Đánh giá về chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP

Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Các nhà quản lý mạng viễn thông hướng tới mạng hệ sau với tích hợp tất mạng, dạng liệu dịch vụ toàn cầu vào mạng Với mạng hệ sau (NGN) này, người sử dụng sử dụng tất dịch vụ viễn thông mà phải đăng ký với nhà cung cấp dịch vụ, tất dạng liệu: thoại, fax, video, liệu máy tính… dược truyền tải mạng Có nhiều lựa chọn công nghệ mạng chuẩn truyền tải IP lựa chọn tốt nhờ tính chất đơn giản hỗ trợ tốt cho mạng Internet bùng nổ giới Tuy nhiên với xu hướng tích hợp dạng liệu lại với nhau, mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống bộc lộ nhược điểm lớn sử dụng lãng phí băng tần tài ngun vơ giá mạng tích hợp, cơng nghệ VoIP đời giải tốn Thay sử dụng kênh logic cố định để mang thơng tin thoại VoIP cắt thơng tin thoại thành gói tin chuyển chúng qua mạng IP, nhờ băng thông kênh logic chia với dạng liệu khác, mà giá thành chi phí cho gọi nhỏ nhiều so với điện thoại truyền thống Đối với doanh nghiệp thường xuyên có nhu cầu sử dụng dịch vụ gọi quốc tế VoIP giải pháp thích hợp Trong q trình thử nghiệm dịch vụ nhiều quốc gia giới có Việt Nam, dịch vụ voIP dành chấp nhận đại đa số người sử dụng dịch vụ Trong tương lai dịch vụ VoIP dự báo phát triển trở thành dịch vụ mạng hệ sau Với xu hướng phát triển loại hình dịch vụ VoIP em chọn đề tài “Đánh giá chất lượng dịch vụ mạng VoIP” làm đề tài tốt nghiệp Mục đích đồ án tìm hiểu chi tiết trình thiết lập giải phóng gọi VoIP sử dụng giao thức phổ biến SIP H.323, sâu vào yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ VoIP trễ, gói, jitter đồng thời đưa số biện pháp khắc phục Nội dung chi tiết bao gồm: Chương I: Tổng quan dịch vụ VoIP: Đề cập đến ưu điểm VoIP so với điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống dịch vụ VoIP cung cấp Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các giao thức VoIP: Tìm hiểu hai giao thức báo hiệu VoIP SIP H.323 Trọng tâm đề cập đến hệ thống H.323 hệ thống triển khai Việt Nam Chương III: Các phương pháp đánh giá chất lượng thoại mạng VoIP: Đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ mạng VoIP bao gồm: trễ, jitter, gói, băng thơng, độ khả dụng Chương IV: Đánh giá chất lượng thoại mạng VoIP mơ hìnhE: Giới thiệu mơ hình E số biện pháp cải thiện chất lượng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, cô giáo khoa viễn thông đặc biệt thầy giáo, Ths.Nguyễn Xn Hồng tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè quan tâm giúp đỡ em trình hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2005 Sinh viên: Nguyễn Văn Thắng Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Chương I TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VoIP 1.1 Giới thiệu Có thể nói phát minh quan trọng kỷ 19 loài người phát minh điện thoại Alexander Graham Bell Từ đến điện thoại trở thành vật dụng thiếu giới Từ tổ chức phủ đến gia đình bình thường khơng thể thiếu máy điện thoại sống công việc hàng ngày họ Lợi ích mà điện thoại mang lại cho người khơng thể phủ nhận Chính nghành cơng nghiệp viễn thơng phát triển vũ bão dịch vụ truyền âm hình ảnh ngày hồn thiện Tuy nhiên chi phí cho dịch vụ điện thoại rẻ so sánh với chi phí sinh hoạt thơng thường gia đình chi phí kinh doanh Cước phí cho gọi nội hạt cao cho gọi đường dài cao đặc biệt gọi quốc tế Đối với quan doanh nghiệp thường xuyên phải thực gọi quốc tế thực vấn đề lớn Tuy nhiên Internet (cũng nói phát minh lớn kỷ 20) đời vấn đề giải Chính Internet thay đổi mặt giới Internet thực cách mạng công nghệ viễn thông Internet thu hẹp khoảng cách không gian, thời gian, ngôn ngữ quốc gia giới, thay suốt ngày phải gọi điện quốc tế quan cơ, doanh nghiệp sử