Công nghệ VoIP và vấn đề đo kiểm

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học Công nghệ VoIP vấn đề đo kiểm Ngành: kỹ thuật điện tử Nguyễn Minh Quân Người hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Hoàng Tiến - Hà Nội 2006 - -2- Mục lục Trang Danh mục chữ viết t¾t 05 Danh mục bảng 08 Danh mơc c¸c h×nh vÏ 09 Mở đầu 10 Ch­¬ng Giới thiệu VoIP 1.1 Mở đầu 11 1.2 Các hình thức truyền thoại Internet 12 1.2.1 Mô hình PC to PC 12 1.2.2 Mô hình PC to Phone 13 1.2.3 Mô hình Phone to Phone 13 1.3 Đặc điểm ứng dụng VoIP 14 1.3.1 Lỵi Ých cđa VoIP 14 1.3.2 Những điểm hạn chế VoIP 15 1.3.3 C¸c øng dơng cđa VoIP 16 Chương Các chuẩn, giao thức VoIP 2.1 Chuẩn H.323 18 2.1.1 Các thành phần H.323 18 2.1.2 Bé giao thøc H.323 23 2.1.3 Điều khiển báo hiệu H.323 24 2.1.4 ThiÕt lËp cuéc gäi H.323 28 2.2 Giao thức khởi tạo phiên - SIP 28 2.2.1 Giíi thiƯu 28 2.2.2 Các thành phần SIP 29 2.2.3 Các tin SIP 30 2.2.4 Hoạt động SIP 32 -3- 2.3 Mét sè giao thøc kh¸c 35 2.3.1 Giao thøc ®iỊu khiĨn Gateway - MGCP 35 2.3.2 RTP vµ RTCP 38 2.3.3 Giao thøc dßng thêi gian thùc - RTSP 39 2.3.4 Giao thức đăng ký trước tài nguyên - RSVP 40 2.3.5 Giao thức mô tả phiên - SDP 42 Ch­¬ng Kü tht nÐn tÝn hiƯu tho¹i 3.1 Tỉng quan 44 3.2 Nguyên lý chung mà hoá CELP 45 3.3 Nguyên lý mà hoá CS - ACELP(G.729) 48 3.4 ChuÈn nÐn G.729A 49 3.5 ChuÈn nÐn G.729B 50 3.6 ChuÈn nÐn G.723.1 52 3.7 ChuÈn nÐn GSM 06.10 52 Chương Chất lượng dịch vụ(qos) 4.1 Các thông số đánh giá QoS VoIP 54 4.1.1 TrÔ 54 4.1.2 Jitter 57 4.1.3 Sai thø tù 59 4.1.4 MÊt gãi 60 4.1.5 TiÕng väng 62 4.2 Các biện pháp nâng cao QoS VoIP 62 4.2.1 Nén mào đầu cRTP 62 4.2.2 Cơ chế xếp hàng 63 4.2.3 Phân loại gói tin 67 4.2.4 Định dạng luồng lưu lượng lập sách 69 4.2.5 Phân mảnh 72 4.2.6 Giao thøc ®iĨm - ®iĨm ®a kÕt nèi ®a líp - MCML PPP 73 4.2.7 Tiªu chn FRF.12 74 -4- 4.2.8 IP MTU vµ MTU 74 4.2.9 Tr¸nh nghÏn 75 Chương Đánh giá chất lượng dịch vụ 5.1 §o gi¶ lËp 77 5.1.1 Phân tích mạng VoIP 77 5.1.2 Phân tích thoại đầu cuối tới đầu cuối 78 5.1.3 §o thư mức chịu đựng báo hiệu 80 5.2 Gi¸m s¸t 81 5.2.1 Giíi thiƯu 81 5.2.2 §o trƠ, Jitter 81 5.2.3 Ph©n tÝch giao thøc 83 5.2.4 Baselining 84 5.2.5 Các phương pháp đấu nối thiết bị đo vào mạng 86 5.3 Đánh giá QoS đầu cuối 88 5.3.1 Ph­¬ng pháp "Điểm đánh giá trung bình" - MOS 88 5.3.2 Phương pháp đo chất lượng thoại theo cảm nhận - PSQM 93 5.3.3 Phương pháp đánh giá cảm nhận chất lượng thoại - PESQ 100 Chương Giới thiệu số thiết bị đo kiểm Voip 6.1 Thiết bị phân tích VoIP DA-3400 105 6.1.1 Giíi thiÖu 105 6.1.2 Các đặc điểm DA-3400 cho phân tÝch VoIP 105 6.2 HƯ thèng ®o kiÓm OPERA 107 6.2.1 Giíi thiƯu 107 6.2.2 Chương trình OptiCall 108 6.2.3 Chương trình đánh giá chất lượng OPERA 109 6.2.4 Chương trình đo kiểm tự động Opera Control Center 109 KÕt luËn 110 Tµi liƯu tham kh¶o 111 -5- Danh mục chữ viết tắt ACELP Algebraic CELP Dự báo tuyến tính kích thích mà đại số ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng BECN Backward Error Congession Notification Thông báo tắc nghẽn theo h­íng vỊ CAR Committed Access Rate Tèc ®é truy cËp cam kÕt CELP Code Excited Linear Prediction Dù b¸o tuyÕn tÝnh kÝch thÝch m· CODEC Code - Decode M· hoá - Giải mà cRTP Compressed RTP Nén giao thức trun t¶i thêi