i häc quèc gia Hµ Néi

i häc quèc gia Hµ Néi tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh t...

Đại học quốc gia Hà Nội khoa công nghệ Nguyễn Đình Long Nghiên cứu công nghệ vấn đề đo kiểm chất l-ợng thoại cho VoIP Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 Luận văn thạc sĩ Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS Ngô Diên Tập Hà Nội 2004 MỞ ĐẦU Tháng 11 năm 2001, Công ty Điện tử Viễn thơng Qn đội thức nhà cung cấp dịch vụ điện thoại VoIP Việt nam Từ đến nay, Việt nam có thêm nhiều nhà cung cấp VoIP như: Tổng Công ty Bưu Viễn thơng Việt nam (VNPT), Cơng ty cổ phần dịch vụ Bưu Viễn thơng Sài gòn (SPT), Cơng ty Cổ phần Viễn thông Hà nội, Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực (VP Telecom), Công ty Thông tin điện tử Hàng hải Việt nam Sự xuất VoIP giới nói chung Việt nam nói riêng cung cấp cho xã hội dịch vụ đường dài có cước phí thấp nhiều so với cước phí dịch vụ đường dài truyền thống Tuy nhiên, lợi ích ln kèm với hạn chế định Chất lượng thoại hạn chế lớn dịch vụ điện thoại VoIP so với điện thoại truyền thống Trong khuôn khổ đồ án này, tơi xin trình bày hiểu biết kinh nghiệm công nghệ VoIP vấn đề liên quan đến chất lượng đo kiểm cho chất lượng thoại VoIP Đồ án gồm phần: Phần 1: Giới thiệu tổng quan mạng VoIP Trong trình bày hình thức truyền thoại Internet, ưu nhược điểm VoIP, mơ hình chuẩn mạng VoIP, giao thức chuyển tải báo hiệu VoIP Phần 2: Giới thiệu vấn đề liên quan đến chất lượng thoại VoIP phương pháp đo kiểm cho VoIP Trong trình bày yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thoại VoIP, biện pháp để nâng cao chât lượng VoIP, phương pháp để đo kiểm chất lượng thoại mạng VoIP, giới thiệu số thiết bị đo kiểm thoại cho VoIP số kết đo thực nghiệm mạng VoIP Việt nam Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sỹ Ngô Diên Tập - Giảng viên Khoa Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội tận tình hướng dẫn tơi q trình thực đồ án Tơi xin chân thành cảm ơn Văn phòng Đại diện Công ty Acterna Việt nam giúp việc sưu tầm tài liệu tạo điều kiện cho tơi có hội tiếp xúc, học hỏi chuyên gia hàng đầu giới đo kiểm Viễn thông Tôi xin gửi lời cám ơn đến cán kỹ thuật Trung tâm Đo lường, Cục Quản lỹ chất lượng Bưu Viễn thơng Công nghệ thông tin chia sẻ với kinh nghiệm kết đo kiểm thực tế mạng Viễn thông Việt nam Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu có hạn khía cạnh nghiên cứu VoIP nên chắn nội dung nhiều hạn chế Rất mong đóng góp thầy đồng nghiệp Hà nội, tháng năm 2004 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VOIP CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ VOIP I SỰ RA ĐỜI CỦA VOIP Voice over IP (VoIP) mơ hình truyền thoại sử dụng giao thức mạng Internet hay gọi giao thức IP VoIP trở thành công nghệ viễn thông hấp dẫn hay không doanh nghiệp mà với người sử dụng dịch vụ VoIP thực tất gọi mạng PSTN ví dụ truyền thoại, truyền fax, truyền liệu sở mạng liệu có sẵn với tham số chất lượng dịch vụ (QoS) chấp nhận Điều tạo thuận lợi cho người sử dụng tiết kiệm chi phí bao gồm chi phí cho cở sở hạ tầng mạng