dụng dịch vụ Internet Email, Web để thực cơng việc Tuy nhiên với cơng việc đòi hỏi phải giải điện thoại cơng cụ đắc lực Công nghệ VoIP đời giải vấn đề Do đặc điểm mặt công nghệ mà chi phí giá thành gọi VoIP rẻ nhiều so với giá thành điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống Thay sử dụng kênh logic cố định để truyền tín hiệu thoại, cơng nghệ VoIP đóng gói tín hiệu thoại gửi chúng qua mạng IP mạng Internet Kết chi phí tài nguyên cho gọi tiết kiệm đáng kể Do tín hiệu thoại truyền dạng gói mà gọi chia sẻ tài nguyên với tất gọi khác Mạng tận dụng khoảng Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp thời gian thuê bao ngừng nói để chèn gói tin liệu khác vào kênh truyền (như gói tin gọi khác hay gói tin liệu) Như chi phí giá thành tài nguyên cho mạng cho gọi giảm người dùng phải trả tiền Cũng sử dụng mạng gói nên dịch vụ đưa phong phú 1.2 Lịch sử phát triển VoIP Năm 1995 hãng Vocaltec thực truyền thoại qua Internet, lúc kết nối gồm PC cá nhân với trang thiết bị ngoại vi thông thường card âm thanh, headphone, mic, telephone line, modem phần mềm thực nén tín hiệu thoại chuyển đổi thơng tin thành gói tin IP để truyền dẫn qua mơi trường Internet Mặc dù chất lượng chưa tốt chi phí thấp so với điện thơng thường trở thành yếu tố cạnh tranh giúp tồn Bắt đầu phát triển lớn mạnh kéo theo việc đời tổ chức chuẩn hoá liên quan ITU có chuẩn sau H.250.0, H.245, H.225 (Q.931): cho quản lý; H.261, H.263 cho mã hoá video; chuẩn G cho xử lý thoại…Có nhiều chuẩn có xu hướng hội tụ thành hai chuẩn H.323 ITU SIP IETF Voice over IP: hiểu cơng nghệ truyền thoại qua mơi trường IP Vì đặc điểm mạng gói tận dụng tối đa việc sử dụng băng thơng mà quan tâm tới thời gian trễ lan truyền xử lý mạng, tín hiệu thoại lại dạng thời gian thực, người ta bổ sung vào mạng phần tử thiết kế giao thức phù hợp để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng Nó khơng truyền thoại mà truyền cho dịnh vụ khác truyền hình liệu Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT ỏn tt nghip Mạng báo hiệu số (SS7) Signaling Gateway Controller PSTN IP Telephone # * VoIP Gateway Media Gateway Controller M¹ng IP VoIP Gateway Telephone VoIP Gateway PSTN Telephone # * Telephone # * IP Telephone IP Telephone Hình 1.1 Mơ hình mạng VoIP Từ 1/7/2001 đến Tổng cục Bưu điện cho phép Vietel, VNPT, Saigon Postel Cơng ty điện lực Việt Nam thức khai thác điện thoại đường dài nước quốc tế qua giao thức IP, gọi tắt VoIP Sự xuất VoIP Việt Nam cung cấp cho xã hội dịch vụ điện thoại đường dài có cước phí thấp nhiều so với dịch vụ điện thoại đường dài truyền thống với chất lượng mà người sử dụng chấp nhận Nó phù hợp với xu hướng phát triển viễn thông giới đặc biệt khu vực Châu - Thái Bình Dương 1.2.1 Ưu nhược điểm VoIP so với mạng điện thoại PSTN truyền thống Với khả sử dụng hiệu tiết kiệm độ rộng băng tần, VoIP có nhiều ưu điểm so với PSTN sau:  Giảm cước dịch vụ điện thoại đường dài  Nhiều gọi hơn, giảm độ rộng băng thông cho kết nối Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp  Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung khác giúp triển khai dịch vụ nhanh chóng, dễ dàng, tự động dịch vụ…  Sử dụng có hiệu giao thức IP giao thức mở nên thiết bị sử dụng IP nhiều nhà sản xuất cung cấp với giá cạnh tranh giao thức phổ cập rộng rãi Ưu điểm dịch vụ VoIP khách hàng giá cước rẻ so với thoại thông thường gọi VoIP sử dụng lượng băng thơng Trong thoại thơng thường sử dụng kỹ thuật số hố PCM theo cuẩn G.711 với lượng băng thông cố định cho kênh thoại 64kb/s VoIP sử dụng kiểu số hoá nguồn CS-CELP theo chuẩn G.729 (8kb/s), G.723 (5.3kb/s 6.3kb/s) Như rõ ràng lượng băng thông sử dụng giảm cách đáng kể Hơn thực tế hai người nói chuyện với thường