gian thùc CS ACELP Conjugate Structure ACELP Dự báo tuyến tính kích thích mà đại số có cÊu tróc liªn kÕt DLCI Data Link Connection Idendifier NhËn dạng kết nối đường số liệu DNS Domain Name Server Máy chủ tên miền DSP Digital Signal Processor Xử lý tÝn hiƯu sè DTMF Dual Tone Multi Frequency M· ®a tần ETSI European Telecommunication Standard Institute Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu FECN Forward Error Congession Notification Thông báo tắc nghẽn theo hướng FIFO First In First Out §Õn tr­íc, phơc vơ tr­íc FRTS Frame Relay Traffic Shaping Sắp xếp lưu lượng chuyển mạch khung FTP File Transfer Protocol Giao thøc trun tƯp GSM Global System for Mobile communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GTS Generic Traffic Shaping Sắp xếp lưu lượng chung HTTP HyperText Transfer Protocol G.thức truyền siêu văn -6- IETF Internet Engineering Task Force Nhãm thiÕt kÕ Internet IP Internet Protocol Giao thøc Internet ISDN Integrated Service Digital Network M¹ng sè đa dịch vụ ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dÞch vơ Internet ITU International Telecommunication Union Tỉ chøc ViƠn thông giới LAN Local Area Network Mạng diện hẹp LPC Linear Predictive Coding Mà dự đoán tuyến tính MC Multipoint Controller Bé ®iỊu khiĨn ®a ®iĨm MCML PPP Multi-Class MultiLink Point-toPoint Protocol Giao thøc ®a ®iĨm ®a kÕt nèi ®a líp MCU Multipoint Control Unit Khèi ®iỊu khiĨn ®a ®iÓm MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thøc ®.khiÓn Gateway MOS Mean Opinion Score Điểm đánh giá trung bình MP Multipoint Processor Xư lý ®a ®iĨm MPE Multi Pulse Excited Kích thích đa xung MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền tải lớn NGN Next Generation Network Mạng hÖ tiÕp theo NIC Network Interface Card Card giao tiÕp m¹ng OSI Open System for Interconnection HƯ thèng kÕt nèi mở PC Personal Computer Máy tính cá nhân PCM Pulse Code Modulation §iỊu chÕ xung m· PESQ Perceptual Evaluation of Speech Quality Đánh giá cảm nhận chất lượng thoại PSN Packet Switching Network M¹ng chun m¹ch gãi PSQM Perceptual Speech Quality Measurement Đo kiểm chất lượng thoại theo cảm nhận PSTN Public Switching Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ -7- RAS Registration/Admission/Status Đăng ký/Chấp nhận/Trạng thái RED Random Early Detection Phát sớm ngẫu nhiên RPE Regular Pulse Excited KÝch thÝch xung ®Ịu RSVP Resource Reservation Protocol Giao thøc đăng ký trước tài nguyên RTCP Real-time Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTP Real-time Transport Protocol Giao thøc trun t¶i thêi gian thùc SAP Session Annoucement Protocol Giao thức thông báo phiên SCN Switched Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SID Silence Insertion Descriptor Chèn khoảng lặng SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SNA Systems Network Architecture Kiến trúc mạng hệ thèng TCP Transport Control Protocol Giao thøc ®iỊu khiĨn trun tải TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian ToS Type Of Service Loại dịch vụ UDP User Data Protocol Giao thøc d÷ liƯu ng­êi dïng VAD Voice Active Detector Bộ phát tích cực thoại VoIP Voice over Internet Protocol Điện thoại giao thức Internet WAN Wide Area Network M¹ng diƯn réng WFQ Weighted