Nghiên cứu triển khai điện thoại thẻ thông minh 1719 trên nền mạng NGN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐINH THỊ LAN HƯƠNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ĐIỆN THOẠI THẺ THÔNG MINH 1719 TRÊN NỀN MẠNG NGN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐINH THỊ LAN HƯƠNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ĐIỆN THOẠI THẺ THÔNG MINH 1719 TRÊN NỀN MẠNG NGN : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Ngành Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử :605270 Mã số LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS -TS NGUYỄN CẢNH TUẤN HÀ NỘI – 2009 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Mục lục Danh sách hình vẽ Danh sách Bảng biểu Danh sách từ viết tắt lời nói đầu Chương I CÔNG NGHệ VOIP Và DịCH Vụ ĐIệN THOạI IP 1.1 Giới thiệu công nghệ VoIP 1.2 Các hình thức truyền thoại mạng IP 1.2.1 Mô hình PC to PC 1.2.2 Mơ hình PC to Phone 1.2.3 Mơ hình Phone to Phone 1.3 Các ứng dụng điện thoại IP 1.4 Lợi ích điện thoại IP 1.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng điện thoại 1.6 Uu điểm nhược điểm điện thoại IP 1.7 Các thách thức việc triển khai điện thoại I Chương II Các Giao thức báo hiệu VoIP 2.1 Báo hiệu theo chuẩn H.323 2.1.1 Giới thiệu chuẩn H.323 2.1.2 Cấu trúc H.323 2.1.3 Các thủ tục báo hiệu gọi 2.2 Giao thức điều khiển phiên SIP (Session Initation 2.2.1 Các thành phần SIP 2.2.2 Các tin SIP mào đầu 2.2.3 Hoạt động SIP 2.2.4 Thiết lập huỷ gọi SIP 2.2.5 Tính SIP 2.2.6 So sánh H.323 SIP 2.3 Báo hiệu theo giao thức MGCP 2.3.1 Giới thiệu chung 2.3.2 Thiết lập gọi 2.3.3 So sánh MGCP, SIP H.323 2.4.Giao thức Megaco/H.248 2.5.Kết luận Chương III Giải pháp đảm bảo chất lượng thoại VoIP40 3.1.Kĩ thuật nén thoại VoIP 3.1.1 Các kĩ thuật mã hoá thoại 3.1.2 Các chuẩn nén thoại 3.2.Các biện pháp xử lý gói hố thoại truyền 3.2.1 Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) 3.2.2 Sử dụng gói có kích thước bé 3.2.3 Sử dụng gói có cấp ưu tiên khác 3.2.4 Bộ đệm jitter 3.2.5 Kỹ thuật nén khoảng lặng 3.2.6 Độ ồn 3.2.7 Triệt tiếng vọng 3.3.Các chế điều khiển chất lượng dịch vụ bên tron 3.3.1 Các thuật toán xếp hàng 3.3.2 Định hình lưu lượng (Traffic Shapping) 3.3.3 Các chế tăng hiệu đường truyền 3.4.Giao thức báo hiệu QoS Chương VI nghiên cứu triển khai dịch vụ điện thoại thẻ ThÔng minh 1719 mạng NGN 4.1 Mạng viễn thông hệ NGN 4.1.1 Định nghĩa 4.1.2 Đặc điểm 4.2 Giải pháp mạng SURPASS SIEMENS 4.2.1 Cấu trúc mạng Surpass 4.2.2 Các thiết bị họ sản phẩm Surpass 4.2.3 Trung kế ảo (Virtual Trunking) 4.2.4 Giao thức BICC 4.2.5 Báo hiệu 4.3 Dịch vụ điện thoại thẻ trả trước thông minh 1719 (Calling Card) 4.3.1 Giới thiệu dịch vụ 4.3.1 Cách sử dụng thẻ 1719 4.3.3 Cước dịch vụ 1719 so sánh với dịch vụ khác 4.4.Cấu trúc mạng dịch vụ 1719 4.5.Quá trình thiết lập gọi 1719 4.5.1 Thiết lập gọi 4.5.2 Quá trình thực gọi chi tiết 4.6.Một số vướng mắc triển khai dịch vụ thẻ trả trước P 4.7.So sánh chất lượng