

2.2.1 Báo hiệu DTMF qua bản tin UserInputIndication 25

2.2.1.1 Thiết bị đầu cuối thu phát DTMF 26

2.2.1.2 Gateway thu phát DTMF 26

2.2.1.3 Gate Keeper thu và phát các tín hiệu âm thanh D.323 26

2.2.2 DTMF đợc truyền thông qua giao thức thời gian thực RTP (Real time Transport Protocol) 26

2.3 Khử tiếng vọng 27

2.4 Cơ chế bảo mật 27

2.4.1 Định nghĩa và khái niệm 29 Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 1

2.4.2 Thu tục Authentication giữa hai đầu cuối 29

2.4.2.1 Thủ tục Authentication của Diffie-Hellman 30

2.4.2.2 Thủ tục Authentication dựa vào nhận dạng 30

2.4.3 Thủ tục Authentication giữa đầu cuối và Gatekeeper 31

2.4.3.1 Thủ tục Authentication không có thông tin ngầm định trớc 31

2.4.3.2 Thủ tục Authentication dựa trên thông tin ngầm định trớc 31

2.4.4 Thủ tục mã hoá bảo mật luồng dữ liệu 31

2.4.5 Xử lý khi nhận thấy mất an toàn 31

2.4.6 Ví dụ bảo mật bằng cách sử dụng Token 32

CHƯƠNG3 Cấu trúc mạng và cấu hình chuẩn của mạng IP 33

3.1 Tổng quan về cấu hình chuẩn của mạng VoIP 33

3.2 Các cấu hình chuẩn và chức năng của các phần tử 34

3.2.1 Thiết bị đầu cuối 34

3.2.2 Mạng truy nhập IP 34

3.2.3 Gatekeeper (GK) 35

3.2.4 Gateway(GW) 36

3.3 Các giao diện chuẩn 38

3.3.1 Một thí dụ về cấu hình mạng VoIP 39

CHƯƠNG4 Xử lý cuộc gọi và tính cớc 41

4.1 Đăng ký dịch vụ 41

4.2 Thiết lập cuộc gọi 42

4.2.1 Cuộc gọi từ đầu cuối H.323 tới thuê bao trong SCN 42

4.2.2 Cuộc gọi thuê bao trong mạng SCN tới đầu cuối H.323: 43

4.2.3 Phối hợp hoạt động với báo hiệu DTMF: 46

4.2.4 Lựa chọn nhà cung cấp mạng: 46

4.3 Thực hiện cuộc gọi 46

4.3.1 Khái niệm chung 46

4.3.2 Các trờng hợp ngoại lệ trong giai đoạn thực hiện cuộc gọi 47

4.4 Giải phóng cuộc gọi: 47

4.5 Nhận dạng thuê bao chủ gọi 47

4.6 Mô hình tính cớc và cách tính cớc trong mạng VOIP 47

CHƯƠNG5 Đánh số và chuyển đổi địa chỉ 53

5.1 Yêu cầu chung 53

5.1.1 Yêu cầu với cuộc gọi từ IP đến PSTN: 53

5.1.2 Yêu cầu đối với cuộc gọi từ PSTN đến IP: 54

5.1.3 Yêu cầu đối với cuộc gọi từ PSTN đến IP đến PSTN: 54

5.1.4 Yêu cầu đối với cuộc gọi từ IP đến PSTN đến IP: 54

5.1.5 Các phơng thức quay số: 54

5.1.6 Các số lựa chọn 54

5.2 Phơng pháp đánh số thuê bao: 55

5.2.1 Yêu cầu đối với quy tắc đánh số: 55

5.2.2 Quy tắc đánh số để hỗ trợ tại giao diện đối với mạng PSTN: 56

5.2.3 Phơng pháp đánh số thuê bao 56

5.2.3.1 Quy tắc của IETF 56

5.2.3.2 Khuyến nghị của ETSI 57

5.3 Phơng pháp chuyển đổi số E.164 và địa chỉ IP: 59

5.3.1 Khuyến nghị của IETF 59

5.3.2 Định tuyến cho các loại hình dịch vụ 59

5.4 Phơng pháp định tuyến giữa PSTN và IP 61

5.4.1 Cách thứ nhất 61

5.4.2 Cách thứ hai 61

5.4.3 Cách thứ ba 61

5.5 Kết luận 61

CHƯƠNG6 Đánh giá chất lợng dịch vụ 63

6.1 Đánh giá theo chủ quan 63

6.2 Đánh giá theo khách quan 63

6.3 Đánh giá theo độ trễ 67

CHƯƠNG7 Khả năng triển khai dịch vụ 69

7.1 Các động lực chính 69

7.2 khả năng phổ biến dịch vụ thoại qua Internet 69

7.2.1 Phơng án 1: Dịch vụ thoại Internet là thứ yếu 69

7.2.2 Phơng án 2 :dịch vụ thoại Internet chiễm lĩnh thị trờng 71

7.3 Sự ảnh hởng đến các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông 72

7.3.1 Tơng lai của mạng viễn thông 73

7.3.2 Sự thay đổi nhu cầu của khách hàng 73

7.3.3 Vị trí của IP và sự liên quan với mạng chuyển mạch kênh 74

7.3.4 Chiến lợc của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông với dịch vụ IP 75

7.3.4.1 Nhà khai thác mạng truy nhập và mạng đờng dài 76

7.3.4.2 Nhà khai thác mạng đờng trục 76

7.3.4.3 Nhà khai thác mạng truy nhập 77

CHƯƠNG8 thiết kế Gateway thoại Internet và mô tả phần mềm VIPGATE 78

8.1 Môi trờng phát triển 78

8.1.1 tổng quan 78

8.1.2 Cấu trúc phần cứng : 79

8.2 Giải pháp thiết lập bộ đệm 81

8.2.1 Phơng pháp truyền dữ liệu qua 3 bộ đệm 82

8.2.2 Phơng thức truyền dữ liệu qua hai bộ đệm 84

8.3 Triệt tiếng vọng 84

8.4 Phần mềm VIPGate 84

8.4.1 Giới thiệu chung 84

8.4.2 Cấu trúc chơng trình 84

8.4.2.1 Điều khiển xử lý cuộc gọi 84

8.4.2.2 Nén Tín hiệu thoại 85

8.4.2.3 Điều khiển truyền dữ liệu trên mạng IP 85

8.4.3 Đặc tính kỹ thuật của VIPGate 86

8.4.3.1 Tính năng và yêu cầu kỹ thuật 86

8.4.3.2 Giao diện ngời sử dụng 86

CHƯƠNG9 thử nghiệm Dịch vụ thoại Internet 91

9.1 Cấu hình thử nghiệm 91

9.2 Cấu hình đo kiểm 91

9.3 Kết quả đánh giá chất lợng dịch vụ 92

lời nói đầu

Đầu năm 1995 công ty VocalTec đa ra sản phẩm phần mềm thoại qua Internet(kết nối điểm -điểm) đầu tiên trên thế giới Sau đó ,nhiều công ty đã đầu t nghiên cứu và

đa ra các sản phẩm thơng mại.Tháng 3/1996 ,VocalTec kết hợp với Dialogic đã đa rasản phẩm cổng kết nối PSTN và Internet đầu tiên trên thế giới.Hiệp hội các nhà sảnxuất thoại qua máy tính ECTF đã ra đời nhằm đa ra các tiêu chuẩn thoại qua Internet.Hiệp hội bao gồm 36 các công ty máy tính và viễn thông hàng đầu thế giới nh AT&T,IBM,Sun Microsystems,Digital,Ericsson,v.v

Mặc dù công nghệ thoại qua Internet đã đợc thơng mại hoá từ năm 1995,nhngviệc nghiên cứu về lĩnh vực này ở Việt Nam còn quá ít.Với lợi thế giá cớc thấp ,dịch vụthoại qua mạng Internet thực sự đã làm nhiều nhà kinh doanh viễn thông quan tâm.Trong thời gian thực tập từ 1/12/1999 em đã có may mắn đợc tham gia cùng nhómnghiên cứu ứng dụng công nghệ thoại trong mạng Internet ở Việt Nam tại phòngChuyển mạch Viện Khoa Học Kỹ Thuật Bu Điện.Vì thời gian có hạn nên trong khuônkhổ bản đồ án tốt nghiệp này chỉ xin đề cập đến những vấn đề cơ bản của công nghệInternet Telephony và những kết quả công việc mà em đã thu thập và thực hiên trongthời gian qua

Hiện tại dịch vụ Thoại qua Internet vẫn cha đợc xem là hợp pháp ở Việt Namnhng việc nghiên cứu dịch vụ này là rất cần thiết để có thể theo kịp và nắm bắt đợccông nghệ mới trong tơng lai.Em xin chân thành cảm ơn thày giáo Ngọ Văn Toàn khoa

điện tử viễn thông tròng đại học Bách khoa Hà Nội,kỹ s Nguyễn Ngọc Thành cùngtoàn thể các cán bộ nghiên cứu phòng chuyển mạch Viện Khoa học Kỹ Thuật Bu Điện

đã giúp đỡ Em thời gian qua

Sinh viên :Phạm Việt Dũng

C h a p t e r 1

điện thoại Internet:

1.1 Những u thế của dịch vụ thoại qua internet.

Đầu năm 1995 công ty VocalTec đa ra sản phẩm phần mềm Internet Telephony

đầu tiên trên thế giới Sau đó nhiều công ty viễn thông lớn đã đầu t đa ra những sảnphẩm thơng mại nhng kết quả còn nhiều hạn chế Gần đây cùng với sự phát triển củacông nghệ thông tin ,chât lợng của thoại Internet đã gần đạt đến chất lợng của thoạitruyền thống PSTN Một số hãng viễn thông lớn nh AT&T Sprint và Telstra đã thôngbáo về việc chuyển các mạng viễn thông chủ đạo sang nền chuyển mạch gói Điều này

có nghĩa là phần lớn lu lợng thoại sẽ đợc truyền qua mạng mạch gói trong thời giankhông xa Điện thoại qua Internet đã gây đợc sự chú ý mạnh mẽ nhất và có khả năng đểtrở thành nền tảng cho mạng thoại công nghệ chuyển mạch gói Một bí quyết thànhcông của dịch vụ thoại qua mạng Internet là khả năng đáp ứng nh dịch vụ thoại truyềnthống đặc biệt là trong thoại đờng dài

Bảng 1:Giá thành của dịch vụ thoại Internet *

Chú ý: (1) Bảng giá trên do AT&T định cho các giao dịch điện thoại từ Mỹ tới một số

n-ớc và đợc tính cho mỗi phút Giá Chuẩn tính từ 14:00h đến 20:00h;Giá chiết khấu đợctính từ 20:00h đến 03:00h;Giá tiết kiệm đợc tính từ 03:00h đến 14:00h hàng ngày

(2) Mức giá định sẵn của dịch vụ thoại qua Internet từ Mỹ tới một số nớc

Nguyên nhân khiến dịch vụ thoại qua Internet có giá thành thấp là do hiệu quả

kỹ thuật và lợi thế kinh tế về mặt lâu dài (IDC trong ITU,1997).Theo Cian PabloVillamil ,quản lý tại Andersen Consulting:”Ban đầu ngời ta cho rằng cơ hội này sẽ mất