người nói người nghe khơng phải hai bên nói Vả lại người nói người có lúc dừng hết câu lấy hơi… khơng có thơng tin thoại thực cần phải truyền người ta gọi khoảng lặng VoIP sử dụng chế triệt khoảng lặng tiết kiệm thêm lượng băng thông “khoảng lặng” để truyền dạng thông tin khác Đấy ưu điểm lớn VoIP so với mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống Thông thường băng thông truyền dẫn cần thiết cho gọi PSTN sử dụng cho 4-6 chí gọi VoIP với chất lượng cao Nếu để ý chi phí cho gọi theo phút ta thấy lượng tiền tiết kiệm không nhỏ Tuy nhiên việc tiết kiệm tuỳ thuộc vào vùng địa lý khoảng cách Đối với gọi nội hạt việc tiết kiệm khơng quan trọng gọi đường dài gọi quốc tế thật đáng kể Điều thể giá cước mà nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, thông thường giảm 1/10 gọi quốc tế Ưu điểm VoIP khả dễ dàng kết hợp loại dịch vụ thoại, liệu video Mạng IP dang phát triển cách bùng nổ tồn giới ngày có nhiều ứng dụng phát triển IP Internet trở nên gần gũi với sống người Để giải vấn đề thời gian thực vấn đề cần quan tâm dịch vụ thời gian thực qua mạng gói, tổ chức IETF phát triển giao thức truyền tải thời gian thực RTP/RTCP công cụ cho việc truyền tải thoại video mạng IP, sử dụng giao thức Sử dụng giao thức gói tin Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp đảm bảo mức độ trễ cho phép truyền mạng nhờ sử dụng chế ưu tiên dạng format gói tin RTP thích hợp Bộ giao thức H.323, SIP tổ chức ITU, IETF phát triển để thực báo hiệu điều khiển gọi VoIP, chẩn hoá quốc tế sử dụng cho việc cung cấp dịch vụ thông tin đa phương tiện IP Việc triển khai VoIP khơng đòi hỏi nâng cấp sở hạ tầng mạng cách phức tạp, thiết bị bổ sung Gateway, Gatekeeper điều khiển đa điểm MCU Chi phí cho thiết bị tương đối rẻ việc cài đặt, bảo dưỡng khơng phức tạp Hiện có nhiều hãng viễn thông lớn giới cung cấp thiết bị cho thoại VoIP Cisco, Acatel, Siemen…Các thiết bị tương thích với hầu hết chuẩn giao thức Bên cạnh ưu điểm, VoIP có nhược điểm đặc biệt chất lượng dịch vụ:  Do dựa IP kiểu mạng best effort không tin cậy  Độ trễ khơng đồng gói tin 1.2.2 Các kỹ thuật mã hoá nén số VoIP Kỹ thuật số hố cho phép truyền thơng tín hiệu tương tự địa điểm cách xa cách trung thực Tuy nhiên, nhược điểm số hố làm tăng độ rộng băng tần cần thiết Trong mạng điện thoại thơng thường tín hiệu mã hố theo luật A luật  với tốc độ 64kbps Với cách mã hố này, cho phép khơi phục cách tương đối trung thực âm giải tần thoại Tuy nhiên ứng dụng thoại mạng IP yêu cầu truyền âm với tốc độ thấp tốt Từ xuất số kỹ thuật mã hố nén tín hiệu tiếng nói G.723.1,G.729A,GSM Về mã hoá tiếng nói có ba loại: mã hố dạng sóng (waveform), mã hoá nguồn (source) mã hoá lai (hybrid) kết hợp hai loại mã hoá dạng Nguyên lý mã hố dạng sóng mã hố dạng tín hiệu tuơng tự Tại phía phát, mã hóa nhận tín hiệu tương tự liên tục mã hố thành tín hiệu số trước truyền Tại phía thu làm nhiệm vụ ngược lại để khơi phục tín hiệu tương tự từ luồng số thu Nếu khơng có lỗi truyền dẫn dạng sóng tiếng nói khơi phục giống với dạng sóng tiếng nói gốc Cơ sở mã hoá dạng Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp sóng là: người nghe nhận dạng sóng tiếng nói gốc chất lượng âm tuyệt vời Tuy nhiên thực tế, qúa trình mã hố lại sinh tạp âm lượng tử (mà thực chất méo dạng sóng ), thường đủ nhỏ để khơng ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói thu Ưu điểm mã hoá loại là: độ phức tạp, giá thành thiết kế, độ trễ công suất tiêu thụ thấp Người ta áp dụng chúng để mã tín hiệu khác như: tín hiệu báo hiệu, tín hiệu tương tự giải tần âm đặc biệt với thiết bị điều kiện định chúng có khả mã hố tín hiệu audio Bộ mã hố dạng sóng đơn giản điều chế xung mã (PCM), điều chế Delta (DM) Tuy nhiên, nhược điểm