chi phí liên lạc liên lạc đường dài Đối với nhà cung cấp dịch vụ, VoIP xem mơ hình hấp dẫn mang lại lợi nhuận nhờ khả mở rộng phát triển loại hình dịch vụ với chi phí thấp [7] Cấu trúc phân lớp hệ thống VoIP mô tả giống cấu trúc phân /IP biểu diễn sau: Hình 1: Mơ hình mạng VoIP Mạng truy nhập Hình 2: Cấu trúc phân lớp hệ thống VoIP II CÁC HÌNH THỨC TRUYỀN THOẠI TRÊN INTERNET Mơ hình PC to PC Trong mơ hình này, máy tính cần trang bị card âm thanh, microphone, speaker kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua modem card NIC (Network Interface Card) Mỗi máy tính cung cấp địa IP hai máy tính trao đổi tín hiệu thoại với thông qua mạng Internet Tất thao tác lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hố giải mã, nén giải nén tín hiệu máy tính thực Trong mơ hình có máy tính nối với mạng có khả trao đổi thơng tin với [7] Hình 3: Mơ hình PC to PC Mơ hình PC to Phone Mơ hình PC to Phone mơ hình cải tiến so với mơ hình PC to PC Mơ hình cho phép người sử dụng máy tính thực gọi đến mạng PSTN thơng thường ngược lại Trong mơ hình mạng Internet mạng PSTN giao tiếp với nhờ thiết bị đặc biệt Gateway Đây mơ hình sở để dẫn tới việc kết hợp mạng Internet mạng PSTN mạng GSM hay ISDN khác.[7] Hình 4: Mơ hình PC to Phone Mơ hình Phone to Phone Là mơ hình mở rộng mơ hình PC to Phone sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc mạng PSTN Tất mạng PSTN kết nối với mạng Internet thông qua gateway Khi tiến hành gọi mạng PSTN kết nối đến gateway gần Tại gateway địa chuyển đổi từ địa PSTN sang địa IP để định tuyến gói tin đến mạng đích Đồng thời gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau mã hố, nén, đóng gói gửi qua mạng Mạng đích kết nối với gateway gateway đích, địa lại chuyển đổi trở lại thành địa PSTN tín hiệu giải nén, giải mã chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích.[7] Hình 5: Mơ hình Phone to Phone III CÁC ỨNG DỤNG VÀ ƯU ĐIỂM CỦA VOIP Ưu điểm - Tiết kiệm chi phí: Ưu điểm bật VoIP tiết kiệm chi phí tận dụng tài ngun mạng mà khơng có ràng buộc người sử dụng Việc liên lạc đường dài sử dụng kỹ thuật VoIP tiết kiệm chi phí sử dụng mạng PSTN thông thường, VoIP hiệu PSTN ứng dụng đặc biệt ứng dụng đa dịch vụ Ưu điểm VoIP không tiết kiệm chi phí liên lạc, sử dụng VoIP tiết kiệm chi phí đầu tư vào hạ tầng mạng Chúng ta có khả sử dụng mạng số liệu để phục vụ tất loại hình dịch vụ thoại, fax truyền số liệu thay lắp đặt mạng độc lập Hơn VoIP thích hợp với loại hình thiết bị thoại nào, chẳng hạn PC hay điện thoại thơng thường VoIP áp dụng cho loại hình thoại nào, chẳng hạn thoại thơng thường hay thoại đa điểm điện thoại có hình hay truyền hình hội thảo Việc chia sẻ trang thiết bị chi phí vận hành cho thoại số liệu nâng cao hiệu sử dụng mạng phần băng thơng dư mạng tận dụng mạng khác, thu hẹp phạm vi kênh thoại băng thông tăng dụng lượng truyền.