đi khi giá bắt đầu giảm xuống Giờ đây, chúng ta mới nhận thấy rằng dịch vụ thoạiInternet có lợi thế kinh tế lâu dài do chi phí cho các thiết bị ngày càng giảm đi”(Evagora ,1997)

Công nghệ chuyển mạch gói sử dụng hiệu quả hơn so với công nghệ chuyển mạch kênhtruyền thống Khi mạng PSTN đợc lắp đặt ( vào cuối thế kỷ 19,đầu thế kỷ 20) ,thiết bịchuyển mạch rất đắt trong khi đó chi phí cho dây dẫn lại thấp.Đến những năm 70,giáthành của các thiết bị máy tính giảm.Vì vậy giá thành của các thiết bị chuyển mạch

cũng hạ rất nhanh ,tốc độ giảm chi phí cho lắp đặt cáp cũng không theo kịp (Theo ýkiến của Gordon Moore,một trong những nhà sáng lập công ty Inlel).Ngày nay các bộTouter với giá thành thấp đã thay thế bộ chuyển mạch và dây dẫn với giá thành đangtăng dần ,thì những chuyển mạch gói tiết kiệm hơn,do đó sẽ cung cấp đợc dữ liệu cóhiệu quả hơn nhiều Đối với chuyển mạch gói ,giá thành là khoảng 4US cents /1Kbyte,

so với 15cents /1Kbytes dữ liệu của chuyển mạch kênh

Một số ngời vẫn băn khoăn về việc chia tín hiệu thoại thành một số lợng lớn cácgói và việc thêm phần mào đầu vào mỗi gói để đa ra luồng dữ liệu.Điều này ít nhiều có

ý nghĩa quan trọng trong việc cập nhật kỹ thuật nén mà đợc tạo ra bới các đầu cuối củaInternet hơn là nâng cấp phần cứng của PSTN Trong hệ thống chuyển mạch kênh ,toàn

bộ phần cứng trong toàn bộ mạng cần đợc nâng cấp để tận dụng đợc các tiến bộ của kỹthuật nén.Các đầu cuối Internet ,các PC chuẩn có thể thực hiện bất kể công nghệ nén tốtnhất hay không ,và bất kể là chúng ở đâu

Khách hàng có thể sử dụng IP cho mọi việc do đó có đợc mạng chung cho cảdịch vụ thoại trên Internet hoặc Intranet nh multimedia

Ngay cả trong trờng hợp đơn giản nhất ,tiếng nói đợc chuyển qua Internet cũngkhó mà sai lệch hơn so với tiếng nói trong dạng tơng tự truyền qua cáp đồng xoắn Vấn

đề chủ yếu khi đóng gói phần mềm mã hoá tín hiệu thoại thành các gói cũng bị biến

đổi.Nhiều nhà toán học đã cho rằng phải cần đến SuperComputer hoạt động trong vàituần , thậm chí vài tháng để thực hiện đợc cuộc gọi trong hai phút

Tính kinh tế của quy mô rất thấy rõ trong hệ thống , bởi vì Internet cũng nh PSTN làmột hệ thống gồm nhiều mạng Thậm chí một PSTN nhỏ cũng tận dụng đợc kết nối vớicác mạng khác

Các tiêu chuẩn chung cho dịch vụ thoại qua Internet

Hầu hết các nhà đầu t trên thị trờng đều chấp nhận tiêu chuẩn H.323 và T.120

mà có khả năng hoạt động trong phạm vi quốc tế (Thực hiện tiêu chuẩn này có một ýnghĩa là bất kỳ một ngời sử dụng IP nào cũng có thể nói chuyện đợc với một IPkhác.) Theo Fost và sullivan ,ngời ta hi vọng rằng tiêu chuẩn quốc tế mới này sẽ dẫn

đến sự tăng trởng mạnh ở trên thị tròng của dịch vụ thoại Internet trong những năm tới

Chính sách trợ giúp công cộng ,đặc biệt ở Mỹ ,đã làm cho quá trình phát triển íttốn kém hơn so với PSTN.Suốt trong thời gian phát triển qua, nhờ có các cơ quan nhà n-

ớc nên ngời ta không cần đến bộ phận nghiên cứu và phát triển thị trờng để thu hồi vốn

ít nhất là ở Mỹ ,các ISP không phải trả phí truy nhập

Dịch vụ thoại Internet đã bỏ qua hệ thống tính giá quốc tế.Một nhà cung cấp dịch vụthoại Internet với Gateway trong phạm vi nớc ngoài chỉ phải trả phí giao dich quốc tếcủa quốc gia đó , hoặc chi phí cho cuộc gọi nội hạt chứ không phải là thanh toán chi phíquốc tế

1.2 Sự phát triển của các dịch vụ điện thoại Internet:

Môi trờng sử dụng PC-PC -PC-PC

-PC-Fax -PC-điện thoại -Điện thoại -điện thoại Loại khách hàng Nhà phát triển phần mềm

-Nhà khai thác mạng Khả năng hoạt động

với các mạng khác Theo tiêu chuẩn của riêngtừng hãng phát triển Tơng thích tiêu chuẩn ITU H323, chophép hoạt động giữa các Gateway Chất lợng dịch vụ kém Gần bằng chất lợng thoại qua PSTN

Bảng 1.2 Sự phát triển của thoại qua IP

Điện thoại Internet không chỉ còn là công nghệ cho giới sử dụng máy tính màcho cả ngời sử dụng điện thoại quay vào Gateway.Dịch vụ này đợc một số nhà khai tháclớn cung cấp và chất lợng thoại không thua kém chất lợng của mạng thoại thông th-ờng,đặc biệt là trên các tuyến quốc tế Mặc dù vẫn còn một số vấn đề về độ tơng thíchcủa các Gateway ,các vấn đề này sẽ sớm đợc giải quyết khi tiêu chuẩn H.323 của ITU

đợc sử dụng rộng rãi

suốt từ khi các máy tính bắt đầu kết nối vói nhau ,vấn đề các mạng phc hợpluôn là mối quan tâm của mọi ngời Mạng máy tính phát triển bên cạnh mạng điện thoại.Các mạng máy tính và mạng điện thoại song song tồn tại ngay trong cùng một cơcấu ,giữa các cơ cấu khác nhau ,và trong mạng rộng WAN Công nghệ thoại IP khôngngay lập tức đe doạ đến mạng điện thoại toàn cầu mà nó sẽ dần thay thế thoại chuyểnmạch kênh truyền thống Sau đây là các ứng dụng của dịch vụ thoại Internet tiêu biểu:

1.2.1 Thoại thông minh

Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu : rẻ ,phổ biến ,dễ sử dụng ,cơ

động Nhng nó hoàn toàn “ngớ ngẩn “.Nó chỉ có 12 phím để điều khiển Trong nhữngnăm gần đây ,ngời ta đã cố gắng để tạo ra thoại thông minh , đầu tiên là các thoại đểbàn ,sau là đến các server Nhng mọi có gắng đều thất bại do tồn tại các hệ thống cósẵn

Internet sẽ thay đổi điều này Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu ,nó đã sửdụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu Giữa máy tính vàmạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ Internet cung cấp cách giám sát và điều khiểncuộc gọi một cách tiện lợi hơn Chúng ta có thể thấy đợc khả năng kiểm soát và điềukhiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet

1.2.2 Dịch vụ tính cớc cho bị gọi

Thoại Internet giúp bạn có khả năng cung cấp dịch vụ tính cớc cho bị gọi đếncác khách hàng nớc ngoài cũng giống nh khách hàng trong nớc Để thực hiện đợc điềunày ,bạn chỉ cần PC với hệ điều hành Window98 (hoặc Window 2000) ,địa chỉ kết nốiInternet (tốc độ 28,8 kbps hoặc nhanh hơn ),và chơng trình phần mềm chuyển đổichẳng hạn nh Quicknet’s Technologies Internet PhoneJACK

Thay vì gọi qua mạng điện thoại truyền thống ,khác hàng có thể gọi cho bạnqua Internet bằng việc sử dụng chơng trình phần mềm chẳng hạn nh Internet phone củaVocaltec hoặc Netmeeting của Mỉcrosoft Với các chơng trình phần mềm này ,kháchhàng có thể gọi đến công ty của bạn cũng giống nh việc họ gọi qua mạng PSTN

Bằng việc sử dụng chơng trình chẳng hạn Internet Phone JACK ,bạn cũng cóthể xử lý các cuộc gọi cũng giống nh xử lý các cuộc gọi khác.Bạn có thể định tuyến cáccuộc gọi này tới nhà vận hành ,tới các dịch vụ tự động trả lời ,tới các ACD Trong thực

tế ,hệ thống điện thoại qua Internet và hệ thống điện thoại truyền thống hoàn toàn nhnhau

1.2.3 Dịch vụ Callback Web

“Worldwide Web “ đã làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với kháchhàng của các doanh nghiệp Với tất cả các tiềm năng của Web ,điện thoại vẫn là mộtphơng tiện kinh doanh quan trọng trong nhiều nớc Điện thoại Web hay “bấm số “(ckick to dial ) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể da thêm các phím bấm lên trangWeb để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ Dịch vụ bấm số là cách dễ dàng nhất và

an toàn nhất để đa thêm các kênh trực tiếp từ trang Web của bạn vào hệ thống điệnthoại.