Fair Queuing Xếp hàng bình đẳng WRED Weighted RED Phát sớm ngẫu nhiên theo trọng số -8- Danh mục bảng Trang Bảng 2.1 - Các đáp ứng SIP 32 Bảng 4.1 - Trễ thuật toán 56 Bảng 4.2 - Trễ đường truyền khung cố định 73 -9- Danh mục hình vẽ Trang Hình 1.1 - Mô hình mạng VoIP Hình 1.2 - Mô hình PC to PC Hình 1.3 - Mô hình PC to Phone Hình 1.4 - Mô hình Phone to Phone Hình 2.1 - Các thành phần mạng H.323 Hình 2.2 - Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323 Hình 2.3 - Chức Gateway H×nh 2.4 - Vïng H.323 H×nh 2.5 - KiÕn trúc phân lớp giao thức H.323 Hình 3.1 - Sơ đồ nguyên lý phương pháp tổng hợp CELP Hình 4.1 - Quỹ độ trễ Hình 4.2 - Cấu trúc gói tin thoại IP Hình 4.3 - Hiện tượng Jitter Hình 4.4 - Hiện tượng sai thứ tự Hình 4.5 - Sự xếp lại gói tin Hình 4.6 - Nguyên tắc cRTP Hình 4.7 - Công cụ định dạng GTS Hình 4.8 - Giao thức điểm - điểm đa kết nối đa lớp Hình 5.1 - Phân tích mạng IP Hình 5.2 - Phân tích thoại đầu cuối tới đầu cuối Hình 5.3 - Cấu hình đo mô cố Hình 5.4 - Đo thử mức chịu đựng báo hiệu Hình 5.5 - Đấu nối qua cổng giám sát Hình 5.6 - Đấu nối sử dụng chức xuyên qua Hình 5.7 - Đấu nối qua Hub chia quang Hình 5.8 - Thủ tục đo chất lượng khách quan Hình 5.9 - Mô hình thuật toán PSQM Hình 5.10 - Mô hình thuật toán PESQ Hình 6.1 - Tương quan điểm MOS vµ TIPHON 12 13 13 14 18 19 20 21 23 46 54 56 57 59 60 63 71 73 77 78 79 80 86 87 88 94 98 100 106 - 10 - Mở đầu Từ 1/7/2001, Tổng cục Bưu điện đà cho phép Vietel VNPT thức khai thác điện thoại đường dài nước qua giao thức IP, gọi tắt VoIP cho phép VNPT chuẩn bị khai thác VoIP quốc tế Từ đến nay, Việt nam đà có thêm nhiều nhà cung cấp VoIP như: Công ty cổ phần dịch vụ Bưu Viễn thông Sài gòn(SPT), Công ty Cổ phần Viễn thông Hà nội, Công ty Thông tin Viễn thông Điện lùc(VP Telecom) Sù xt hiƯn cđa VoIP trªn thÕ giới nói chung Việt nam nói riêng đà cung cấp cho xà hội dịch vụ thoại đường dài có cước phí thấp nhiều so với cước phí dịch vụ thoại đường dài truyền thống Tuy nhiên, lợi ích kèm với hạn chế định Chất lượng thoại hạn chế lớn VoIP so với điện thoại truyền thống Với mục đích tìm hiểu công nghệ VoIP vấn đề đo kiểm mạng, lựa chọn đề tài "Công nghệ VoIP vấn đề đo kiểm" để làm đề tài luận văn Bố cục luận văn gồm chương: Chương 1: Giới thiệu VoIP Chương 2: Các chuẩn, giao thức VoIP Chương 3: Kỹ thuật nén tín hiệu thoại Chương 4: Chất lượng dịch vụ(QoS) Chương 5: Đánh giá chất lượng dịch vụ Chương 6: Giới thiệu số thiết bị đo kiểm VoIP Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo TS Đỗ Hoàng Tiến - Giảng viên Khoa Điện tử viễn thông, Đại học Bách khoa Hà nội đà tận tình hướng dẫn trình thực luận văn Với khoảng thời gian có hạn, chắn nội dung luận văn nhiều hạn chế Rất mong nhận góp ý thầy cô bạn Hà nội, tháng 11 năm 2006 - 98 - Bên cạnh mẫu cảm giác, phương pháp PSQM sử dụng mẫu kinh nghiệm để có tương quan cao phép đo chủ quan khách quan Hình 5.9 minh hoạ mô hình thuật toán PSQM Quá trình tính toán có đầu vào tín hiệu phát x(t) tín hiệu nhận y(t) từ hệ thống truyền dẫn Đầu trình điểm PSQM Điểm PSQM có giá trị lớn 6,5 Khi mà trường hợp mong muốn hai đầu vào giống điểm PSQM = Sự khác lớn điểm số cao Chuyển đổi từ đánh giá chất lượng khách quan sang đánh giá chất lượng chủ quan Đầu thuật