dịch vụ 1719-64Kbps 1719-8Kpb 4.7.1 Cuộc gọi VoIP 64K 4.7.2 Cuộc gọi VoIP 8K 4.7.3 Chất lượng thoại 64K 4.7.4 Chất lượng thoại 8K 4.7.5 Nhận xét 4.7.Khảo sát số liệu 1719 thực tế Kết luận Tài liệu tham khảo DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Điện thoại thông thường Hình 1.2 Mơ hình điện thoại IP Hình 1.3 Mơ hình PC to PC Hình 1.4 Mơ hình PC to Phone Hình 1.5 Mơ hình Phone to Phone dùng điện thoại thường Hình 1.6 Mơ hình Phone to Phone dùng IP phone Hình 1.7 Hoạt động đệm 10 Hình 2.1 Quan hệ giao thức mạng VoIP 12 Hình 2.2 Chồng giao thức H.323 14 Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống H.323 14 Hình 2.4 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal) 15 Hình 2.5 Các cấu hình sở Gateway 18 Hình 2.6 Báo hiệu thiết lập gọi mạng chuyển mạch gói PSTN .20 Hình 2.7 Báo hiệu trực tiếp - Cùng Gatekeeper 22 Hình 2.8 Cấu trúc SIP 24 Hình 2.9 Thiết lập huỷ gọi SIP 28 Hình 2.10 MG MGC 33 Hình 2.11 Thiết lập gọi A-B 33 Hình 2.12 H.323 Gateway MGC + MG 34 Hình 2.13 Báo hiệu thiết lập gọi hai mạng H.323 MGCP 35 Hình 2.14 Cấu trúc giao thức điều khiển cổng Megaco/H.248 36 Hình 3.1 Mơ hình chung tạo tiếng nói Vocoding 42 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp tổng hợp CELP 43 Hình 3.3 Mạch triệt tiếng vọng 52 Hình 3.4 Nén tiêu đề gói thoại 55 Hình 3.5 Quá trình gửi path message 56 Hình 3.6 Quá trình gửi resv message 57 Hình 4.1 Mơ hình mạng NGN 58 Hình 4.2 Giải pháp Surpass Siemens 61 Hình 4.3 Chức thiết bị Surpass 62 Hình 4.4 Chuyển mạch hệ sau 64 Hình 4.5 Truy nhập hệ sau 66 Hình 4.6 Các thiết bị họ sản phẩm Surpass 67 Hình 4.7 Cấu trúc chức hiQ9200 69 Hình 4.8 Sơ đồ khối hiQ9200 70 Hình 4.9 Bộ xử lý CP113C 72 Hình 4.10 AMP 72 Hình 4.11 MBD 73 Hình 4.12 CCGE 73 Hình 4.13 Sơ đồ tổng quát hiG1000 74 Hình 4.14 Chế độ dự phòng hiG1000 74 Hình 4.15 Chế độ dự phòng mạng lưới 75 Hình 4.16 Cấu trúc khung HiG1000 75 Hình 4.17 Trung kế ảo 77 Hình 4.18 Mơ hình gọi trung kế ảo 77 Hình 4.19 Modem over IP 78 Hình 4.20 Truyền Fax qua IP 79 Hình 4.21 Truyền liệu ISDN qua IP 79 Hình 4.22 BICC 80 Hình 4.23 BICC mơ hình gọi phone to phone 81 Hình 4.24 Báo hiệu mạng NGN 81 Hình 4.25 Cấu trúc mạng dịch vụ 1719 89 Hình 4.26 Sơ đồ thiết lập gọi 90 Hình 4.27 Cuộc gọi Prepaid Card Service 1719 91 Hình 4.28 Cuộc gọi VoIP trả trước 94 Hình 4.29 Cuộc gọi qua mạng PSTN 95 Hình 4.30 Cuộc gọi nội tỉnh 96 Hình 4.31 Cuộc gọi từ thuê bao Nam đến thuê bao Bắc 97 Hình 4.32 Cấu hình giải pháp Siemens 98 Hình 4.33 Cấu hình đo gọi VoIP 64K-64K 101 Hình 4.34 Cấu hình đo gọi VoIP 64K-VoTDM 102 Hình 4.35 Cấu hình đo gọi VoIP 8K-8K 104 Hình 4.36 Cấu hình đo gọi VoIP 8K-VoTDM 105 Hình 4.37 Cấu hình đo chất lượng thoại 64K 106 Hình 4.38 Cấu hình đo chất lượng thoại 8K 108 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thành phần giao thức chuẩn H.323 13 Bảng 2.2 So sánh SIP H.323 32 Bảng 2.3 Thiết lập gọi hai mạng H.323 MGCP 35 Bảng 2.4 So sánh Megaco/H.248 MGCP 38 Bảng 3.1 Tổng