1.2.4 Dịch vụ fax qua IP

Nếu bạn gửi nhiều fax từ PC ,đặc biệt là gửi ra nớc ngoài thì việc sử dụng dịch

vụ Internet fax sẽ giúp bạn tiết kiệm đợc tiền và cả kênh thoại Dịch vụ này sẽ chuyểntrực tiếp từ PC của bạn qua kết nối Internet Hàng năm ,thế giới tốn hơn 30tỷ USD choviệc gửi fax đờng dài Nhng ngày nay Internet fax đã làm thay đổi điều này Việc sửdụng Internet không những đợc mở rng cho thoại mà còn cho cả dịch vụ fax Một trongnhững dịch vụ gửi fax đợc a chuộng nhất là comfax

Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet ,có hai vấn đề cơ bản:

• Những ngời sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có chơng trình phần mềmchẳng hạn Quicknet’s Technologies Internet PhoneJACK Cấu hình này cung cấpcho ngời sử dụng khả năng sử dụng thoại Internet thay cho sử dụng điện thoại đểbàn truyền thông

• Kết nối một Gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành Cấuhình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống nh việc mở rộng hệ thốnghiện hành của bạn

1.2.5 Dịch vụ Call center

GateWay call center với công nghệ thoại IP cho các nhà kiểm duyện trang Web với các

PC trang bị multimedia kết nối đợc với bộ phận phân phối các cuộc gọi tự động(ADC) Một u điểm của thoại IP là khả năng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng mộtkênh

1.3 Thị trờng hiện nay

Hiện nay ,trên thị trờng điện thoại Internet có một số nhà cung cấp dịch vụ lớnbao gồm các nhà vận hành mạng nh AT&T ,Deutsche Telekom và Sonera nhng chủ yếuvẫn là các nhà cung cấp dịch vụ thẻ và bán lại.Điện thoại qua Internet ( Chủ yếu quamạng Internet công cộng ) có thể giúp các nhà bán lẻ dịch vụ thoại giảm đ ợc chi phítăng lãi Một số nhà cung cấp chính các loại dịch vụ này là Delta-3 , IDT , và USAGlobalLink Các nhà cung cấp dịch vụ này không nói rõ dịch vụ của họ là thoại Internet

và thờng sử dụng tuyến Internet nh một tuyến chính nhằm giảm chi phí vì nó là tuyến rẻnhất Hàng triệu ngời không biết là mình đã từng sử dụng điện thoại Internet

Điện thoại Internet cũng tạo cơ hội cho một số hãng mới xâm nhập thị trờng nhBestelsmann ở Đức Đối với các nhà vận hành mạng mới đang triển khai dịch vụInternet dung lợng cao,điện thoại Internet là một dịch vụ mới để cung cấp cho kháchhàng , doanh nghiệp và cơ sở để tiếp cận thị trờng dân c và SME Đối với các nhà cungcấp dịch vụ Internet ,đây là một dịch vụ bổ sung làm cơ sở cho việc cạnh tranh và tạonguồn thu mới

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

Hình 1- Chuỗi giá trị

Một chuỗi giá trị riêng đợc hình thành trong thế giới điện thoại Internet ,nơi màcác nhà vận hành mạng trên phạm vi toàn cầu và các nhà môi giới dịch vụ cung cấp kếtnối ,thông tin cớc và quản lý mạng cho các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại Internet cóthể không sở hữu mạng truy nhập cho dịch vụ.Điều này làm chô các nhà cung cấp mớithâm nhập thị trờng –họ chỉ cần ký với một nhà môi giới ,thíêt lập một POT 24 cổngdùng truy nhập máy chủ chạy Windows NT,sử dụng mạng có sẵn để truy cập dịch vụ( có thể các nhà vận hành mạng này cũng không biết điều gì đang diễn ra ) và có nguồnthu nhập ngay lập tức.Cho các nhà cung cấp dịch vụ có sở hữu mạng truy nhập , hoặc đã

có khách hàng ,việc trở thành nhà cung cấp dịch vụ điện thoại Internet còn dễ dàng hơnnhiều với chỉ một ít đầu t và thời gian

Mặc dù hiện còn tơng đối nhỏ ( chỉ vài phần trăm của thị trờng viễn thông ) , thị trờngnày đang tăng trởng nhanh chóng Sự tăng trởng này đợc thúc đẩy do giá cả và đặc biệt

đối với một số tuyến Nó đặc biệt thành công cho các tuyến kết nối tới các n ớc nơi màkhông mở cửa thị trờng viễn thông cho cạnh tranh.ở đây ,các nhà cung cấp dịch vụthoại Internet có thể lợi dụng các kẽ hở trong quy định hay chỉ đơn thuần hi vọng việclàm của mình không bị để ý.Tuy nhiên,điện thoại Internet không thể cạnh tranh đợc cácthị trờng có cạnh tranh mạnh và thừa dung lợng

Điện thoại Internet hiện tác động đáng kể lên thời lợng cuộc gọi ở một số tuyến

và tác động này có thể còn tiếp tục tăng

Điện thoại Internet có một số u điểm xét trên hiệu quả kỹ thuật và điều này

đồng nghĩa với việc cắt giảm phí vận hành :

• Mạng IP tự động cắt quãng lặng – gói tin không dợc tạo ra khi không có âmthanh

• Mạng IP có độ tin cậy cao

Cả hai điều trên cho thấy tính u việt của mạng IP so với mạng chuyển mạchkênh ,đặc biệt khả năng tiết kiệm dung lợng và cắt giảm chi phí ,tài nguyên d thừa Tuynhiên ,để điện thoại Internet có thể chiếm lĩnh đợc thị trờng thoại ,cần thiết phải thay

đổi toàn bộ cấu trúc của thị trờng Internet

Resale and call back PSTN

1998-2000(Analysys,1998)

1.4 Xu hớng thị trờng thoại Internet trong tơng lai

Cứ mỗi năm trong suốt thập kỷ vừa qua ,Internet lại tăng gấp đôi quy mô của nó

Trong các công ty nghiên cứu thị trờng Internet ,thì có một nhận định thống nhất là tổngdoanh số bán trong năm 1996 là từ 2 tỷ đến 3 tỷ USD Mục tiêu đặt ra là thị trờng sẽtăng trởng rộng lớn với dao động từ 110% đến 175% Forrester dự đoán là đến năm

2001 ,trị giá giao dịch sẽ đạt ở mức 327 tỷ USD,Active Media là 314 tỷ USD

Theo ý kiến của Kelly của ITU ,thị trờng giao dịch thoại quốc tế đợc phân thành

Đối với các cuộc gọi gốc ,cạnh tranh sẽ ngày càng trở lên gay gắt bỏi những ngời mớithâm nhập thị trờng nh các call –back, thoại Internet ,và những ngời bán lại thông quaviệc kêu gọi sử dụng card và bản quyền

Đối với những đầu cuối cuộc gọi ,cạnh tranh sẽ bị chậm lại bởi vì các nhà độc quyền tr

-ớc kia sẽ tiếp tục thống trị và định ra các mức giá cho các cuộc gọi quốc tế Vị trí độcquyền của họ sẽ bị suy yếu một cách chậm chạp nên sẽ phải mất một thời gian dài vàmột lợng đầu t đáng kể để triển khai các mạng mới Do vậy PTO vẫn định giá cao nhất

mà họ có thể cho các đầu cuối cuộc gọi khi mà họ vẫn đang ở vị trí độc quyền

Theo ITU , thì việc kiểm tra khả năng tồn tại của thoại Internet và việc triển khai nómột cách rộng rãi là cách tốt nhất Thậm chí các nhà cung cấp dịch vụ thoại Internethoặc các công ty phát triển phần mềm đều có thể mua các ISP

Do u điểm giá thành rẻ và các dịch vụ mở rộng nh đã trình bày ở trên , dịch vụ thoạiInternet đã và đang tạo ra một thị trờng rộng lớn gồm mọi đối tợng sử dụng nh: các thuêbao gia đình ,các doanh nghiệp ,các tổ chức và các cơ quan nhà nớc

• Theo dự báo của IDC ,số các giao dịch quốc tế theo phơng pháp truyền thống sẽ

đạt 79 tỷ phút vào cuối năm 1999, và hằng năm sẽ tăng 15%.Theo nhận định của

ông Fischer thì tổng giá trị giao dịch trên thị trờng là 60 tỷ USD Các nguồn tintơng tự cũng cho biết ,giao dịch qua Internet ngày nay đạt 198 triệu phút và sẽtăng lên ở mức 220% hàng năm

• Dự đoán thị trờng sẽ đạt ở mức 600 triệu USD vào cuối năm 1999.Khi đó có hơn

16 triệu ngời sử dụng Tổng giá trị giao dịch qua thị trờng thoại qua Internet dự

đoán đạt mức 1.89 tỷ USD vào cuối năm 2001 Theo Frost & Sullivan thị trờng sẽ

• Thị trờng điện thoại Internet sẽ tăng trởng và đạt doanh thu cỡ 2,7 tỷ USD vàonăm 2002 (Mc Kinsey Telecom Practice )

C h a p t e r 2

2.1 Kỹ thuật nén tín hiệu thoại

2.1.1 Tổng quan

Trong mạng điện thoại thông thờng tín hiệu đợc mã hoá theo luật A hoặc luật à

với tốc độ 64kbs Với cách mã hoá này ,cho phép khôi phục một cách tơng đối trungthực các âm thanh trong giải tần tiếng nói Tuy nhiên trong một số ứng dụng đặc biệtyêu cầu truyền âm thanh với tốc độ thấp hơn ví dụ nh truyền tín hiệu thoại trênInternet Từ đó đã xuất hiện một số kỹ thuật mã hoá và nén tín hiệu tiếng nó xuống tốc

độ thấp cụ thể nh G.723.1,G.729A,GSM

Về cơ bản các bộ mã hoá tiếng nói có ba loại :mã hoá dạng sóng (waveform),mã hoá nguồn (source)và mã hoá lai (hybrid) (có nghĩa là kết hợp cả hai loại mã hoádạng trên )

Nguyên lý của mã hoá dạng sóng là mã hoá dạng sóng của tiếng nói.Tại phíaphát ,bộ mã hóa sẽ nhận các tín hiệu nói tơng tự liên tục và mã thành tín hiệu số trớc khitruyền đi.Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngợc lại để khôi phục tín hiệu tiếng nói.Khikhông có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng nói khôi phục sẽ rất giống với dạngsóng tiếng nói gốc.Cơ sở của bộ mã hoá dạng sóng là :nếu ngời nghe nhận đợc một bảnsao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất lợng âm thanh sẽ rất tuyệt vời.Tuy nhiên ,trong thực tế,qúa trình mã hoá lại sinh ra tạp âm lợng tử (mà thực chất là một dạng méodạng sóng ),song do tạp âm lợng tử này thờng đủ nhỏ để không ảnh hởng đến chất lợngtiếng nói thu đợc.Ưu điểm của bộ mã hoá loại này là :độ phức tạp,giá thành thiết kế ,độchễ và công suất tiêu thụ thấp.Ngời ta có thể áp dụng chúng để mã các tín hiệu khác nh:tín hiệu báo hiệu,số liệu ở giải âm thanh và đặc biệt với những thiết bị ở điều kiện nhất

định thì chúng còn có khả năng mã hoá đợc cả tín hiệu âm nhạc Bộ mã hoá dạng sóng

đơn giản nhất là điều chế xung mã (PCM).điều chế Delta (DM) Tuy nhiên , nhợc điểmcủa bộ mã hoá dạng sóng là không tạo đợc tiếng nói chất lợng cao tại tốc độ bit dới 16kbps ,mà điều này đợc khắc phục ở bộ mã hoá nguồn.Nguyên lý bộ mã hoá nguồn làmã hóa kiểu phát âm(vocoder),ví dụ nh bộ mã hoá dự báo tuyến tính (LPC).Các bộ mãhoá này có thể thực hiện đợc tại tôc độ bít cõ 2 Kbps Hạn chế chủ yếu của mã hoá kiểuphát âm LPC là giả thiết rằng: tín hiệu tiếng nói bao gồm cả âm hữu thanh và vôthanh.Do đó ,đối với âm hữu thanh thì nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dãyxung ,còn đối với các âm vô thanh thì nó sẽ là một nguồn nhiễu ngẫu nhiên.Trong thực

tế , có rất nhiều cách để kích thích cơ quan phát âm Và để đơn giản hoá,ngời ta giảthiết rằng chỉ có một điểm kích thích trong toàn bộ giai đoạn lên giọng của tiếng nói ,dùcho đó là âm hữu thanh hay vô thanh

Vào năm 1982 Atal đã đề ra một mô hình mới về kích thích ,đợc gọi là kíchthích đa xung.Trong mô hình này ,không cần biết trớc đó là âm hữu thanh hay vôthanh ,đó có phải là giai đoạn lên giọng hay không.Sự kích thích đợc mô hình hoá bởimột số xung (thông thờng là 3 xung trên 5ms ) có biên độ và vị trí đợc xác định bằngcực tiểu hoá sai lệch ,có tính đến trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổnghợp.Việc đa ra mô hình này đã tạo lên một sự chú ý to lớn và đó là mô hình đầu tiên của

một thế hệ mới của các bộ mã hoá tiếng nó phân tích bằng tổng hợp.Chúng có khả năngcho tiếng nói chất lợng cao tại tốc độ bit quanh 10 kbps và có thể đến tận 4,8 kbps.Tínhiệu kích thích sẽ đợc tối u hoá một cách kỹ lỡng và ngời ta sử dụng kỹ thuật mã hoádạng sóng để mã hoá tín hiệu kích thích này một cách có hiệu quả Hình 2.1 đ a ra môhình tổng quát của mã hoá tiếng nói theo phơng pháp LPC phân tích tổng hợp.