toán mô tả phần trước, gọi điểm PSQM, xác định mức độ chất lượng đánh giá chủ quan tuỳ thuộc vào mà hoá thoại Trong số trường hợp điểm đánh giá chất lượng theo chủ quan không - 99 - cần thiết Ví dụ việc tối ưu thông số codec hay việc so s¸nh vỊ sù thùc hiƯn cđa c¸c bé codec Những trường hợp ta dùng điểm PSQM Tuy nhiên trường hợp cần điểm đánh giá MOS từ điểm PSQM thường sử dụng phương pháp ACR dùng đánh giá nghe đề cập khuyến nghị P.800 Quan hệ điểm MOS điểm PSQM khác ứng với ngôn ngữ khác hay chí việc kiểm tra chủ quan khác ngôn ngữ Vì để ®­a mét hµm nhÊt ®Ĩ chun tõ ®iĨm PSQM sang điểm MOS Trong thực tế có hàm khác ứng với ngôn ngữ cao ứng với thí nghiệm đánh giá chất lượng chủ quan Phân tích kết đạt Khi phân tích kết đo lường khách quan dựa vào điểm PSQM hay điểm MOS thu Trong điều kiện kiểm tra, điểm trung bình người nói nam, nữ giá trị trung bình nên tính toán thông báo cách riêng biệt Việc tính toán không để ý tới độ lệch chuẩn điều kiện khác Giới hạn mà chấp nhận nên tính toán kỹ thuật đánh giá chất lượng chủ quan biến đổi dựa vào người nói, câu hình thức kiểm tra quan trọng 5.3.2.3 Nhận xét Phương pháp PSQM có ưu điểm khâu chuẩn bị thời gian so với phương pháp đánh giá chủ quan theo điểm MOS Tuy nhiên, phương pháp PSQM ban đầu thiết kế để đo chất lượng tiêu chuẩn mà hoá Do vậy, không tính đến cách đầy đủ tác động yếu tố truyền dẫn khác Vì vào tháng 12 năm 1997 PSQM+ đà đề xuất Với PSQM+ cảm nhận khác méo âm lượng tiếng nói có đoạn im lặng tính đến Vì mối tương quan điểm đánh giá khách quan điểm MOS cải thiện cách đáng kể - 100 - 5.3.3 Phương pháp đánh giá cảm nhận chất lượng thoại - PESQ 5.3.3.1 Giới thiệu Khi PSQM tiêu chuẩn hoá thành ITU-T P.861 phạm vi tiêu chuẩn phần lớn nằm việc đánh giá codec sử dụng ứng dụng di động GSM, VoIP đối tượng thời điểm Ngay sau yêu cầu đo kiểm cho đối tượng khác thay đổi cách mạnh mẽ ITU-T đà thành lập nhóm để điều chỉnh lại tiêu chuẩn P.861 để đáp ứng nhu cầu đo kiểm VoIP Với mạng này, thuật toán đo kiểm gặp phải méo tín hiệu lớn nhiều so với codec GSM yếu tố quan trọng độ trễ tín hiệu đo kiểm tín hiệu tham khảo không yếu tố không đổi Tiếp cận để vượt qua vấn đề sù ph¸t triĨn cđa PSQM+, nã cã thĨ xư lý độ méo lớn gây lỗi burst tồn vấn đề quan trọng vấn đề bù cho thay đổi trễ Với tiêu chuẩn ITU-T P.862 mà chất PESQ, vấn đề cuối đà giải PESQ kết hợp mô hình nhận thức ©m häc tut vêi cđa PSQM+ víi mét tht to¸n ®ång bé thêi gian gióp cho viƯc xư lý trƠ thay đổi cách hoàn hảo Hiện nay, PSQM PESQ hai tiêu chuẩn đầy đủ cho vấn đề đo kiểm chất lượng thoại 5.3.3.2 Cấu trúc mô hình PESQ - 101 - Tổng quát mô hình PESQ thể hình 5.10 Mô hình bắt đầu với việc đồng mức cho hai tÝn hiƯu víi mét møc nghe chn C¸c tÝn hiệu lọc(sử dụng FFT) lọc đầu vào để mô hình hoá tổ hợp nghe nói điện thoại Các tín hiệu đồng thời gian xử lý thông qua biến đổi tiếng tương tự PSQM Một phần việc chuyển đổi liên quan đến việc làm tín hiệu cho đáp ứng tần số hệ thống biến số khuyếch đại Sự khác việc biến đổi tín hiệu tham khảo tín hiệu suy biến gọi nhiễu Nhiễu xử lý để tách hai thông số méo, tập hợp miền tần số thời gian tính toán sang điểm đánh giá chủ quan trung bình MOS  §ång bé thêi gian §ång bé thêi gian PESQ sử dụng trễ tín hiệu thay đổi khoảng lặng