mã hoá dạng sóng khơng tạo tiếng nói chất lượng cao tốc độ bit thấp (dưới 16 kbps) Nguyên lý mã hố nguồn mã hóa theo kiểu phát âm (vocoder), ví dụ mã hố dự báo tuyến tính (LPC) Đặc điểm kiểu mã hố giả thiết rằng: tín hiệu tiếng nói bao gồm âm hữu vô Đối với âm hữu nguồn kích thích máy phát âm dãy xung, âm vơ nguồn nhiễu ngẫu nhiên Trong thực tế, có nhiều cách để kích thích quan phát âm Nhưng để đơn giản hố, người ta giả thiết có điểm kích thích tồn giai đoạn lên giọng tiếng nói, âm hữu hay vô Vào năm 1982, Atal đề mơ hình kích thích, gọi kích thích đa xung Trong mơ hình này, khơng cần biết trước âm cần tạo âm hữu hay vơ có phải giai đoạn lên giọng hay khơng Sự kích thích mơ hình hố số xung (thông thường xung 5ms ) có biên độ vị trí xác định cực tiểu hố sai lệch, có tính đến trọng số thụ cảm, tiếng nói gốc tiếng nói tổng hợp Phương pháp có khả cho tiếng nói chất lượng cao tốc độ bit quanh 10 kbps chí 4,8 kbps Tín hiệu kích thích tối ưu hố cách kỹ lưỡng người ta sử dụng kỹ thuật mã hoá dạng sóng để mã hố tín hiệu kích thích cách có hiệu Bảng trình bày số chuẩn mã hoá sử dụng thực tế: Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2 Các chuẩn mã hố thoại Trong đó, G.711 thực mã hố PCM thông thường cho tốc độ 64 kbps, G.728 kỹ thuật mã hoá CELP tốc độ 16 kbps với thay đổi độ trễ thấp, G.729 kỹ thuật mã hoá CELP cho tốc độ kbps, G.723.1 cho tốc độ thấp 5,3 kbps 6,3 kbps chuẩn mã hoá dùng phổ biến công nghệ VoIP Nguyễn Văn Thắng Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG II CÁC GIAO THỨC TRONG VoIP Trong vài năm trở lại dây, công nghệ VoIP trở thành công nghệ hứa hẹn mang lại lợi ích to lớn cho xã hội, nhiều tổ chức tiến hành nghiên cứu phát triển giao thức cho VoIP mà đáng quan tâm hai giao thức H.323 SIP tiến hành nhiều quốc gia giới 2.1 Hệ thống VoIP H.323 2.1.1 Giới thiệu Chuẩn H.323 cung cấp tảng cho việc truyền thông thoại, video liệu qua mạng dựa IP, bao gồm Internet H.323 khuyến nghị ITU, nơi đưa chuẩn truyền thông đa phương tiện mạng LANs, mạng không đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) H.323 dùng cho nhiều cấu mạng khác nhau: có audio (IP telephony), audio video (videotelephony), audio liệu, tích hợp audio, video liệu Nó dùng cho truyền thông đa điểm đa phương tiện H.323 cung cấp nhiều loại hình dịch vụ dùng lĩnh vực khác Nguyễn Văn Thắng 10 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp OGW TGW Call Setup Initiated SETUP CALL PROCEEDING OGWTGW Reservation Initiated PATH OGWTGW Reservation Initiated PATH RESV RESV OGW Originating Gateway RESV CONFIRMATION TGW Terminating Gateway H.323 Call Setup Signating RSVP Reservation initiated by TGW ALERTING RSVP Reservation initiated by OGW CONNECT Call Connected Normal Call Disconnect initiated OGWTGW Reservation Teardown Initiated RELEASE COMPLETE PATHTEAR OGWTGW PATHTEAR Reservation Teardown initiated PATHTEAR PATHTEAR Hình 4.5 Thiết lập gọi cho phép RSVP Một phương pháp thường sử dụng sơ đồ VoIP để bảo đảm chất lượng dịch vụ mức yêu cầu chất lượng dịch vụ phải đảm bảo Do đầu cuối điện thoại IP hay Gateway thoại cần yêu cầu trạm chuyển tiếp tín hiệu thoại mạng cần đảm bảo mức tài nguyên end-to-end cho gọi Các trạm cần giám sát trạng thái gọi để cung cấp nguồn tài nguyên cho ứng dụng gọi khác Và đủ tài nguyên dự trữ cho gọi chấp nhận gọi đảm bảo băng tần yêu cầu cho gọi Phương pháp gọi mơ hình QoS dịch vụ tích hợp Giao thức sử dụng cho mơ hình giao thức dành sẵn tài nguyên Nguyễn Văn Thắng 104 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp (RSVP) RSVP có vài ưu điểm điều khiển quản lý gọi Tuy nhiên, RSVP có vài khuyết điểm Khi VoIP triển khai RSVP trở thành thành phần chìa khố cung cấp quản lý QoS cho luồng thông