Hình 2- Mô hình mã hoá tiếng nói LPC phân tích bằng tổng hợp

Trong đó u(n) :tín hiệu kích thích

S*(n): :tín hiệu tiếng nói tổng hợp

S(n) : Tín hiệu tiếng nói gốc

E w (n ) :tín hiệu sai số

Mô hình bao gồm 3 phần chính:

• Phần thứ nhất : Bộ lọc tổng hợp LPC ,là bộ lọc toàn cục biến đổi theo thời gian

để mô hình hoá đờng bao phổ ngắn hạn của dạng sóng tiếng nói Đầu ra của nộlọc tổng hợp là tín hiệu nói tổng hợp

• Phần thứ 2 : Bộ tạo kích thích Bộ này sẽ cho ra dãy kích thích cấp cho bộ lọctổng hợp để tạo ra tiếng nói tái tạo ở máy thu.Việc kích thích sẽ đợc tối u hoábằng các cực tiểu hoá sai lệch,các tính trọng số thụ cảm,giữa tiếng nói gốc vàtiếng nói tổng hợp

• Phần thứ 3 : Thur tục đợc sử dụng trong việc tối thiểu hoá sai lệch (Gồm 2 khối:tính trọng số sai số và cực tiểu hoá sai số) Tiêu chuẩn cục tiểu hoá sai lệch đợc

sử dụng rộng rãi nhất là sai lệch bình phơng trung bình (mes:mean squarederror).Trong mô hình này ,tiêu chuẩn cực tiểu hoá sai số đợc sử dụng là :tín hiệusai lệch ew(n) đợc đa qua một bộ lọc đánh giá trọng số sai số ,có tính trọng số thụ

u(n) S*(n) e(n)

a/ Bộ mã hoá

e w (n)

cảm ,và bộ lọc này sẽ tạo dạng phổ tạp âm theo một cách nào đó để công suất tínhiệu sẽ tập chung nhất tại các tần số formant của phổ tiếng nói.

Thủ tục mã hoá :bao gồm 2 bớc :bớc 1 :thông số của bộ lọc tổng hợp đợc xác định từ

mẫu tiếng nói.Bớc 2 :dãy kích thích tối u đối với bộ lọc này đợc xác định bằng cách cựctiểu hoá sai số,có tính trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổnghợp.Khoảng thời gian tối u hoá kích thích khoảng 4ữ7.5 ms, thấp hơn khung thời giancập nhật thông số LPC.Khung tiếng nó đợc chia thành nhiều khung con ,việc kích thích

đợc xác định riêng rẽ cho từng khung con Các tham số của bộ lọc và tín hiệu kích thích

sẽ đợc lợng tử hoá trớc khi gửi đến phía thu

Thủ tục giải mã :Cho tín hiệu kích thích đã đợc giải mã qua bộ lọc tổng hợp để tiếng nói

đợc khôi phục

Có rất nhiều phơng pháp mô hình hoá sự kích thích:Phơng pháp kích thích đa xung(MPE),phơng pháp kích thích xung đều (RPE),phơng pháp dự đoán tuyến tính kíchthích mã (CELP).ở đây em chỉ đề cập đến phơng pháp dự đoán tuyến tính kích thích mãCELP Hiện nay phơng pháp này đã trở thành công nghệ chủ yếu cho mã hoá tiếng nóitốc độ thấp

2.1.2 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP

Tín hiệu kích thích là một mục từ của một bảng mã rất lớn đợc phân bố một cách ngẫunhiên

Sơ đồ nguyên lý của phơng pháp tổng hợp CELP đợc đa ra trong hình 2.2

Hình 2- Sơ đồ nguyên lý của phơng pháp tổng hợp CELP

Tại phía phát :Các tham số của bộ lọc tổng hợp cùng tăng ích và độ trễ của cácbảng mã (bao gồm bảng mã thích ứng và bảng mã ngẫu nhiên )đợc truyền đi Tại phíathu :cũng sử dụng những bảng thích ứng và ngẫu nhiên nh thế để xác định tín hiệu kíchthích tại lối vào bộ lọc tổng hợp LPC để tạo tiếng nói tổng hợp

Bảng mã kích thích gồm L từ mã (là các véc tơ ngẫu nhiên ) có độ dài N mẫu (thông ờng L=1024,N=40 mẫu ứng với một khung kích thích 5ms) Bằng cách tìm kiếm triệt

th-để toàn bộ bảng mã ngẫu nhiên ngời ta sẽ chọn đợc tín hiệu kích thích của một khungtiếng nói dài N mẫu.Bộ lọc tổng hợp đã tính trọng số đợc cho bởi :

) (

1 /(

1 ) / ( /

a z

{a k } là các tham số bộ lọc tổng hợp LPC hay còn gọi là hệ số dự đoán.

P là bậc của bộ lọc tổng hợpLPC hay bậc của bộ dự đoán.

Sau khi đã xác định đợc các tham số của bảng mã thích ứng ( bao gồm có tăng ích và độtrễ lên giọng) thì tiếng nó tổng hợp đã tính trọng số s*(n) đợc cho là :

) (

* )

( )

(

* ) ( )

Trễ khung con

Bảng mã thích ứng

Khuếch đại

Khuếch đại Bảng mã ngẫu nhiên

u(n)

Sai số đã tính trọng số giữa tiếng nó tổng hợp và tiếng nói gốc đợc cho bởi:

) (

* )

( )

Trong đó:

s*(n) : Tín hiệu tiếng nói tổng hợp

s(n) : Tín hiệu tiếng nói gốc

N

n

n e E

Độ phức tạp của bộ mã hoá này tăng khi tốc độ bit giảm.Thí dụ CELP có thể cho tiếngnói tốc độ thấp tới 4.8 kbps với trả giá rất cao về đòi hỏi tính toán do : tín hiệu kíchthích tối u đợc tìm kiếm thông qua bảng mã rất lớn (kích thớc bảng mã thờng gồmkhoảng 1024 mục từ ) Đối với bảng mã có 1024 từ mã và một khung kích thớc 40 mẫuthì cần thực hiện khoảng 40.000 phép nhân để soát bảng mã

Có thể nhận xét rằng : nhợc điểm của phơng pháp CELP là : có một thủ tục đòi hỏi tínhtoán rất lớn rất khó có thể thực hiện trong thời gian thực Vậy có một ph ơng pháp đơngiản hoá thủ tục soát bảng mã sao cho không ảnh hởng tới chất lợng tiếng nói Đó là ph-

ơng pháp sử dụng các bảng mã đại số ACELP (Algebraic CELP) trong đó các bảng mã

đợc tạo ra nhờ các mã sửa lỗi nhị phân đặc biệt Và để nâng cao hiệu quả rà soát bảngmã,ngời ta sử dụng các bảng mã đại số có cấu liên kết CS-ACELP (Conjugate-StructureACELP) Khuyến nghị ITU G.729 đa ra nguyên lý của bộ mã hoá tiếng nói sử dụng ph-

ơng pháp CS-ACELP mã hoá tiếng nói tốc độ thấp 8kbps

2.1.3 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP

Tín hiệu PCM 64 kbps đầu vào (theo quy luật A hoặc à) qua bộ mã hoá thuật toán ACELP ,đợc lẫy mẫu tại tần số 8khz ,sau đó qua bộ chuyển đổi thành tín hiệu PCM đều

CS-16 bit đa tới đầu vào bộ mã hoá Tín hiệu đầu ra bộ giải mã sẽ đợc chuyển đổi thành tínhiệu PCM (theo quy luật A hoặc à) theo đúng tín hiệu vào Các đặc tính đầu vào / đầu rakhác ,giống tín hiệu PCM 64 kbps (theo khuyến nghị ITU G.711),sẽ đợc chuyển đổithành tín hiệu ra PCM theo đúng quy luật của tín hiệu đầu vào ở bộ giải mã

2.1.3.1 Nguyên lý chung cuả bộ mã hoá

Bộ mã hoá CS-ACELP dựa trên cơ sở của bộ mã dự báo tuyến tính kích thích mãCELP

Bộ mã hoá CS-ACELP thực hiện trên các khung tiếng nói chu kỳ 10 ms tơng đơng với

80 mẫu tại tốc độ lâý mẫu 8000 mẫu /s.Cứ mỗi một khung 10 ms ,tín hiệu tiếng nó lại

đợc phân tích để trích lấy các tham số của bộ mã CELP (đó là :các hệ số của bộ lọc dựbáo thích ứng ,chỉ số các bảng mã cố định và bảng mã thích ứng cùng với tăng ích củabảng mã ) Các tham số này sẽ đợc mã hoá và truyền đi.Sự phân bố bit của các tham sốmã hoá đợc trình bầy ở bảng 2.1.3.1

khung con 1

Số bit trong khung con 2

Tổng số bit trong

Bộ lọc tổng hợp ngắn hạn dựa trên cơ sở bộ lọc dự báo tuyến tính LP bậc 10 Bộ lọctổng hợp dài hạn ,hay bộ lọc tổng hợp độ cao dung cho việc làm tròn mã thích ứng Saukhi khôi phục ,nhờ bộ lọc sau tiếng nói sẽ làm tăng độ trung thực