khoảng tiếng - Các tín hiệu lọc lọc thông hẹp để lấy phần tín hiệu phần cảm nhận - Đánh giá trễ dựa gói thoại - Chia tín hiệu tham khảo thành đoạn thoại - Đánh giá trễ cho đoạn thoại - Tương quan sang trễ dựa biểu đồ cho đoạn thoại - Chia đoạn thoại đồng lại ®Ĩ kiĨm tra thay ®ỉi cđa trƠ thêi gian hội thoại Kết loạt phân đoạn với thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc trƠ  Chun ®ỉi tiÕng ViƯc chun ®ỉi tiÕng PESQ mô hình âm học để ánh xạ tín hiệu thành đặc trưng tiếng nói cảm nhận theo thời gian tần số - Phổ Bark: Một chuyển đổi STFT với cửa sổ Hamming sử dụng để tính toán phổ lượng tức thời khung - 102 - - Làm tần số: Phổ Bark trung bình tính toán cho khung thoại tích cực Sự khác phổ đưa đánh giá hàm chuyển đổi, giả thiết hệ thống đo kiểm có đáp ứng tần số không đổi Tín hiệu tham khảo làm với tín hiệu suy biến sử dụng đáp ứng với đường bao giới hạn làm +/-20dB - Làm biến khuyếch đại: Tỷ lệ công suất nghe tín hiệu tham khảo tín hiệu suy biến khung sử dụng để tính toán biến số khuyếch đại Thông số lọc lọc thông thấp cấp 1(first-order low-pass) làm đường bao sau tín hiệu suy biến làm với tín hiệu tham khảo - ánh xạ độ to: Phổ Bark ánh xạ sang độ to bao gồm ngưỡng phụ thuộc tần số Điều đưa độ to cảm nhận gói thời gian - tần số Xử lý nhiễu mô hình cảm thụ Sự khác tuyệt đối tín hiệu suy biến tín hiệu tham khảo đưa đo kiểm lỗi tiếng Trong PESQ, điều xư lý th«ng qua mét sè b­íc tr­íc tÝnh toán giá trị trung bình phi tuyến theo thời gian tần số - Xoá: Khi trễ thay đổi, có phân đoạn bị chồng lên tín hiệu suy biến Nếu chồng nửa khung, phân đoạn bị xoá - Mặt nạ: Mặt nạ khung thời gian - tần số mô hình hoá sử dụng ngưỡng đơn giản mà tín hiệu không nghe được, ngưỡng thường đặt 1/4 giá trị nhỏ giá trị độ to tín hiệu tham khảo tín hiệu suy biến - Không đối xứng: không giống P.861, PESQ tính toán giá trị trung bình lỗi khác nhau, giá trị có giá trị yếu tố bất đối xứng Nhân tố bất đối xứng PESQ tính toán từ tỷ lệ ổn ®Þnh cđa mËt ®é phỉ Bark cđa ®é to tÝn hiệu tham khảo tín hiệu suy biến khung tÇn sè - thêi gian - 103 - Tổng hợp nhiễu tần số thời gian Nhiễu tổng hợp sử dụng quy tắc Lp để tính toán trung bình phi tuyến theo công thức sau: 1 N p L p =  ∑ disturbance[m]    N m=1 p Tr­íc tiªn, nhiƠu cộng lại theo tần số sử dụng quy tắc Lp ®­a mét ®o l­êng theo khung cđa nhiƠu cảm nhận Nhiễu khung sau nhân với giá trị, giá trị thứ tỷ lệ nghịch với lượng tức tín hiệu tham khảo Điều thay cho giá trị khoảng lặng P.861 Giá trị thứ làm giảm tính quan trọng khung điểm đầu khung tổng chiều dài lớn 16s, mô hình ảnh hưởng nhớ ngắn hạn nghe chủ quan Sau đánh giá, nhiễu khung trung bình hoá theo thời gian qua khoảng chia 20 khung(xấp xỉ 320ms) sử dụng quy tắc L6 Các R R khoảng chồng lên 50% không sử dụng hàm cửa sổ Các giá trị nhiễu cuối trung bình chiều dài cđa file tiÕng sư dơng quy t¾c Lp Nh­ vËy, trình tổng hợp nhiễu sử dụng lần Lp để ánh xạ nhiễu thành giá trị Đồng lại khung lỗi Trong số trường hợp, việc đồng thời gian lần không thành công việc xác định xác thay đổi trễ, dẫn đến lỗi lớn cho phân đoạn với trễ không xác Các lỗi nhận dạng đánh dấu khung lỗi(có nhiễu đối xứng lớn 45) phân đoạn đánh dấu lỗi có khung tốt nằm khung lỗi liên tiếp Từng phân đoạn sau đồng lại