tin cho VoIP Tuy nhiên triển khai ban đầu cho VoIP có hai giới hạn Giới hạn chức điều khiển xác nhận gọi (CAC: Call Admission Control) triển khai với RSVP q trình dành sẵn tài ngun khơng đồng với tín hiệu thoại Một gọi thực q trình dành sẵn tài nguyên bị lỗi hay không thực Sử dụng RSVP cho VoIP yêu cầu đồng tín hiệu thoại với tín hiệu RSVP Điều làm cho trình quản lý phức tạp thêm chút Sự đồng đảm bảo phía bị gọi thông báo gọi tài nguyên thiết lập Sự đồng đảm bảo cho thông báo tài nguyên dự trữ không đủ Giới hạn thứ hai dành sẵn tài nguyên không cung cấp chất lượng tốt suốt thời gian xảy tắc nghẽn RSVP tạo hàng đợi dành sẵn cho luồng lưu lượng hệ thống đảm bảo độ trễ giới hạn Tuy nhiên hàng đợi số trường hợp cung cấp mức chất lượng dịch vụ theo yêu cầu Lợi ích việc sử dụng RSVP giá thành (quản lý mào đầu ảnh hưởng hiệu năng) Một gọi phải bắt đầu với dành sẵn tài nguyên độc lập RSVP không cung cấp dịch vụ quản lý dự trữ băng tần song hướng Mỗi GW thoại chịu trách nhiệm cung cấp thông tin liên quan cho GW giám sát trạng thái tài nguyên Quản lý băng tần gọi VoIP khơng thể thực trình dành sẵn tài nguyên bị hỏng Trong hình GW ban đầu (OGW) thiết lập gọi tới GW cuối (TGW) OGW gửi tin SETUP H.323 tới TGW để bắt đầu gọi Bản tin SETUP mang thông tin QoS mà OGW chấp nhận cho gọi đến TGW TGW trả lời với tin H.323 CALL PROCEEDING Cả hai GW bắt đầu trình yêu cầu dành sẵn nguồn tài nguyên cách gửi tin RSVP PATH Quá trình độc lập hai phía Cuộc gọi khơng thể thực không nhận kết thông báo trình dành sẵn tài ngun thành cơng (khi TGW nhận tin RSVP RESV tin RSVP RESV CONFIRMATION) Tại thời điểm trình thiết lập gọi tiếp tục TGW gửi tin H.323 ALRLETING tới OGW để thơng báo phía bị gọi trạng thái Nguyễn Văn Thắng 105 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Alerting Một trình giải phóng kết nối thơng thường diễn tin H.323 RELEASE COMPLETE gửi từ phía sau gọi thiết lập Tại thời điểm q trình giải phóng nguồn tài nguyên thực tin PATH TEAR RESV TEAR OGW TGW Call Setup Initiated SETUP CALL PROCEEDING OGWTGW Reservation Initiated PATH OGWTGW Reservation Initiated PATH OGWTGW Reservation Initiated PATH RESV RESV OGW Originating Gateway OGWTGW RESV CONFIRMATION TGW Terminating Gateway H.323 Call Setup Signating RSVP Reservation initiated by TGW Reservation Teardown RSVP Reservation initiated by OGW Initiated RESV TEAR Call Disconnect initiated RELEASE COMPLETE OGWTGW Reservation Teardown initiated PATHTEAR PATHTEAR PATHTEAR Hình 4.6 Xử lý q trình thiết lập RSVP bị hỏng Nếu trình dành sẵn tài nguyên bị lỗi, GW thoại cần cấu hình lại theo cách sau: Nguyễn Văn Thắng 106 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp GW thoại thơng báo cho User gọi bị hỏng hay chuyển mạch sang trạng thái phân tán gọi Cuộc gọi định tuyến thông qua tuyến khác Cuộc gọi kết nối với QoS tối thiểu Trường hợp cuối xảy phía bị gọi nhận thông tin khả chấp nhận mức dịch vụ tối thiểu tin H.323 SETUP Nguyễn Văn Thắng 107 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Thị trường viễn thông rộng lớn hướng tới tích hợp dịch vụ thiết bị người sử dụng Để làm điều cần thay mạng chuyển mạch kênh truyền thống mạng gói linh hoạt việc triển khai dịch vụ Điều cho phép tiết kiệm tài nguyên mạng giá thành chi phí dịch vụ cho người sử dụng Cùng với tốc độ phát triển vũ bão công nghệ mới, công nghệ VoIP đời đánh dấu bước quan trọng q trình phát triển cơng nghiệp viễn thơng, kết hợp tín hiệu thoại vào mạng gói thay cho mạng chuyển mạch kênh truyền thống Những ưu điểm giá cả, dịch vụ dành chấp nhận người sử dụng toàn giới Trong năm qua, việc số người sử dụng dịch vụ Internet Phone giới nói chung Việt Nam nói riêng tăng vọt cho thấy công nghệ điện thoại VoIP thay dần