[7] - Quản lý đơn giản: VoIP mang lại cho người sử dụng khả quản lý dễ dàng Việc kết hợp mạng thoại mạng số liệu giảm bớt gánh nặng cho việc quản lý Chỉ cần phải quản lý mạng số liệu thống thay quản lý mạng thoại bên cạnh mạng số liệu trước Đối với doanh nghiệp, tất gọi nội dùng kỹ thuật VoIP mà khơng gặp vấn đề chất lượng dịch vụ Còn cần gọi ngồi cần số kết nối định đến mạng PSTN thơng qua gateway Đối với gia đình, áp dụng kỹ thuật VoIP không làm thay đổi cách sử dụng điện thoại Việc sử dụng hoàn toàn điện thoại thơng thường khơng có thay đổi (nếu có cách bấm số có dài hơn).[7] - Sử dụng hiệu quả: Như biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet sử dụng giao thức IP Hiện IP giao thức mạng sử dụng rộng rãi Có nhiều ứng dụng khai thác sở giao thức mạng IP VoIP kết hợp sử dụng ứng dụng để nâng cao hiệu sử dụng mạng Ví dụ đưa địa mạng VoIP lên trang Web người sử dụng thiết lập liên lạc khai thác trang Web Kỹ thuật VoIP sử dụng chủ yếu kết hợp với mạng máy tính tận dụng phát triển công nghệ thông tin để nâng cao hiệu sử dụng Các phần mềm hỗ trợ nhiều cho việc khai thác dịch vụ mạng VoIP Công nghệ thông tin phát triển việc khai thác có hiệu quả, xuất nhiều dịch vụ hỗ trợ người sử dụng lĩnh vực Ứng dụng - Internet Telephone: thiết bị giống điện thoại thông thường không kết nối vào mạng điện thoại công cộng PSTN mà kết nối vào mạng máy tính (có thể mạng Internet) Internet Telephone có khả truyền nhận tín hiệu âm trực tiếp từ mạng số liệu Internet Telephone sử dụng thiết bị truy cập Internet thông thường Internet Telephone tương lai phát triển với mơ hình doanh nghiệp.[7] - Gateway IP – PSTN: để sử dụng mạng VoIP hiệu với mạng điện thoại công cộng PSTN Gateway IP – PSTN cổng kết nối cho phép trao đổi thơng tin hai mạng Gateway kết nối trực tiếp hai mạng nói sử dụng kết hợp với PBX Gateway IP – PSTN có hai giao diện chính, giao diện thứ giao diện với mạng PSTN giao diện thứ hai giao diện với mạng Internet Gateway có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu chuyển đổi xử lý tin báo hiệu cho phù hợp giao diện Gateway thiết bị có ý nghĩa lớn mơ hình Phone to Phone phát triển rộng rãi kỹ thuật VoIP.[7] - Các ứng dụng mở rộng: cở sở gateway IP – PSTN Chúng ta phát triển thiết kế gateway IP – Mobile để trực tiếp trao đổi thông tin mạng di động với mạng Internet Điều có ỹ nghĩa to lớn thời điểm thông tin di động phát triển rộng khắp toàn cầu Người sử dụng máy di động khơng liên lạc mà có khả truy cập thơng tin sử dụng dịch vụ Internet Có thể mở rộng kết hợp ứng dụng WWW với ứng dụng VoIP cho phép người sử dụng liên lạc trực tiếp từ trang Web Ngồi phát triển ứng dụng VoIP phục vụ truy cập từ xa truyền hình hội thảo hay điện thoại có hình.[7] CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH CHUẨN MẠNG VOIP I CẤU HÌNH CHUẨN VÀ GIAO DIỆN CHUẨN CỦA MẠNG VOIP Cấu hình chuẩn mạng VoIP Theo tiêu chuẩn tổ chức ETSI, cấu hình chuẩn mạng VoIP bao gồm phần tử sau: - Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP - Mạng truy nhập IP - Mạng xương sống IP - Gateway điều khiển phương tiện (MGWC) - Gateway phương tiện (MGW) - Gateway báo hiệu (SGW) - Gatekeeper (GK) - Mạng chuyển mạch (SCN) - Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng SCN - Các dịch vụ đầu cuối (Back-end service) Gatekeeper D Gatekeeper