tính toán lại nhiễu Tương quan chéo sử dụng để tìm đánh giá trễ Chuyển đổi tiếng tín hiệu suy biến tính toán lại tìm lại giá trị nhiễu Đối với khung, đồng lại mang đến giá trị nhiễu thấp hơn, giá trị sử dụng Việc tổng hợp nhiễu cho toàn tín hiệu thực sau hoàn thành việc đồng lại - 104 - Đánh giá điểm MOS Để đánh giá PESQ, số lượng lớn thông số nhiễu đối xứng nhiễu bất đối xứng tính toán nhờ giá trị p khác cho giai đoạn lấy trung bình Một kết hợp tuyến tính thông số nhiễu sử dụng ước lượng điểm MOS Tương tự, ánh xạ tuyến tính sử dụng trình hiệu chuẩn Việc đánh giá cuối thực sở liệu 30 đo thử chủ quan Trong điều kiện thông thường, giá trị đo nằm khoảng từ 1,0(tồi) đến 4,5(không méo) Trong trường hợp có méo lớn, giá trị PESQMOS giảm xuống 1,0 điều xảy - 105 - Ch­¬ng Giíi thiƯu mét sè thiết bị đo kiểm Voip 6.1 Thiết bị phân tích VoIP DA-3400 6.1.1 Giới thiệu DA-3400 thiết bị phân tích giao thức cho mạng NGN sản xuất hÃng Acterna(trước WWG) Hoa Kỳ Nó thiết kế để thực đo kiểm thông qua giao diƯn LAN/WAN/GigE/ATM cho c¸c øng dơng nh­ VoIP, VPN, P2P DA-3400 đóng góp nhiều giá trị lĩnh vực như: - Lắp đặt xử lý lỗi mạng Fast Ethernet, GigEthernet ATM - Giám sát chất lượng xử lý lỗi mạng VoIP, VoATM - Phân tích mạng VLAN/IP Subnet - Lập kế hoạch tự động thu thập liệu tạo báo cáo - Phân tích thêi gian thùc c¸c cc gäi IP víi c¸c øng dụng khác - Phân tích xu hướng băng thông khách hàng - Khả nhìn sâu vào VLAN/ IP Subnet/ Time Slot/ VCC/ DLCI - HƯ thèng chuyªn gia sè liƯu: l­u gi÷ sù kiƯn cïng víi khun nghị giải vấn đề - Hệ thống chuyên gia ®iỊu khiĨn: c¸c hƯ thèng b¸o hiƯu bao gåm giao thức VoIP giao thức định tuyến - Các tính mạnh lọc tin, bắt giữ tin giải mà tin 6.1.2 Các đặc điểm DA-3400 cho phân tích VoIP 6.1.2.1 Đo kiểm chất lượng in-service DA-3400 sử dụng tiêu chuẩn TIPHON ETSI để đánh giá chất lượng thoại, đặc điểm: - Dựa thông số: gói, trễ, Jitter - Chỉ cần thiết bị đo mạng IP - Báo cáo chÊt l­ỵng vỊ l­u l­ỵng VoIP - 106 - Giữa đánh giá theo TIPHON MOS có mối liên hệ sau: Đánh giá chất lượng thoại DA-3400 có đặc điểm sau: - Thống kê chất lượng thời khứ gọi - Đưa tỷ lệ gọi có chất lượng tốt, trung bình, xấu để người sử dụng xác định nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng thiếu băng thông hay cấu hình không ưu tiên lưu lượng VoIP - Cung cấp thông tin chất lượng gọi theo chiều - Cho phép người sử dụng biết chất lượng gọi xấu theo hướng xác định nguyên nhân gây chất lượng xấu codec, jitter, trễ hay gói 6.1.2.2 Thống kê RTP RTCP cho gọi Căn vào chất lượng gọi, người sử dụng xem thông tin trễ, gói, Jitter gói RTP, RTCP gọi 6.1.2.3 Phân đoạn cố VoIP Phân đoạn cố giúp người sử dụng tìm nơi gây cố nằm phía bên điểm đấu nối thiết bị đo - Việc phân đoạn cố dựa phân tích RTP RTCP - Thống kê gói đến ®iÓm ®o kiÓm chÝnh b»ng mÊt gãi RTP - Thèng kê jitter đến điểm đo kiểm jitter RTP - 107 - - Thèng kª mÊt gãi tõ ®iĨm ®Çu ci A ®Õn ®iĨm ®Çu ci B chÝnh gói RTCP - Thống kê jitter từ điểm ®Çu ci A ®Õn ®iĨm ®Çu ci B chÝnh b»ng jitter RTCP 6.1.2.4 Phân tích báo hiệu thời gian thực - Trạng thái giao thức, thống kê báo hiệu VoIP - Sù kiƯn giao thøc: xo¸ cc gäi bÊt th­êng, lỗi mạng - Giải mà trực tuyến cảnh báo báo hiệu - Lọc bắt giữ theo gọi - Từ cửa sổ thống kê báo