công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống dịch vụ VoIP dịch vụ trong mạng hệ Có thể nói vấn đề việc triển khai dịch vụ VoIP QoS, tổ chức viễn thông giới tiếp tục nghiên cứu biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ để đáp ứng hoàn toàn yêu cầu người sử dụng, giải tốt vấn đề tương lai mạng PSTN truyền thống thay hồn toàn mạng VoIP Một lần em xin cảm ơn giúp đỡ quan tâm gia đình, bạn bè đặc biệt bảo thầy Nguyễn Xn Hồng để em hồn thành tốt đồ án Nguyễn Văn Thắng 108 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo [1] ETSI ETR 250, Transmission and Multiplexing; Speech Communication quality from mouth to ear for 3.1kHz handset telephony across network, 1996 [2] ITU-T Recommendation, G.107- The E-Model, a computational model for use in transmission planning, 12/1998, 5/2000 [3] ITU-T Recommendation, G.109 - Definition of categories of speech transmission quality, 1999 [4] IEEE Communication Magazine (1/1997) [5] Tạp chí bưu viễn thơng, Chất lượng gọi mạng VoIP, Liên kết mạng IP mạng PSTN, 8/2001, 9/2001 [6] Ts Lê Ngọc Giao, Điện thoại IP, 10/2002 [7] ITU-T, "Recommendation H.323: Packet-based multimedia communications system" [8] Prentice Hall, "Voice over IP", 2002 [9] TS Lê Ngọc Giao, "Cơ sở thoại Internet", 2002 [10] Ks Đào Nguyên Trung, Ks Lê Quốc Hùng,"Chất lượng gọi mạng VoIP - Những vấn đề cần quan tâm", "Nâng cao chất lượng dịch vụ VoIP", Tạp chí bưu viễn thơng, 8/2001 [11] Ths Đàm Thuận Trinh, "Nâng cao chất lượng dịch vụ VoIP", Tạp chí bưu viễ thơng, 8/2001 [12] Ks Nguyễn Xn Lượng, Ks Nguyễn Thức Kiên, "Điện thoại Internet - Internet Telephony", Tạp chí bưu viễn thơng, 7/2003 [13] Nguyễn Dũng, "Liên kết mạng IP mạng PSTN", Tạp chí bưu viễn thơng, 9/2001 Nguyễn Văn Thắng 109 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Thắng 110 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT %GoB Percent Good-or-Better %PoW Percent Poor-or-Worse A Expectation (Advantage) Factor ACELP Dự đốn tuyến tính kích thích theo mã Điều chế xung mã vi sai thích nghi Đường dây thuê bao số không đối xứng Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ B-ISDN Algebraic Code-Exited Linear Prediction Adaptive Differential Pulse Code Modulation Asynmetric Digital Suscriber Line American National Standards Institute Broadband ISDN BRQ CDMA Bandwith ReQuest Code Division Multiple Access Yêu cầu băng tần Đa truy cập theo mã CELP Code Excided Linear Prediction Mã hố dự đốn tuyến tính CTI Computer Telephony Intergration D- factor Tích hợp điện thoại máy tính Thiết bị ghép kênh số ECAN Digital Circuit Multiplication Equipment Echo Canceller EFR Enhanced Full Rate Codec Bộ mã hoá tốc độ tiên tiến EL Echo Loss Suy hao tiếng vọng ERL Echo Return Loss Tổn hao tiếng vọng hybrid ETSI Tổ chức tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Công ty viễn thông điện lực FTP European Telecommunications Standards Institute Electrical Telecommunication Company European Telecomunication Standards Institute File Transfer Protocol GCF Gatekeeper ConFirm Xác nhận gatekeeper GK GateKeeper Gatekeeper GQoS Guaranteed Quality of Service Bảo đảm chất lượng dịch vụ ADPCM ADSL ANSI D DCME ETC ETSI Nguyễn Văn Thắng Phần trăm số người đánh giá chất lượng dịch vụ tốt tốt Phần trăm số người đánh giá chất lượng dịch vụ kém Hệ số ưu tiên ISDN băng rộng Hệ số D (D= STMR-LSTR) 111 Bộ triệt tiếng vọng Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Giao thức truyền file Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp GRJ Gatekeeper ReJect Từ chối gatekeeper GRQ Gatekeeper ReQuest Yêu cầu gatekeeper IP ITU Internet Protocol International Telecommunication Union ITU Telecommunication Standardization Sector