2.1.3.2 Nguyên lý bộ mã hoá CS-ACELP

Sơ đồ khối bộ mã hoá đợc mô tả nh hình 2.3

Hình 2-Sơ đồ khối bộ mã hoá

Tín hiệu đầu vào đa qua bộ tiền xử lý ,bộ này có hai chức năng :lọc thông cao

và tính toán tín hiệu.Tín hiệu đầu ra bộ tiền xử lý là tín hiệu đầu vào của các khối tổng hợp tiếp sau.Sự tổng hợp dự báo tuyến tính (LP)đợc thực hiện một lần trong một khung10ms để tính các hệ số của bộ lọc dự báo tuyến tính (LP).Các hệ số này đợc biến đổithành các cặp vạch phổ (LSP) và đợc lợng tử bằng phơng pháp lợng tử hoá véc tơ dự báohai bớc (VQ) 8 bit.Tín hiệu kích thích đợc lựa chọn bằng cách cực tiểu hoá sai số ,cótính đến trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp.Các tham số kíchthích (gồm :bảng mã cố định và bảng mã thích ứng)đợc xác dịnh qua từng khung con5ms(tơng đơng 40mẫu).Các hệ số của bộ lọc LP đã đợc lợng tử và cha đợc lợng tử đợc

sử dụng cho phân khung thứ 2 ,còn tại phân khung thứ nhất các hệ số của bộ lọc LP đã

đợc nội suy sẽ đợc sử dụng (trong cả hai trờng hợp đã lợng tử và cha lợng tử).Độ trễ bớcmạch vòng hở sẽ đợc tính toán một lần trong một khung 10ms dựa trên độ lớn tín hiệuthoại Sau đó các phép tính này sẽ lặp lại trong từng phân khung tiếp theo.Tín hiệu ban

đầu x(n) đợc tính bằng các lọc độ d LP thông qua bộ lọc tổng hợp W(z)/A(z).Trạng tháiban đầu của bộ lọc này Là Tín hiệu lỗi giữa tín hiêu d LP và tín hiệu kích thích Sự phântích bớc của mạch vòng đóng sẽ thực hiện sau đó (để tìm độ trễ mã thích ứng và độkhuếch đại )dùng tín hiệu ban đầu x(n) và đặc tuyến xung h(n) ,bằng cách làm tròn giátrị độ trễ bớc của mạch vòng hở.Độ trễ bớc đợc mã hoá bằng mã 8 bit trong phân khungthứ nhất ,độ vi sai của độ trễ đợc mã hoá bằng mã 5 bit trong phân khung thứ 2 Tínhiệu x’(n) là tín hiệu của 2 tín hiệu :tín hiệu ban đầu x(n) và tín hiệu mã thích ứng –làtín hiệu mã cố định.Tín hiệu này đợc dùng trong việc tìm tín hiệu kích thích tối u Giátrị kích thích mã cố định đợc mã hoá bằng mã đại số 17 bit(trong đó :chỉ số bảng mã cố

định đợc mã hoá bằng từ mã C1,C2-13 bit ; Dấu bảng mã cố định đợc mã hoá bằng từmã S1,S2-3bit).Các bộ khuếch đại bảng mã cố định và bảng mã thích ứng đợc lợng tử

Khối tiền

xử lý Khối tổng hợp LP

sự l ợng tử hoá và nội suy

Bộ lọc

+ Bảng mã

thích ứng

Bảng mã

cố định

Bộ lọc tổng hợp độ cao

Tìm bảng mã cố định

Độ cảm nhận

Sự l ợng tử hoá

độ khuếch đại

Sự l ợng tử hoá độ khuếch đại

luồng bit phát đi

Gp

hoá bằng véc tơ 7 bit(Trong đó:ở bớc 1 đợc mã hoá bằng từ mã GA1,GA2 -3 bit ; ở bớc

2 đợc mã hoá bằng từ mã GB1,GB2-4 bit ).tại đây sự dự đoán trung bình động MA cho

bộ khuếch đại mã cố định Cuối cùng ,dựa vào các bộ nhớ lọc sẽ xác định đợc tín hiệukích thích

Sơ đồ khối của bộ giải mã đợc mô tả trong hình 2.4

Hình 2-Sơ đồ nguyên lý của bộ giải mã CS-ACELP

Đầu tiên ,các chỉ số của các tham số đợc trích ra từ buồng bit thu.Các chỉ số này

sẽ đợc giải mã để thu lại các tham số của bộ mã hoá trong 1 khung tiếng nói 10 ms Cáctham số đó là :các hệ số LSP ,2 phần độ trễ bớc(độ trễ bớc và độ vi sai của độ trễ bớc),2vec tơ bảng mã cố định (chỉ số mã cố định và chỉ số bảng mã cố định ),và 2 tập hợp độkhuếch đại bảng mã cố định và bảng mã thích ứng Các hệ số LSP đ ợc nội suy và đợcchuyển đổi thành các hệ số bộ lọc LP cho mỗi phân khung.Sau đó ,cứ mỗi phân khungthực hiện các bớc tiếp theo:

Giá trị kích thích đợc khôi phục là tổng của véc tơ bảng mã cố định và bảng mã thíchứng nhân với các giá trị khuếch đại tơng ứng của chúng

Tiếng nói đợc khôi phục bằng cách lọc giá trị kích thích này thông qua bộ lọc tổng hợpLP

Tín hiệu tiếng nói khôi phục đa qua bớc xử lý trạm ,bao gồm bộ lọc thích ứng dựa trêncơ sở các bộ lọc tổng hợp ngắn hạn và dài hạn ,sau đó qua bộ lọc thông cao và bộ nângtín hiệu

Bảng 1.2 :Các tham số của bộ mã và giải mã CS-ACELP

Bảng mã cố

định

Bảng mã thích ứng

Bộ lọc ngắn hạn

bộ xử lý trạm Gc

Gp

Khuếch đại bảng mã (bớc 1 )của khung con thứ nhât Khuếch đại bảng mã (bớc 2 )của khung con thứ nhât

8 1 4 13 3 3 P2

Khuếch đại bảng mã (bớc 1)của khung con thứ hai Khuếch đại bảng mã (bớc 2)của khung con thứ hai

5 4 13 3 4

2.1.4 Chuẩn nén G.729A

G.729A là thuật toán mã hoá tiếng nói tiêu chuẩn cho thoại và số liệu đồng thời số hoá(DSVD) G.729A là sự trao đổi luồng bit với G.729 ,có nghĩa là :tín hiệu đợc mã hoábằng thuật toán G.729A có thể đợc giải mã thông qua thuật toán G.729 và ngợclại.Giống nh G.729 ,nó sử dụng thuật toán dự báo tuyến tính mã kích thích đại số đợccấu trúc liên kết (CS-ACELP) với các khung 10ms.Tuy nhiên ,một vài thuật toán thay

đổi sẽ đợc giới thiệu mà kết quả của các thuật toán này làm giảm 50% độ phức tạp Nguyên lý chung của bộ mã hóa và giải mã của thuật toán G.729A giống nh G.729 Cácthủ tục lợng tử hoá và phân tích LP của bộ khuếch đại bảng mã cố định và thích ứnggiống nh G.729.Các thay đổi thuật toán so vơi G.729 sẽ tổng kết nh sau:

Bộ lọc trọng số thụ cảm sử dụng các tham số bộ lọc LP đã lợng tử và đợc biểu diễn là

Ư(z) =A(z)/A(z/γ) vói giá trị γ=0,75

Phân tích độ lên giọng mạch vòng hở đơn giản hoá bằng cách sử dụng phơng phápdecimation (có nghĩa là trích lấy 10 mẫu ) trong khi tính sự tơng quan của tiếng nótrọng số

Các tính toán phản ứng xung của bộ lọc tổng hợp trọng số W(z)/A(z) ,của tín hiệu ban

đầu ,và việc thay thế W(z) bằng 1/A(z/γ)

Việc tìm bảng mã thích ứng đợc đơn giản hoá Việc tim sẽ cực đại hoá giá trị tơng quangiữa kích thích trớc và tín hiệu ban đầu lọc trớc ( năng lợng của kích thích trớc lọc làkhông đáng kể )

Việc tìm bảng mã cố định đợc đơn giản hoá.Thay vì tập trung ở mạch vòng tổ ong ,giảipháp tìm sơ đồ hình cây độ sâu trớc đợc sử dung

Tại bộ giải mã , hoạ ba của bộ lọc sau sẽ đợc đơn giản bằng cách sử dụng chỉ các độ trễnguyên

Tiền xử lý

Phân tích LP

Lợng tử hoá và nội suy LSP

Biến đổi LSP thành A(z) & trọng số

0,20 1,28 0,95 0,12 0,82 1,55 1,86 0,46

0,226 1,957 1,390 0,461 1,563 3,453 8,406 0,643

0,226 1,696 1,390 0,173 0,955 1,778 3,046 0,643

0,68 0,73 0,22

1,133 2,539 0,266

1,133 1,000 0,226

Bảng 2.3 Các thông số WMOPS và MIPS của G.729 và G.729A

MIPS :(Million Instructions Per Second ) : triệu câu lệnh trên một giây

WMOPS: (Weighted Milion Operations Per Second): triệu thao tác trên 1 giây

Cả hai bộ mã hoá G.729 và G.729A đã đợc thử nghiệm trên vi mạch T1TMS320C50DSP.Trong thử nghiệm USH, thuật toán mã hoá song công G.729A yêu cầu 12,4 MIPS,trong khi G.729 yêu cầu 22,3 MIPS Việc giảm độ phức hợp của cả hai bộ mã hoá G.729

và G.729A đợc đa ra trong bảng 2.3 cho cả hai phần mã hoá và giải mã Độ phức tạp ở

đây thể hiện qua 2 số hạng :C50 MIPS và WOPS của thuật toán cơ sở Về yêu cầuG.729A yêu cầu ít hơn 2k RAM và 10k ROM trong khi G.729 yêu cầu khoảng 2k RAM

và 11k ROM.Hiển nhiên với việc sử dụng G.729A giảm đợc khoảng 50% độ phức tạp sovới G.729, với việc giảm một ít chất lợng trong trờng hợp 3 bộ đôi (mã hoá / giải mã) vàtrong trờng hợp có tạp âm nền

đoạn đo sự thay đổi theo thời gian của đặc tính tín hiệu thoại không tích cực và quyết

định xem có một khung mô tả thông tin im lặng mới không có thể đợc gửi đi để duy trìchất lợng tái tạo của tạp âm nền tại đầu thu.Nếu có một khung nh thế đợc yêu cầu ,cáctham số năng lợng và phổ mô tả các đặc tính cảm nhận đợc của tạp âm nền đợc mã hoá

và truyền đi một cách hiệu quả dùng 15b/khung Tại đầu cuối thu ,mô đun tạo tạp âmphù hợp sẽ tạo tạp âm nền đầu ra sử dụng tham số cập nhật đã phát hoặc các tham số đã

có trớc đó.Tạp âm nền tổng hợp đạt đợc bằng cách lọc dự báo tuyến tính tín hiệu kíchthích giả trắng đợc tạo ra trong nội bộ của mức điều khiển Phơng pháp mã hoá tạp âmnền tiết kiệm tốc độ bit cho tiếng nó mã hoá tại tốc độ bit trung bình thấp 4kbps trongcuộc đàm thoại tiếng nói bình thờng để duy trì chất lợng đàm thoại

Đối với các ứng dụng DSVD (Digital Simultaneous Voice and data: thoại và số liệu đồngthời số hoá ) và độ nhạy tốc độ bit khác ,G729B là một điều kiện tối cần thiết để giảmtôc độ bit hơn nữa băng cách sử dụng công nghệ nén im lặng.Khi không có tiếng nói ,tốc