kết đặc tính phương pháp nén thoại .46 Bảng 3.2 Dịch vụ thoại dịch vụ liệu 47 Bảng 4.1 Cước gọi liên tỉnh với dịch vụ 1719 87 Bảng 4.2 Cước gọi liên tỉnh với dịch vụ 171 88 Bảng 4.3 Tỷ lệ thành công cho gọi VoIP 64K-64K 101 Bảng 4.4 Thời gian thiết lập trung bình cho gọi VoIP 64K-64K 101 Bảng 4.5 Tỷ lệ thành công cho gọi VoIP 64K-VoTDM 102 Bảng 4.6 Tỷ lệ thành công cho gọi VoIP 64K-VoTDM 103 Bảng 4.7 Thời gian thiết lập trung bình cho gọi VoIP 64K-VoTDM .103 Bảng 4.8 Tỷ lệ thành công cho gọi VoIP 8K-8K 104 Bảng 4.9 Thời gian thiết lập trung bình cho gọi VoIP 8K-8K 104 Bảng 4.10 Tỷ lệ thành công cho gọi VoIP 8K-VoTDM 105 Bảng 4.11 Thời gian thiết lập trung bình cho gọi VoIP 8K-VoTDM .105 Bảng 4.12 Độ trễ VoIP 64K 107 Bảng 4.13 Suy hao tín hiệu VoIP 64K 107 Bảng 4.14 Độ trễ VoIP 8K 108 Bảng 4.15 Suy hao với tín hiệu VoIP 8K 109 Bảng 4.16 Tiêu chuẩn trễ thông tin thoại 119 Bảng 4.17 So sánh tổng lưu lượng 1719 tháng năm 2008 113 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ARQ ACF ARJ ADPCM BRI BRQ BRJ CELP CS-ACELP CSRC CTI Codec DRQ DCF DRJ DM DPCM DTMF DSVD DNS ETSI GSM GRQ GCF GRJ HDLC HTTP IP ISDN IRQ IRR ITU-T LAN LSI LRQ LCF LRJ LCN LD - CELP LPC LSP LTP LP MC MCS MCU MOS MPE MIPS MGCP Megaco 106 +) hiG1000 V3T Hà Nội Hồ Chí Minh - Hai thuê bao kết nối đến máy đo chất lượng thoại VQT Cuộc gọi đựoc mã hóa G711 64K từ thuê bao tương tự trả lời máy khác VQT VQT so sánh tín hiệu thu phát để đo chất lượng mạng - Cuộc gọi định tuyến sau: Sub A      AXE1 (VTN1) hiG HCM AXE2 (VTN2) hiGHCM AXE1 (VTN1)    Sub B (hình 4.37) Hình 4.37 Cấu hình đo chất lƣợng thoại 64K Kết quả: Trễ 10 hiG HN   hiG HN 107 Bảng 4.12 Độ trễ VoIP 64K Suy hao tín hiệu: Bảng 4.13 Suy hao tín hiệu VoIP 64K 4.7.4 Chất lƣợng thoại 8K: Thông số cần đo: - Trễ - - Suy hao Hai thuê bao kết nối đến VQT Cuộc gọi đựoc mã hóa G729 8K từ thuê bao tương tự trả lời máy khác VQT VQT so sánh tín hiệu thu phát để đo chất lượng mạng -    Cuộc gọi định tuyến sau: Sub A AXE1 (VTN1) hiG HN hiG HCM AXE2 (VTN2) hiGHCM hiG HN  AXE1 (VTN1) Sub B (hình 4.38 ) 108 Hình 4.38 Cấu hình đo chất lƣợng thoại 8K Kết quả: Trễ: Trễ trung bình (round-trip) (ms) Trễ trung bình (end-to-end) (ms) Bảng 4.14 Đo trễ VoIP 8K 109 Suy hao: Bảng 4.15 Suy hao với tín hiệu VoIP 8K 4.7.5 Nhận xét a) Trễ: Theo tiêu chuẩn ITU-T G.114, thuê bao thông thường bắt đầu phát trễ độ trễ cao 150 ms, gọi có độ trễ lên đến 400 ms chấp nhận Trễ 0-150 ms 150 – 400 ms Trên 400 ms Bảng 4.16 Tiêu chuẩn trễ thông tin thoại Nói chung tai người khơng cảm nhận trễ bé 150-200 ms Trễ lớn 150-200 ms làm giảm chất lượng đàm thoại Với G.711, trễ (end to end) gateway (vào ra) ~ 43 ms (dưới 50 ms) Với G.729, trễ 97ms (dưới 100ms) Theo kết trên, chất lượng tín hiệu mã hóa G.711 tốt Chất lượng tín hiệu mã hố với G.729 so với G.711 chấp nhận với hầu hết người tiêu dùng b) Suy hao: 110 Suy hao thông thường bé dB Trong kết đo tín hiệu mã hóa G.711 suy hao -3.45 dB, tín hiệu mã hóa G.729 