Intergrated Service Digital Network Internet Service Provider Local Area Network Giao thức Internet Tổ chức viễn thông quốc tế LR Low Delay Code-Excited Linear Prediction Loudness Rating Dự đốn tuyến tính theo mã có trễ thấp Tổn thất cường độ âm lượng LSTR Listenner’s Sidetone Rating Lu, Ll Electrical Loss (upper), (lower) Mbps Megabit per second Tham số suy hao cường độ nhiễu phòng qua đường sidetone Suy hao tiếng vọng (đường phía trên), (phía dưới) Mêga bít giây MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm MP Multipoint Processor Bộ xử lý đa điểm MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transfer Unit Kích thước tối đa đơn vị PCM Pulse Code Modulation truyền tải Điều chế xung mã PLC Packet Loss Concealment Giải thuật khắc phục tổn hao gói Po Room Noise Nhiễu phòng PSTN QoS qdu qduu, qdul Public Switched Telephone Network Quality of Service Quantization distortion unit qdu upper, qdu lower RAS Register Admission Status RLR Receive Loudness Rating RTCP Real Time Control Protocol Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Chất lượng dịch vụ Đơn vị nhiễu lượng tử qdu cho đường truyền đường thu Kênh đăng ký, đăng nhập, trạng thái Tổn hao cường độ âm lượng miệng người nói giao diện mạng Giao thức điều khiển thời gian thực ITU-T ISDN ISP LAN LD-CELP Nguyễn Văn Thắng 112 Ngành chuẩn hoá viễn thông thuộc tổ chức viễn thông quốc tế Mạng số đa dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ Internet Mạng cục Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực SCN Switched Curcuit Network Mạng chuyển kênh SGCP Giao thức điều khiển gateway SIP Simple Gateway Control Protocol Session Initiation Protocol SPT Saigon PostTel Công ty Saigon Posttel SS7 T Signalling System No.7 Mean One-way Delay Hệ thống báo hiệu số Trễ chiều trung bình Ta Absolute Delay Trễ tuyệt đối Tr Round Trip Delay Tl lower Mean One-way Delay Tu upper Mean One-way Delay Tul upper=lower TCP TIA VNPT Transmission Control Protocol Telecommunication Industry Association Viet Nam Post and Telecom Trễ vòng (trong mạch vòng dây) Trễ chiều trung bình đường phía (đường phía A) Trễ chiều trung bình đường phía (đường phía B) Trễ trung bình cho đường phía phía Giao thức điều khiển truyền tải Tổ chức công nghiệp viễn thông VoIP Voice over Internet Protocol VAD VSELP WEPL Voice Activity Detection Vector Sum Excited Linear Prediction Weighted Echo Path Loss Tổng công ty Bưu Chính Viễn Thơng Việt Nam Thoại truyền qua giao thức Internet Bộ tách thoại tích cực Dự đốn tuyến tính kích thích theo tổng vectơ Trọng số đường vọng WFQ Weighted Fair Queuing Hàng đợi thích ứng theo trọng số Nguyễn Văn Thắng 113 Giao thức khởi đầu phiên Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VoIP 1.1 GIỚI THIỆU .3 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VoIP Ưu nhược điểm VoIP so với mạng điện thoại PSTN truyền thống .5 Nguyễn Văn Thắng 114 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Các kỹ thuật mã hoá nén số VoIP CHƯƠNG II CÁC GIAO THỨC TRONG VoIP 10 I HỆ THỐNG VoIP H.323 10 Giới thiệu .10 Lịch sử phát triển H.323 .11 Sơ đồ mạng lưới 12 Bộ giao thức H.323 12 Các thiết bị cấu thành hệ thống H.323 .16 5.1 Thiết bị đầu cuối H.323 16 5.2 Gateway H.323 18 5.2.1 Media Gateway: MGW 19 5.2.2 Media Gateway Controler: MGC 20 5.2.3 Signalling Gateway: SGW 21 5.3 Gatekeeper H.323: GK 22 5.4 Khối điều khiển đa điểm H.323: MCU .24 Ngăn xếp giao thức H.323 25 II GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP 26 Giới thiệu .26 Các thành phần hệ thống SIP 27 2.1 Đầu cuối thông minh SIP 28 2.2 SIP Server 28 2.3 SIP Gateway 29 III SO SÁNH GIỮA H.323 VÀ SIP 29 IV CÁC LOẠI HÌNH DỊCH VỤ THOẠI QUA IP 30 Phone to phone 31 PC to phone 31 PC