độ bit có thể giảm,giải phóng dung lợng kênh cho các ứng dụng xảy ra đồng thời,ví dụ

nh đờng truyền tiếng khác trong điện thoại tế bào đa truy nhập phân kênh theo mã/theothời gian (TDMA/CDMA) hoặc truyền số liệu đồng thời.Một phần đáng kể trong cuộc

đàm thoại thông thờng là im lặng ,trung bình lên tới 60% của một cuộc đàm thoại 2chiều Trong suốt quá trình im lặng ,thiết bị đầu vào tiếng,ví dụ nh tai nghe ,sẽ thu thôngtin từ môi trờng ồn Mức và đặc tính ồn có thể thay đổi đáng kể,từ một phòng im lặng tới

đờng phố ồn ào hoặc từ một chiếc ô tô chuyển động nhanh,Tuy nhiên ,hầu hết các nguồn

tạp âm thờng mang thông tin ít hơn thông tin tiếng ,vì vậy, trong các chu kỳ không tíchcực tỷ số nén sẽ cao hơn Nhiều ứng dụng điển hình, ví dụ hệ thống toàn cầu đối với điệnthoại di động GSM ,sử dụng việc dò tìm chu kỳ im lặng và chèn tạp âm phù hợp để tạo đ-

ợc hiệu quả mã hoá cao hơn

Xuất phát từ quan niệm về dò tìm im lặng và chèn tạp âm phù hợp dẫn đến các côngnghệ mã hoá tiếng mấu kép Các mẫu khac nhau bởi tín hiệu đầu vào ,đợc hiển thị là:thoại tích cực đối với tiếng nói và thoại không tích cực đối với im lặng hoặc tạp âmnền,đợc xác định bởi sự phân loại tín hiêu.Sự phân loại này có thể đợc thực hiện bêntrong hoặc bên ngoài bộ mã hoá tiếng nói.Bộ mã hoá tiếng toàn tốc có thể có tác dụngtrong quá trình tiếng thoại tích cực,nhng có một nguyên lý mã hoá khác đợc dùng đối vớitín hiệu thoại không tích cực,sử dụng ít bit hơn ,tỷ số nén trung bình cao hơn.Sự phânloại này đợc gọi chung là bộ dò hoạt động thoại (VAD: Voice Activity Detector ) và đầu

ra của bộ này gọi là mức hoạt động thoại.Mức hoạt động thoại là 1 khi có mặt hoạt độngthoại và là 0 khi không có hoạt động thoại

Thuật toán VAD và bộ mã hoá tiếng nói không tích cực ,giống với các bộ mãhoá G.729 và G.729A, đợc thực hiện trên các khung của tiếng nói đã đợc số hoá.Để phùhợp kích thớc các khung giống nhau đợc dùng cho mọi sơ đồ và không có độ trễ thêmvào nào đợc tạo ra bởi thuật toán VAD hoặc bộ mã hoá thoại không tích cực đối với néncao hơn Đầu vào bộ mã hoá tiếng nói là tín hiệu tiếng nói đến đã đợc số hoá Với mỗikhung tiếng nói đầu vào ,VAD đa ra mức hoạt động thoại ,mức này đợc dùng nh mộtchuyển mạch giữa các bộ mã hoá thoại tích cực và không tích cực.Khi bộ mã hoá thoạitích cực có tác dụng,luồng bit thoại tích cực sẽ gửi tới bộ giải mã tích cực cho mỗikhung.Tuy nhiên,trong các chu kỳ không tích cực ,bộ mã hoá thoại không tích cực có thể

đợc chọn để gửi đi các thông tin mới nhất gọi là bộ mô tả việc chèn im lặng (SID:Silence Insertion Descriptor ) tới bộ giải mã không tích cực hoặc không gửi gì cả Kỹthuật này có tên là truyền gián đoạn (DTX :Discontinuous Transmission ) Với mỗikhung ,đầu ra của mỗi bộ giải mã đợc dùng làm tín hiệu khôi phục

Ngoài các chuẩn nén đã đợc nêu trên còn một số chuẩn nén để nén tín hiệuthoại tốc độ thấp nh GSM 10.6 ;G.723 trong khuyến nghị H.323

2.2 Báo hiệu DTMF (Dial tone Multi Frequency )

Cũng nh các thuê bao điện thoại thông thờng ,mỗi thuê bao trong mạng điệnthoại Internet có một địa chỉ thể hiện dới dạng số Các số này đợc truyền dới dạng tínhiệu DTMF ,trong phần này em xin trình bày sơ lợc các phơng thức truyền báo hiệuDTMF trong mạng

2.2.1 Báo hiệu DTMF qua bản tin UserInputIndication

Tất cả các phần tử H.323 trong mạng đều phải có khả năng nhận tín hiệu DTMFtrên bản tin UserInputIndication của H.245 và truyền nó tới các phần tử khac trong mạng.Bảng 4 liệt kê tất cả các trờng hợp trao đổi báo hiệu DTMF của các phần tử mạng

Nguồn Đích

Đầu cuối H.323 GatewayH.323 GatekeeperH.323 Mạng phi H.323

Gateway H.323 M/O M/O M/O M/O

Chú thích: -M/O :bắt buộc hoặc lựa chọn

-N/A: Không sử dụng

Bảng 4

2.2.1.1 Thiết bị đầu cuối thu phát DTMF

Tại phía phát ,để tránh cho gateway khỏi bị nhầm giữa tín hiệu âm thanh H.323 và tínhiệu DTMF trong bản tin UserInputIndication H.225 ,thiết bị đầu cuối H.323 sẽ khôngmã hoá tín hiệu DTMF trong luồng dữ liệu âm thanh H.323

Tại phía nhận ,thiết bị đầu cuối D.323 sẽ chuyển các tín hiệu DTMF nhận đợc trên bảntin UserInputIndication thành dạng ngời sử dụng có thể cảm nhận đợc ví dụ nh tín hiệutone hoặc giá trị ghi vào một hộp thoại

2.2.1.2 Gateway thu phát DTMF

Do nhiệm vụ làm cầu nối trung gian giữa mạng H.323 và mạng phi H.323 nên tất cả cácgateway đều phải có khả năng chuyển đổi từ dạng tín hiệu DTMF nhận đợc từ phía mạngphi H.323 thành bản tin UserInputIndication H.245 để truyền đi trong mạng H.323 vàngợc lại

Khi nhận đợc tín hiệu DTMF từ phía mạng phi H.323 thì ngoài việc chuyển đổi trên nó

sẽ loại bỏ tín hiệu này khỏi luồng tín hiệu âm thanh

Khi phát tín hiệu DTMF cho mạng phi H.323 thì gateway sẽ giả thiết rằng không có mộttín hiệu DTMF nào trên luồng tín hiệu H.323

Gatekeeper có thể thực hiện việc khôi phục tín hiệu DTMF trong bản tinUserInputIndication nhận đợc từ một phần tử H.323 và truyền nó cho một phần tử H.323khác có liên quan tới cuộc gọi

2.2.2 DTMF đợc truyền thông qua giao thức thời gian thực RTP (Real

time Transport Protocol)

Đây là một phơng pháp đợc lựa chọn sử dụng để truyền DTMF thông qua một RTF riêngbiệt đợc trình bày trong bản thảo của IETF (draft-ietf-avt-dtmf-00.txt).Nừu đợc thửnghiệm đạt kết quả tốt và đợc VoIP forum thông qua thì nó sẽ trở thành một trong haiphơng pháp mà các đầu cuối có thể lựa chọn để truyền DTMF

Khả năng thu phát tín hiệu theo phơng thức đợc trình bày trong draft-ietf-avt-dtmf-00.txtcủa một thiết bị đầu cuối đợc thiết lập bằng một bản tin H.245 TerminalCapabilitySet Đầu cuối sẽ sử dụng các bit nhận dạng IMTC DTMF để chỉ ra

khả năng mã hoá và giải mã RTP DTMF

Cácbit IMTC DTMF để chỉ ra khả năng nhận RTP DTMF sắp sếp theo thứ tự:

CapabilityTable.capability.ReceiveAudioCapbility.nonStandar.nonStandarIdentifier.object

Các bit nhận dạng IMTC DTMF để chỉ ra khả năng truyền RTP DTMF sắp sếp theo thứtự

CapabilityTable.capability.TránmitAudioCapbility.nonStandar.nonStandarIdentifier.objectKhi một thiết bị đầu cuối hỗ trợ phơng thức thu phát DTMF đợc trình bày trong draft-ietf-avt-dtmf-00.txt thì H.245 sẽ mở kênh logic căn cứ vào bản tin H.245 openLogicalChanel

2.3 Khử tiếng vọng

Trong mạng IP đờng truyền tiếng vọng là đờng tròn (round –trip) và tạo ra do mạchhybrid (chuyển 2 dây-4 dây) ,mặt khác tín hiệu sẽ tích luỹ qua các quá trình xử lý (mãhóa và giải mã ,đóng gói và giải đó gói ) và truyền dẫn tín hiệu Vì vậy tiếng vọng là mộttrong những yếu tố chủ yếu ảnh hởng đến chất lợng cuộc thoại trên mạng Internet

Thông thờng việc khử tiếng vọng đợc thực hiện trong các Gateway và khối này tuân theocác khuyến nghị G.165 và G.167 Hình 1.3 sau đây mô tả đờng truyền của tín hiệu trên

đó có các mạch triệt tiếng vong

Hình 2-Mạch triệt tiếng vọng

2.4 Cơ chế bảo mật.

Đối với các dịch vụ dựa trên cơ sở khuyến nghị H.323 và khuyến nghị H.245của ITU-T mà cụ thể một trong các dịch vụ này là Thoại Internet ,cơ chế bảo mật củachúng đợc thực hiện theo khuyến nghị H.235 của ITU-T.Cơ chế bảo mật trong khuyếnnghị này chủ yếu nhằm chống lại mọi cố gắng thực hiện nghe trộm trong mạng cũng nhmọi cố gắng làm lệch hớng các luồng dữ liệu

Packe t Buffer

Speech Encoding

Packe t Buffer

Speech Encoding

Echo

-+

Echo - +

Hình 2- Phạm Vi tác động của khuyến nghị H.235

Hình 2.4 thể hiện phạm vi tác động của cơ chế bảo mật theo khuyến nghị H235 vào môhình phân lớp trong khuyến nghị H323

2.4.1 Định nghĩa và khái niệm

Authentication: là thủ tục kiểm tra thuê bao muốn sử dụng dịch vụ là ai.Authentication

đợc sử dụng để thực hiện kết nối ngời sử dụng và tổng đài dựa trên các Certificate.Thủtục này cũng đợc tổng đài sử dụng để thực hiện trao đổi thông tin riêng giữa hai phần tử

nh mật khẩu tĩnh hoặc là trao đổi trớc một vài thông tin ngầm định Authentication có tácdụng ngăn chặn ngời lạ sử dụng dịch vụ