suy hao -3,975 dB Như suy hao hai loại tín hiệu nằm giới hạn cho phép c) Tỷ lệ gọi thành công: Đối với gọi mã hóa theo chuẩn G.711 64 K, 100% gọi thành công Đối với gọi mã hóa theo chuẩn G.729 8K, 95% gọi thành cơng, 5% gọi cịn lại giải phóng sau 15s d) Thời gian thiết lập gọi: Tín hiệu báo hiệu SS7 từ hiG1000 đẩy đến hiQ9200 qua mạng IP Với chuẩn thoại G.711, thời gian thiết lập (end-to-end) xấp xỉ ~1,43 s Với chuẩn thoại G.729, thời gian thiết lập gọi xấp xỉ 1,48 s Tín hiệu báo hiệu qua bốn điểm báo hiệu (AXE VTN1, hiQHanoi, hiQHCM, AXE VTN2) 4.8 Khảo sát số liệu 1719 thực tế Thực tế làm việc Trung tâm Thanh Khoản, Công ty Viễn thông Liên tỉnh nơi tiếp nhận xử lý số liệu 1719 hàng tháng cho ta nhìn cụ thể lưu lượng sử dụng điện thoại thẻ 1719 so sánh mức sử dụng hai loại hình 1719- 64K 1719 – 8K Số liệu 1719 sau tập hợp xử lý đẩy vào Database, sở câu lệnh SQL cơng cụ lập trình bảng biểu Crystal Report, tác giả luận văn lập biểu so sánh lưu lượng 1719 nhiều hướng khác Dưới xin trích dẫn đưa số liệu tháng 06/2008 tháng 07/2008  Số liệu tháng 06/2008: I Cố định BĐT gọi liên tỉnh sử dụng dịch vụ 1719 STT Đ H H L P V 111 S L B B 10 L 11 C 12 T 13 T 14 B II Cố định BĐT gọi di động sử dụng dịch vụ 1719 STT H H L P V S L B B 10 L III Cố định BĐT gọi quốc tế sử dụng dịch vụ 1719 STT H L P V S B B T T 10 Y  Số liệu tháng 07/2008 I Cố định BĐT gọi liên tỉnh sử dụng dịch vụ 1719 STT 112 B B 10 L 11 C 12 T 13 T 14 B II Cố định BĐT gọi di động sử dụng dịch vụ 1719 STT H H L P V S L B B 10 L III Cố định BĐT gọi quốc tế sử dụng dịch vụ 1719 STT H H L P V S B B T 10 T 11 Y Bảng so sánh tổng lưu lượng số liệu 1719 tháng năm 2008: Tháng Bảng 17 So sánh tổng lƣu lƣợng số liệu 1719 tháng năm 2008 Các biểu đồ so sánh lưu lượng cụ thể lập nên: L-u l-ỵng (1000 Phút) Biểu đồ so sánh l-u l-ợng g L- u l-ợng (1000 Phút) Biểu đồ so sánh l-u l-ợng gọi di IP 1719-8K IP 1719-64K Phót) (1000 l-ỵng L-u Nhận xét: - Dựa số liệu cụ thể nhìn vào biểu đồ so sánh lưu lượng ta thấy lưu lượng sử dụng loại hình thoại IP1719-64K nhiều so với loại hình thoại IP1719-8K Nhiều người sử dụng chấp nhận trả mức giá cao để hưởng chất lượng thoại tốt - Nhưng bên cạnh lưu lượng tương đối lớn loại hình thoại IP1719-8K Có thể thấy IP1719-8K đáp ứng nhu cầu không nhỏ người sử dụng mong muốn tiết kiệm chi phí mà hưởng chất lượng thoại chấp nhận 115 KẾT LUẬN Công nghệ VoIP công nghệ truyền thoại phát triển mạnh mẽ Nó mang lại hài lòng cho khách hàng dễ sử dụng cước phí lại giảm đáng kể so với cơng nghệ chuyển mạch truyền thống Công nghệ VoIP kết hợp nhiều mạng với như: mạng điện thoại công cộng PSTN, mạng báo hiệu số SS#7, mạng Internet, mạng kênh riêng Leased – Line Các mạng kết nối với thông qua thiết bị Gateway, Gatekeeper, Signalling Gateway, Router, Switch, Việc sâu tìm hiểu chức năng, hoạt động thiết bị mang lại nhiều thú vị Trong mạng này, mạng IP coi mạng xương sống mạng VoIP nhiều gói tin mạng mạng trung gian dùng để kết nối với