hiệu, nhấn đúp vào tin để xem giải mà chi tiết 6.2 Hệ thống đo kiểm OPERA 6.2.1 Giới thiệu OPERA hệ thống đo kiểm chất lượng thoại hệ hÃng OPTICOM OPERA viết tắt từ Objective Perceptual Analyzer nghĩa hệ thống đánh giá chất lượng thoại cách khách quan phương pháp mô hình hoá tai người Với OPERA, bạn có phân tích đầy đủ chất lượng đầu cuối đến đầu cuối từ người gọi đến người bị gọi OPERA có tính mềm dẻo cao từ thiết bị đơn lẻ đến hệ thống đo kiểm phân bố có trao đổi số liệu thông qua mạng IP OPERA hệ thống có tính mở cao cho phép mở rộng thêm thuật toán đo kiểm công nhận Hơn nữa, thuật toán yêu cầu người sử dụng phát triển theo nhu cầu Cấu trúc hệ thống OPERA chia thành phần mềm chính: - Phần mềm OptiCall: dùng để thu tín hiệu trình đo kiểm - Phần mềm OPERA FrameWork: có nhiệm vụ đánh giá, phân tích số liệu thu từ OptiCall - 108 - Với cấu trúc vậy, đơn vị phần mềm dành riêng để thực nhiệm vụ tránh tượng tải ®­a nhiỊu nhiƯm vơ cho mét phÇn mỊm nhÊt Hơn nữa, số liệu sau thực gọi đo kiểm đánh giá thuật toán khác như: PSQM, PESQ, mà không cần phải thực lại đo Hệ thống OPERA hỗ trợ giao diện điện thoại thân máy, giao diện đánh số 0, 1, 2, 3, Tiêu chuẩn điện thoại giao diện tuỳ thuộc vào quy định nước tuân thủ theo tiêu chuẩn giao diện điện thoại tương tự Trước thực đo kiểm, cần thiết phải đấu nối giao diện thoại OPERA vào mạng lưới cần đo 6.2.2 Chương trình OptiCall Như đà đề cập trên, OptiCall chương trình phần mềm dùng để thu số liệu trình đo kiểm Nguyên tắc hoạt động OptiCall sau: trước tiên, kết nối cần thiết lập giao diện hệ thống OPERA Sau đó, OptiCall thực việc ghi lại số liệu giao diện đà kết nối Chương trình OptiCall cho phép lúc ghi lại số liệu thoại nhiều giao diện OptiCall không làm việc với giao diện thoại mà hoạt động với giao diện âm thanh(audio) Chương trình OptiCall chạy máy thu số liệu từ máy khác, điều cần đưa tên máy đầu xa vào chương trình OptiCall khởi động OptiCall sử dụng chế độ sau: - Chế độ loop vòng: chế độ này, chương trình OptiCall điều khiển đầu phát(ví dụ line 1) đầu thu(ví dụ line 0), đầu đấu nối vào hệ thống OPERA Cuộc gọi thùc hiƯn tõ mét giao diƯn cđa OPERA vµ kÕt nối đến giao diện khác Ngay sau kết nối thiết lập, mẫu thoại truyền từ line sang line Cïng lóc ®ã, tÝn hiƯu line line - 109 - ghi lại thành file độc lập File nhận line dùng để đánh giá chất lượng thoại từ đầu cuối đến đầu cuối, file nhận line sử dụng để đo kiểm độ vọng(echo) mạng lưới - Chế độ khởi tạo gọi: chế độ này, giao diện khởi tạo gọi đặt chế độ khởi tạo(origin) Sau kết nối thiết lập mẫu thoại truyền phần mềm OptiCall bắt đầu thực việc ghi lại tín hiệu giao diện khởi tạo - Chế độ nhận gọi: chế độ này, giao diện nhận gọi đặt chế độ nhận(terminate) Sau kết nối thiết lập mẫu thoại truyền đến phần mềm OptiCall bắt đầu thực việc ghi lại tín hiệu giao diện nhận 6.2.3 Chương trình đánh giá chất lượng OPERA Chương trình OPERA dựa sở mô hình thuật toán cảm nhận Nó bao gồm đầu vào tín hiệu tham khảo tín hiệu suy biến sau qua mạng lưới Đầu chương trình OPERA điểm đánh giá chất lượng tuỳ theo thuật toán sử dụng nhiều thông số khác liên quan đến chất lượng mạng lưới 6.2.4 Chương trình đo kiểm tự động Opera Control Center Chương trình đo kiểm tự động Opera Control Center cung