G F B Điều khiển GW đa phương tiện A Dịch vụ đầu cuối J Gateway báo hiệu B Đầu cuối B GW đa phương tiện Ea Eb Hình 6: Cấu hình giao diện chuẩn mạng VoIP Các giao diện chuẩn mạng VoIP Các giao diện chuẩn của mạng VoIP gồm có: - Giao diện A: giao diện thiết bị đầu cuối H.323 với GK - Giao diện B: giao diện thiết bị đầu cuối với MGW - Giao diện C: giao diện MGWC GK - Giao diện D: giao diện hai GK - Giao diện E: có hai loại giao diện E Ea Eb Trong Ea giao diện MGW mạng SCN giao diện Eb giao diện SGW với mạng SCN - Giao diện F: giao diện dịch vụ đầu cuối MGWC - Giao diện G: giao diện dịch vụ đầu cuối GK - Giao diện H: giao diện thiết bị đầu cuối mạng truy nhập IP - Giao diện I: giao diện mạng truy nhập IP mạng xương sống IP - Giao diện J: giao diện SGW MGWC - Giao diện N: giao diện MGWC MGW Các giao diện H, I khơng vẽ hình ví dụ cụ thể cấu hình chuẩn hệ thống giao diện mạng VoIP Cấu hình bao gồm hai GK giao diện chúng giao diện D Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với GK giao tiếp giống giao tiếp thiết bị đầu cuối GW Có thể GK quản lý vùng nhiều GK chia quản lý phần vùng trường hợp vùng có nhiều GK Trong vùng quản lý GK, tín hiệu báo hiệu chuyển tiếp qua nhiều GK Do GK phải có khả trao đổi thông tin với gọi có liên quan đến nhiều GK Có thể sử dụng nhiều cách thức để nối hai GK GK GW như: dành riêng, không dành riêng, theo khoảng thời gian theo nhu cầu.[7 TÀI LIỆU THAM KHẢO TiÕng Anh Acterna (2001), Application Note: The VoIP monitoring Challenge Acterna (2002), DA-3400 Data Network Analyzer David J Wright (2002), Voice over Packet Networks ITU-T (1996), recommendation P.800: Methods for Subjective determination of transmission quality ITU-T (1998), recommendation P.861: Objective Quality Measurement of telephone band (300-3400 Hz) speech codecs ITU-T (2001), recommendation P.862: Perceptual evaluation of speech quality (PESQ), an objective method for end-to-end speech quality assessment of narrow-band telephone networks and speech codecs Jonathan Davidson and James Peter, Voice over IP Fundamentals Opticom (2001), Opera, Voice/Audio Quality Analyzer Opticom (2000), State of the art voice quality testing 10 Othmar Kyas, Network Trouble Shooting, Agilent Technology Publication 11 Wavetek, Wandel&Goltermann (1999), Application Note: VoIP testing with Domino Internetworking Analyzer 12 Wavetek, Wandel&Goltermann (1999), White Paper: Selecting Network Analysis Tools for Network Service and Support Organization ... B: giao diện thiết bị đầu cu i v i MGW - Giao diện C: giao diện MGWC GK - Giao diện D: giao diện hai GK - Giao diện E: có hai lo i giao diện E Ea Eb Trong Ea giao diện MGW mạng SCN giao diện... Eb giao diện SGW v i mạng SCN - Giao diện F: giao diện dịch vụ đầu cu i MGWC - Giao diện G: giao diện dịch vụ đầu cu i GK - Giao diện H: giao diện thiết bị đầu cu i mạng truy nhập IP - Giao diện... hai giao diện chính, giao diện thứ giao diện v i mạng PSTN giao diện thứ hai giao diện v i mạng Internet Gateway có nhiệm vụ chuyển đ i tín hiệu chuyển đ i xử lý tin báo hiệu cho phù hợp giao