mạng khác Mặc dù xuất từ lâu kể từ xuất mạng NGN VoIP trả trước thực trở thành chuyên đề hấp dẫn nhà nghiên cứu nhà cung cấp dịch vụ Ứng dụng VoIP đa dạng phong phú Trong phạm vi luận văn mình, tơi trình bày vấn đề công nghệ VoIP dịch vụ điện thoại IP : tìm hiểu tổng quan VoIP, xem xét giao thức báo hiệu VoIP, đưa giải pháp để đảm bảo chất lượng thoại VoIP Đồng thời, sâu vào nghiên cứu khả triển khai dịch vụ điện thoại thẻ trả trước thông minh IP1719 mạng NGN VNPT Do thời gian có hạn trình độ cịn hạn chế nên vấn đề đề cập chưa thật đầy đủ Hi vọng nhận thêm nhiều bảo thầy cô đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện tốt Một lần nữa, xin cảm ơn chân thành tới Phó Giáo Sư - Tiến Sỹ Nguyễn Cảnh Tuấn tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Học viên Đinh Thị Lan Hương 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt TS Phùng Văn Vận, TS Lê Ngọc Giao, Trần Hạo Bửu, Điện thoại IP, năm 2002, nhà xuất Bưu Điện Ngô Vân Anh, Chất lượng dịch vụ thoại qua IP - Mơ hình thay đổi, tạp chí "Thông tin Khoa học kỹ thuật Kinh tế Bưu Điện" 3/2001 Tích hợp điện thoại với máy tính, PC World 9/1996 IPv6, PC World 12/1998 Hoàng Xuân Tùng, Voice over IP, Đồ án tốt nghiệp khoa "Điện tử Viễn thông", năm 2003 Tiếng Anh Transmission Control Protocol, RFC 793 A Transport Protocol for Real-Time Application, RFC 1889 ITU - T Recommendation G.729 ITU - T Recommendation G 723.1 ITU - T Recommendation G.726 ITU-T Re Y2001 „General Overview of NGN‟ Dec.2004 ITU-T Re Y2011 „General Principles and General Reference Model for NGN‟ Dec.2004 kHz Audio - Coding Within 64 KBIT/S, ITU-T Recommendation G.722 Coding of Speech at kbit/s Using CS-ACELP, ITU-T Recommendation G.729 10 Coding of Speech at kbit/s Using CS-ACELP, ITU-T Recommendation G.729 – Annex A 11 Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear Prediction, ITU-T Recommendation G.728 12 Pulse Code Modulation (PCM) Of Voice Frequencies, ITU-T Recommendation G.711 13 Session Initiation Protocol (SIP), RFC 2543 14 The Recommendation for the IP Next Generation Protoco, RFC 1752 15 Voice over IP (Internet Protocols, Rsvp, IPv6), VoIP Chapter 30, 43, 46 Sysco System 16 Rakesh Arora, Voice over IP : Protocols and Standards, arora@cis.ohio-state.edu Website: http://ww.vnpt.com.cn/vnpt/science_technology/IP/dthoai.htm ... CÔNG NGHỆ ĐINH THỊ LAN HƯƠNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ĐIỆN THOẠI THẺ THÔNG MINH 1719 TRÊN NỀN MẠNG NGN : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Ngành Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử :605270 Mã số LUẬN VĂN... VI nghiên cứu triển khai dịch vụ điện thoại thẻ ThÔng minh 1719 mạng NGN 4.1 Mạng viễn thông hệ NGN 4.1.1 Định nghĩa 4.1.2 Đặc điểm 4.2 Giải pháp mạng. .. Chương IV – Nghiên cứu khả triển khai dịch vụ điện thoại thẻ thông minh 1719 mạng NGN: Giới thiệu mạng NGN VNPT, ưu điểm loại hình dịch vụ này, sâu vào cấu trúc mạng dịch vụ 1719, sơ đồ thiết lập