cấp khả đo kiểm cách tự động, không cần có giám sát Chương trình điều khiển chương trình OptiCall OPERA Với chương trình này, người sử dụng lập lịch gọi đo kiểm thực hiện, việc đánh giá chất lượng lập lịch để đưa chất lượng mạng lưới suốt thời gian giám sát Trong chế độ này, ngày hệ thống OPERA thực 3000 gọi đo kiểm Chương trình Opera Control Center có chức quản lý đo kiểm cho hệ thống OPERA đặt phân bố xa, hệ thống điều khiển thông qua mạng IP - 110 - KÕt ln Cïng víi sù ph¸t triĨn nhanh chãng cđa c«ng nghƯ viƠn th«ng, xu h­íng hội tụ mạng xu hướng tất yếu hệ thống mạng điện thoại PSTN không nằm xu hướng Công nghệ VoIP triển khai đặt hai vấn đề lớn cần xem xét: chuẩn hoá chất lượng dịch vụ Đây hai vấn đề gặp phải nhiều điều khó giải Các tiêu chuẩn báo hiệu H.323, SIP, MGCP chưa hoàn toàn tương thích Mặt khác tín hiệu thoại tín hiệu thời gian thực lại truyền mạng chuyển mạch gói chất lượng dịch vụ vấn đề cần phải lưu tâm Hơn nữa, cách đánh giá chất lượng dịch vụ có nhiều phương án tiếp cận khác Với việc nghiên cứu công nghệ VoIP vấn đề đo kiểm chất lượng thoại cho VoIP, đề tài đà giới thiệu đặc điểm, ứng dụng, vấn đề kỹ thuật VoIP phương pháp, yêu cầu đo kiểm cho chất lượng thoại VoIP Đồng thời, đưa số loại máy đo chuyên dụng cho đo kiểm chất lượng thoại VoIP giúp cho nhà khai thác VoIP tham khảo lựa chọn thiết bị đo - 111 - Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Phạm Công Hùng (2005), Bài giảng Điện thoại IP, Trường Đại học Bách khoa Hà nội Nguyễn Đình Long (2004), Nghiên cứu công nghệ vấn đề đo kiểm chất lượng thoại cho VoIP, Trường Đại học Quốc gia Hà nội Nguyễn Hồng Sơn, Hoàng Trọng Minh, Hoàng Đức Hải (2003), Kỹ thuật điện thoại qua IP & Internet, NXB Lao ®éng X· héi TiÕng Anh Acterna (2002), DA-3400 Data Network Analyzer ITU-T (1996), recommendation P.800: Methods for Subjective determination of transmission quality ITU-T (2003), recommendation P.800.1: Mean Opinion Score(MOS) terminology 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, James Peter, Voice over IP Fundamentals, Cisco Press 10 Opticom (2000), State of the art voice quality testing 11 Opticom (2001), Opera, Voice/Audio Quality Analyzer C¸c trang web 12 http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/voip_protocols/index.html 13 http://www.databeam.com/h323/h323primer.html 14 http://www.acterna.com - 112 - 15 http://www.techguide.com/comm/sec_html/voiciep.shtml 16 http://www.jdsu.com/test_and_measurement/products/descriptions/da3400/index.html 17 http://www.jdsu.com/test_and_measurement/products/descriptions/da3400/product_literature.html 18 http://www.opticom.de/products/opera.html ... lượng thoại hạn chế lớn VoIP so với điện thoại truyền thống Với mục đích tìm hiểu công nghệ VoIP vấn đề đo kiểm mạng, lựa chọn đề tài "Công nghệ VoIP vấn đề đo kiểm" để làm đề tài luận văn Bố cục... mà VoIP mang lại, nói việc phát triển vấn đề thời gian Tuy nhiên, công nghệ tồn số hạn chế: Vấn đề tiêu chuẩn: Do tiêu chuẩn quốc tế điện thoại IP giai đo? ??n phát triển hoàn thiện, đặc biệt tiêu... giải mà chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích 1.3 Đặc điểm ứng dụng VoIP 1.3.1 Lợi ích VoIP Công nghệ VoIP đem lại lợi ích chủ yếu sau: Giảm chi phí gọi: Ưu điểm