Certificate: là các thông tin chứa đặc điểm nhận dạng.Thông thờng Certificate bao gồm

thông tin nhận dạng nhà cung cấp dịch vụ,nhận dạng ngời sử dụng.Certificate đợc sửdụng để thiết lập các kênh an toàn(kênh báo hiệu cuộc gọi và điều khiển cuộc gọi)

Kênh H.245 an toàn: là kênh H.245 mà trên đó trớc khi trao đổi các bản tin điều khiển

H.245 ,các phần tử phải thực hiện thủ tục bắt tay và thủ tục Authentication

Kênh H.245 không an toàn: kênh H.245 cũng có thể hoạt động theo chế độ không an

toàn và khi đó hai phần tử sẽ thiết lập một kênh logic an toàn giữa chúng để thực hiệnthủ tục Authentication (ví dụ nh TLS hoặc IPSEC đợc sử dụng để mở một kênh logic ứngvới một giá trị encryptionData)

2.4.2 Thu tục Authentication giữa hai đầu cuối

Thủ tục Authentication gồm hai loại: loại thứ nhất là mã hoá đối xứng không yêu cầuthông tin ngầm định trớc nào giữa hai phần tử ,loại thứ hai là có một vài thông tin ngầm

RT P RT CP

H.225.0

T erminal to Gatekeeper Signaling (RAS)

H.224.0 Call Signaling

Link Layer Physical Layer

2.4.2.1 Thủ tục Authentication của Diffie-Hellman

Thủ tục Authentication này thuộc loại thứ nhất Nghĩa là trớc hết phải trao đổithông tin ngầm định (có thể là từ khoá ) giữa hai phần tử phục vụ cho các giao tiếp cótính riêng t

Sau khi trao đổi xong từ khoá cả hai phần tử sẽ lựa chọn thuật toán để xử lý nó Sau đó từkhoá này sẽ đợc sử dụng để mã hoá mọi thong tin hỏi -đáp.Một trờng hợp hãn hữu có thểxảy ra là thủ tục Diffie-Hellman phát hiện từ khoá có công dụng kém thì một trong haiphần tử sẽ huỷ bỏ kết nối và tái thiết lập kết nối với từ khoá khác.Nh thể hiện trên hình2.7, trong giai đoạn 1 hai phần tử trao đổi từ khoá trong thủ tục Diffie-Hellman ,giai

đoạn hai mô tả giao thức hỏi đáp Authentication

Hình 2-Thủ tục Authentication của Diffie-Hellman

[ ] thể hiện chuỗi có thứ tự các Token

() chỉ ra một token đặc biệt gồm nhiều yếu tố.

{} E DH-Secret chỉ ra các phần tử nằm trong nó bị mã hoá bảo mật sử dụng giá trị E DH-Secret

theo thủ tục Diffie-Hellman.

Đầu cuối A biết từ khoá để giải mã generallDa ứng với đầu cuối B cógenerallDb

là Dha và nó sẽ gửi từ khoá đó cho B trong giai đoạn 1 và ngợc lại đầu cuối B cũng gửi từkhoá Dhb cho A

Trong giai đoạn 2 thực hiện thuật toán đối với từ khoá thu đợc giá trị EDH-Sẻcet dùng để mãhoá các bản tin hỏi đáp

2.4.2.2 Thủ tục Authentication dựa vào nhận dạng.

Thủ tục này thuộc vào loại thứ hai tức là có trớc thông tin ngầm định Mặc dù các thủ tụcnày bình thờng đợc thực hiên trên cả hai hớng truyền nhng nó cũng có thể chỉ thực hiệntrên một hớng nếu nh chỉ cần Authentication theo hớng đó Có 3 thủ tục Authenticationthuộc loại này :mật khẩu mã hoá đối xứng ,mật khẩu ngẫu nhiên ,xác nhận chữ ký

1 Mật khẩu mã hoá đối xứng

clearToken[Dha,randomb,timea) ],cryptoToken[ ({generallD atimebDhb.]

clearToken[Dha,timea) ],cryptoToken[ ({generallD atimeaDha.]

clearToken[ ({generallDa randombt) ] Respons

e

giao thức này đợc trình bày trong tiêu chuẩn ISO9798-2(mục 5.2.1)

2 Mật khẩu ngẫu nhiên

Giao thc này đợc trình bày trong tiêu chuẩn ISO 9798-4(mục 5.2.1)

3 Công nhận chữ ký

Giao thức này đợc trình bày trong tiêu chuẩn ISO9798-3(muc 5.2.5)

2.4.3 Thủ tục Authentication giữa đầu cuối và Gatekeeper

Thủ tục Authentication giữa đầu cuối và GateKeeper cũng chia làm hai loại.loại 1 là mãhoá đối xứng và không có thông tin ngầm định trớc giữa đầu cuối và Gatekeeper ;loại 2

xác nhận quyền truy cập Các bản tin của thủ tục này đợc truyền trên kênh RAS nối giữa

đầu cuối và Gatekeeper

2.4.3.1 Thủ tục Authentication không có thông tin ngầm định trớc.

Thủ tục Authentication này trao đổi bản tin theo thủ tục Diffie-Hellman nh trình bàytrong mục 2.4.2.1 .Trong giai đoạn 1,đầu cuối và GateKeeper trao đổi cặp bản tinGRQ/GCF trong đó có chứa từ khoá mã hoá.Sau đó từ khoá sẽ đợc sử dụng để mã hoácặp bản tin tiếp theo RRQ/URQ Nếu Gatekeeper hoạt động ở chế độ này mà nhận đ ợcbản tin GRQ không có từ khoá DHset nó sẽ trả lời bằng bản tin DRJ có chứa mã nguyênnhân từ chối securityDenial.

2.4.3.2 Thủ tục Authentication dựa trên thông tin ngầm định trớc

Có 3 loại thông tin ngầm định trớc là :mật khẩu mã hoá đối xứng ,mật khẩungẫu nhiên ,công nhận dựa trên chữ ký.Cũng giống nh trao đổi giữa hai đầu cuối nh đãtrình bày ở mục 2.4.2.2

2.4.4 Thủ tục mã hoá bảo mật luồng dữ liệu.

Luồng dữ liệu sau khi mã hoá sẽ đợc chia thành các gói Các gói này sẽ đợc đavào khối mã hoá bảo mật Tại đây việc mã hoá bảo mật sẽ đợc thực hiện dựa vào các từkhoá sau đó các gói dữ liệu mới đợc chèn thêm phần mào đầu tơng ứng rồi mới truyền

đi.Quá trình giải mã bảo mật sẽ diễn ra ngợc lại

Các từ khoá (h235Key) nằm trong bản tin encryptionUpdate truyền trên kênh

điều khiển H.245 khi truyền đi các h235key có dạng chuỗi octet đã đợc mã hoá theo

chuẩn ASN.1

Tại mọi thời điểm khi hội thoại ,đầu cuối nhận hoặc truyền đều có thể yêu cầu từ khoámới bằng bản tin encryptionUpdateRequest Một trong những nguyên nhân dẫn đến

hiện tợng này là nếu nghi ngờ một trong những kênh logic mất đồng bộ Khi đầu cuối

đóng vai trò Master nhận đợc yêu cầu này nó sẽ phát đi từ khoá mới và nó cũng phát điyêu cầu cập nhật từ khoá mới bằng bản tin encryptionUpdate Nếu là cuộc gọi hội nghị

gồm nhiều đầu cuối ,thì MC hoặc đầu cuối Master sẽ có nhiệm vụ đa từ khoá mới tới tấtcả các thành viên trớc khi từ khoá mới có hiêụ lực trên kênh dữ liệu

2.4.5 Xử lý khi nhận thấy mất an toàn

Nếu một đầu cuối nhận thấy mất an toàn trên một trong các kênh sau: kênhH245,kênh dữ liệu an toàn(kênh điều khiển h235) hoặc kênh nối kết cuộc gọi ,ngay lậptức nó sẽ kết thúc cuộc gọi theo thủ tục giao thức H323

Nếu một đầu cuối phát hiện thấy mất an toàn trên một trong các kênh logic ,thìngay lập tức nó sẽ yêu cầu một từ khoá mới bằng bản tin encryptionUpdateRequest

và đóng kênh logic đó lại Tại MCU nếu nhận thấy mất privacy trên một trong nhữngkênh logic có thể nó sẽ đóng tất cả các kênh logic hoặc yêu cầu từ khoá mới ,khi đóMCU sẽ phát bản tin encryptionUpdateRequest và encryptionUpdate tới tất cả các

đầu cuối

2.4.6 Ví dụ bảo mật bằng cách sử dụng Token

Bằng cách sử dụng Token ta có thể làm ẩn đi các thông tin về địa chỉ đích củacuộc gọi.Ví dụ nh trong mạng đợc thể hiện trên hình 2.4.6 Trong tình huống này thuêbao bị gọi(điện thoại B) không muốn cho thuê bao chủ gọi (đầu cuối A) biết địa chỉ vật

lý của nó mà cuộc gọi vẫn thực hiện đợc Các bớc báo hiệu thực hiện cuộc gọi mà vẫnbảo đảm yêu cầu trên nh sau

Đầu cuối A gửi bản tin ARQ tới GateKeeper của nó có chứa địa chỉ hình thức của điệnthoại B đối với Gateway Khi Gatekeeper nhận tháy địa chỉ B chỉ có đặc tính Privacy ,đểthực hiện đợc cuộc gọi nó phải trả lời địa chỉ của điện thoại B đối với Gateway

Khi Gatekeeper trả lời đầu cuối A bằng bản tin ACF vẫn chứa thông tin về địa chỉ này để

có thể kết nối với điện thoại B nhng nó đã mã hoá bằng cách chèn Token vào Khi đó đầucuối A không thể giải mã để hiểu đợc địa chỉ này

Đầu cuối A gửi bản tin SETUP đến Gateway có chứa địa chỉ đã mã hoá token này

Gateway khi nhận đợc bản tin SETUP sẽ gửi bản tin ARQ có chứa địa chỉ đã mã hoá

token nhận đợc tới Gatekeeper

Gatekeeper sẽ giải mã địa chỉ này và trả lời Gateway bằng bản tin ACF có chứa số bị gọi

Endpoint X Gatekeeper

C h a p t e r 3

ΧΗƒ∞ΝΓ3 Cấu trúc mạng và cấu hình chuẩn

của mạng IP.

3.1 Tổng quan về cấu hình chuẩn của mạng VoIP

Cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể bao gồm các phần tử sau:

Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP;

• Thiết bị đầu cuối kết nối mạng SCN;

• Back – end Service

Hình 3.1 sau đây đa ra một ví dụ cụ thể về cấu hình chuẩn và các giao diện cơ bản trongmạng VoIP

Hình 3-Cấu hình chuẩn cơ bản của mạng VoIP

Cấu hình thể hiện trên hình 3.1 bao gồm hai GK và giao diện giữa chúng là loại D sẽ đợc

đề cập đến sau.Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giống với

H.323

Signaling GW

Media GW

E.b

E.a

N B

A

F C

J

giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW.Mỗi GK sẽ chịu trách nhiệm quản lý một Domain,nhng cũng có thể nhiều GK chia nhau quản lý từng phần của một Domain trong trờnghợp một Domain có nhiều GK.