to PC .32 V GIỚI THIỆU VỀ MẠNG VoIP Việt Nam 33 Tổng quan mạng VoIP Việt Nam 33 1.1 Phần mềm đầu cuối 33 1.2 Sản phẩm Gateway 34 1.3 Thị trường kinh doanh dịch vụ 36 Thực trạng triển khai VoIP Việt Nam 36 Nguyễn Văn Thắng 115 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp 2.1 Cơ sở hạ tầng mạng thoại 36 2.2 Cơ sở hạ tầng mạng số liệu .38 2.3 Hệ thống mạng truyền dẫn đường trục 39 Mạng VoIP VNPT doanh nghiệp .40 3.1 Mạng VoIP VNPT 40 3.1.1 Cấu hình mạng thử nghiệm .41 3.1.2 Triển khai mạng lưới .42 3.1.3 Đánh số định tuyến .46 3.2 Mạng VoIP doanh nghiệp 48 3.2.1 Cấu hình mạng thử nghiệm .48 3.2.2 Liên kết mạng VoIP doanh nghiệp mạng VNPT .49 Các dịch vụ mạng VoIP VNPT 52 4.1 Dịch vụ "Gọi 171" .52 4.2 Dịch vụ "Gọi 1717" 54 4.3 Dịch vụ "Fone VNN" 55 Tính cước mạng VoIP 57 5.1 Quy tắc tính cước .57 5.2 Quy tắc tính cước tương lai .59 CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG VoIP 61 I TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG VoIP 61 II CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG VoIP .63 Chất lượng dịch vụ QoS .63 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng thoại VoIP 65 2.1 Độ ổn định 65 2.2 Băng thông 66 2.3 Tiếng vọng 67 2.4 Trễ .68 2.4.1 Trễ Coder (Trễ xử lý) 69 2.4.2 Trễ mã hoá 70 2.4.3 Trễ đệm thiết bị đầu cuối IP 70 2.4.4 Trễ đệm/gói hoá H.323 71 Nguyễn Văn Thắng 116 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp 2.4.5 Trễ truyền dẫn mạng .71 2.4.6 Trễ tổng trung bình 72 2.5 Biến động trễ 72 2.6 Tổn thất gói 73 III M ỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG THOẠI HIỆN NAY 73 Đo kiểm độ trung thực : .77 1.1 MOS : 77 1.2 PSQM : .78 1.3 PAMS : 78 Đo kiểm độ trễ : 79 2.1 Acoustic PING: 79 2.2 MLS tương quan chéo tiêu chuẩn hoá: 79 Đo kiểm tiếng vọng: 80 3.1 Xác định đặc tính tiếng vọng: 80 3.2 Sự khó chịu cảm nhận gây tiếng vọng: .80 3.3 Các huỷ tiếng vọng: .81 CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THOẠI TRONG MẠNG VoIP BẰNG MÔ HÌNH- E 82 I GIỚI THIỆU MƠ HÌNH E 82 II CẤU TRÚC VÀ THUẬT TỐN MƠ HÌNH E .84 Tính tốn giá trị truyền dẫn R 87 Tỉ lệ tín hiệu nhiễu R0 87 Tham số suy hao Is 88 Tham số suy hao liên quan đến trễ Id 89 Tham số suy hao thiết bị Ie 91 Tham số tích cực A (Advantage factor) .91 Các giá trị mặc định 92 III KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN THEO MƠ HÌNH E 94 IV MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN QoS TRONG MẠNG VoIP 97 Tốc độ truy nhập cam kết (CAR: Committed Access Rate) 97 Xếp hàng sở lớp (CBQ: Class- Based Queuing) 98 Lớp dịch vụ (CoS: Class of Service) 98 Các dịch vụ phân biệt (Diffserv) 98 Nguyễn Văn Thắng 117 Lớp: Đ2001VT Đồ án tốt nghiệp Quyền ưu tiên IP 99 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MPLS: MultiProtocol Label Switching) 99 Xếp hàng theo VC .100 Định tuyến theo sách 100 Các hàng QoS 100 10 Loại bỏ sớm ngẫu nhiên (RED) .101 11 Giao thức trữ tài nguyên (RSVP) .101 12 Kiểu dịch vụ (ToS: Type of Service) 101 13 Định hình lưu lượng (Traffic Shaping) 102 14 Xếp hàng hợp lý theo trọng số (WFQ: Weighted Fair Queuing) 102 Nguyễn Văn Thắng 118 Lớp: Đ2001VT ... phí sinh hoạt thơng thường gia đình chi phí kinh doanh Cước phí cho gọi nội hạt cao cho gọi đường dài cao đặc biệt gọi quốc tế Đối với quan doanh nghiệp thường xuyên phải thực gọi quốc tế thực... nghệ viễn thông Internet thu hẹp khoảng cách không gian, thời gian, ngôn ngữ quốc gia giới, thay suốt ngày phải gọi điện quốc tế quan cơ, doanh nghiệp sử dụng dịch vụ Internet Email, Web để thực... kết nối mạng H.323 2.1.2 Lịch sử phát triển H.323 Ban đầu H.323 giao thức dành cho LANs (1996), kết nối thoại mạng LAN Sau sử dụng mạng WAN, mạng VoIP riêng sau giao thức Internet Trước giao thức