Trong vùng quản lý của các GK,các tín hiệu báo hiệu có thể đợc chuyển tiếp qua mộthoặc nhiều GK.Do đó các GK phải có khả năng trao đổi thông tin với nhau khi cuộc gọi

có liên quan nhiều GK.Có thể sử dụng các cách thức nối sau đây để kết nối hai GK hoặcmột GK và một GW:Delicated ,non-delicated,long –live ,on-demand

3.2 Các cấu hình chuẩn và chức năng của các phần tử

3.2.1 Thiết bị đầu cuối

• Một thiết bị đầu cuối là một nút cuối trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP ,nó cóthể đợc kết nối với mạng IP sử dụng một trong các giao diện truy nhập sẽ đợctrình bày sau đây.Một thiết bị đầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng

IP thực hiện một cuộc điện thoại đến một thuê bao trong mạng SCN Các cuộcgọi đó sẽ đợc sự giám sát của GK mà thiết bị đầu cuối đó đã đăng ký

• Một thiết bị đầu cuối có thể bao gồm các chức năng sau đây:

kết nối với thiết bị đầu cuối

thiết bị đầu cuối;

phần tử mạng;

là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa các thông tin đã đợc truyền hoặc nhận cha;

kiện (truy nhập ,cảnh báo ) và tài nguyên;

ra thiết bị ngoại vi

3.2.2 Mạng truy nhập IP

Mạng truy nhập IP cho phép thiết bị đầu cuối ,GW,GK truy nhập vào mạng IP thôngqua cơ sở hạ tầng mạng sẵn có Sau đây là một vài loại giao diện truy nhập IP đợc sửdụng trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP

• Truy nhập PSTN;

• Truy nhập ISDN;

• Truy nhập GMS;

• Truy nhập cáp;

các bản tin H.225.0 ,hoặc nhận và truyền địa chỉ IP để truyền các bản tinH.225.0,bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng;

thông tin ,bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng;

H.245, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng;

hoặc các phần tử mạng

dụng các kênh truyền tải thông tin;

bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã đợc truyền hoặc nhận cha;

với thiết bị đầu cuối;

kiện (truy nhập ,cảnh báo ) và tài nguyên;

ghi ra thiết bị ngoại vi

3.2.4 Gateway(GW)

Một GW có thể kết nối vật lý một hay nhiều mạng IP với một hay nhiều mạng SCN.Một GW có thể bao gồm :SGW,MGW,MGWC Một hay nhiều chức năng này có thể đ-

ợc thực hiện trong GK hay một GW khác :

Gateway báo hiệu (SGW ):

SGW cung cấp kênh báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN.Nó có thể hỗ trợ chức nănghoặc kênh báo hiệu giữa mạng IP (ví dụ nh H.323 ) và báo hiệu trong mạng SCN (ví dụ

nh R2 ,CCS7 )

SGW có thể bao gồm các khối chức năng sau :

- Kết nối các giao thức điều khiển cuộc gọi SCN;

- Kết nối báo hiệu từ mạng SCN : Phối hợp hoạt động với các chức năng báo hiệu củaMGWC;

- Chức năng báo hiệu :chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP với báo hiệu mạng SCN khiphối hợp hoạt động với MGWC;

- Bảo mật kênh báo hiệu : bảo đảm tính bảo mật của kênh báo hiệu từ GW;

- Chức năng ghi các bản tin sử dụng :xác định và ghi các bản tin xử dụng ra thiết bịngoại vi ;

- OAM&P: vận hành, quản lý và bảo dỡng ,thông qua các giao diện logic cung cấpcác thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản

lý hệ thông;

- Chức năng quản lý :giao diện với hệ thống quản lý mạng ;

- Giao diện mạng chuyển mạch gói :kết nối mạng chuyển mạch gói;

a) Gateway ph ơng tiện (Media Gateway )

MGW cung cấp phơng tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hoá Nó chuyển đổigiữa các mã truyền trong mạng IP (truyền trên RTP/UDP/IP )với mã hoá truyền trongmạng SCN (PCM,GSM)

MGW có thể bao gồm các khối chức năng sau :

thông tin truyền và nhận ;

mạng SCN bao gồm việc chuyển đổi mã hoá và triệt tiếng vọng;

SCN;

kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh ,nó phải bao gồm các bộ mã hoá và giải mã PCMluật A và PCM luật à;

thông tin trong mạng chuyển mạch gói bao gồm các bộ mã hoá giải mã có thể sử dụng

đợc Theo chuẩn H.323 thì nó bao gồm RTP/RTCP và các bộ mã hoá giải mã nhG.711,G.723.1;

chuyển nó sang trạng thái có thể điều khiển bởi chức năng xử lý kênh thông tin;

thông tin thoại ,fax,dữ liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạchgói Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp ví dụ nh :nén tín hiệuthoại,triệt tiếng vọng ,triệt khoảng lặng,mã hoá,chuyển đổi tín hiệu fax và điều tiết tốc

độ modem tơng tự.Thêm vào đó nó còn thực hiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMFtrong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộmã hoá tín hiệu thoại không mã hoá tín hiệu DTMF.Chức năng chuyển đổi kênh thôngtin giữa IP và SCN cũng có thể thu thập thông tin về lu lợng gói và chất lợng kênh đốivới mỗi cuộc gọi để sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi;

tin thông tin truyền và nhận;

ngoại vi ;

thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệthống;

b) Gateway điều khiển ph ơng tiện (MGWC-Media Gateway Controller)

MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW ,SGW,và GK Nó cung cấp sử lý cuộc gọi cho

GW ;nó điều khiển MGW;nó nhận thông tin báo hiệu SCN từ SGW và thông tin báo hiệu

tin báo hiệu hoặc bản tin chá thông tin đã đợc truyền hoặc nhận cha;

hiện bởi các đầu cuối trong mạng Ví dụ nh theo chuẩn H.323 thì bao gồm: H.225.0,Q.931, H.225.0 RAS và H.245 Đối với một đầu cuối H323 chỉ nhận thì nó bao gồmH.225.0 RAS mà không bao gồm H.245;

gói( ví dụ nh H.323, UNI, PNNI) Nó chỉ la lại vừa đủ các thông tin trạng thái để quản

lí giao diện Về thực chất giao diện báo hiệu chuyển mạch gói trong MGWC không

kết nối trực tiếp với MGW nh là các thông tin truyền từ MGWC tới MGW thông quachức năng điều khiển cuộc gọi;

chuyển đổi giao diện( ví dụ nh từ SS7 sang H.225.0);

MGW, giải thông và độ khả dụng của mạng IP, tỉ lệ định tuyến thành công cuộc gọi;

điều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả các điều khiển kết nối logic của GW

phối hợp hoạt động với SGW;

thông tin truyền và nhận;

ngoại vi;

thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lí hệthống;

Giao diện B

B là giao diện giữa đầu cuối H.323 và MGW Các thông tin chuyển qua giao diện B phải

hỗ trợ luồng dữ liệu giữa thiết bị đầu cuối H.323 và MGW bao gồm RTP, có thể có RTCP

nh đợc trình bày trong khuyến nghị H.225.0 và tham chiếu trong khuyến nghị H.323.Giao diện C

C là giao diện giữa MGWC và GK Các thông tin chuyển qua giao diện C phải hỗ trợ báohiệu cuộc gọi và thông tin cuộc gọi bao gồm H.225.0 và H.245 nh đợc trình bày trongkhuyến nghị H.323

Giao diện D

D là giao diện giữa hai GK Các thông tin chuyển qua giao diện D phải hỗ trợ các chứcnăng sau:

số kiểu khác để các thiết bị có thể sử dụng dịch vụ;

thông tin;

một GK khác Chức năng này thờng sử dụng trong điều kiện phải đăng ký và xác nhậnvới Proxy;

cuộc gọi, đại diện cho một phần tử khác) trao đổi thông tin với một GK khác

có thể đợc chia làm hai phần nh sau:

Tại giao diện Ea: phải hỗ trợ các luồng dữ liệu kết lối giữa mạng IP và mạng SCN;

Tại giao diện Eb: phải hỗ trợ báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN

Giao diện F là giao diện giữa Back-end service và MGWC

Giao diện G là giao diện giữa Back-end service và GK

Giao diện H là giao diện giữa đầu cuối H.323 hoặc GK và mạng truy nhập IP

Giao diện I là giao diện giữa mạng truy nhập IP và phần còn lại của mạng IP

Giao diện J là giao diện giữa SGW và MGWC

Giao diện N là giao diện giữa MGWC và MGW Các thông tin trao đổi qua giao diện Nphải hỗ trợ các chức năng sau:

- Tạo, thay đổi, xoá một luồng dữ liệu kết nối qua MGW;

- Xác định các thông số kỹ thuật đợc sử dụng của các luồng dữ liệu truyền qua MGWkhi thiết lập một kết nối và sau đó là trong suốt khoảng thời gian kết nối đó tồn tại;

- Yêu cầu chèn các tín hiệu tone và các âm thông báo vào luồng dữ liệu theo yêu cầutrực tiếp của MGWC hoặc bởi chỉ thị chèn các tone hoặc âm thông báo bắt đầu và kếtthúc khi phát hiện một sự cố trong bản thân MGW;

- Yêu cầu thông báo và có thể thực hiện hoạt động để khắc phục khi phát hiện lỗi trênluồng dữ liệu;

3.3.1 Một thí dụ về cấu hình mạng VoIP

Cấu hình triển khai trên hình 3.2 bao gồm 3 GW riêng biệt.GW thứ nhất là SGWkết nối với mạng báo hiệu SS7 của mạng SCN Chức năng của SGW cho phép tập trungcác kênh báo hiệu và duy trì mã điểm báo hiệu SS7

GW thứ 2 là MGWC ,nó giao tiếp với mạng SCN thông qua SGW và kết nối vớimạng IP thông qua GK Chức năng của MGWC là giải phóng việc sử lý cuộc gọi và cácdịch vụ mạng trí tuệ khỏi các cổng vật lý Các chức năng của MGWC có thể chạy trêncác PC phục vụ mục đích chung và không cần thiết phải thay thế mà chỉ cần sử dụngcổng vật lý mới kết nối vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ.

GW thứ 3 là MGW chứa các kết nối với mạng SCN và IP MGƯ bao gồm các cổng vật lýkết nối với MGWC Các cổng mới này đợc đa vào sử dụng trong mạng của các nhà cungcấp dịch vụ ,nó cho phép kết nối thêm MGW mà không làm ảnh hởng tới các MGW sẵn

có trong mạng

Cấu hình này không có khả năng xử lý các tín hiệu báo hiệu trung kế trong băng (inband)

và tất cả các tín hiệu báo hiệu đều phải nhận thông qua một SGW

Hình 3-Ví dụ về cấu hình mạng VoIP

G D

C

A

E.b J

2

1 3

N