Dịch vụ VoIP trên nền NGN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ DỊCH VỤ VoIP TRÊN NỀN NGN ĐẶNG NGỌC TRÚC Người hướng dẫn khoa học : TS PHẠM CÔNG HÙNG HÀ NỘI 2006 Dịch vụ VoIP NGN MỤC LỤC MỞ ĐẦU i Thuật ngữ từ viết tắt iv Mục lục hình vẽ vi PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.Giới thiệu mạng viễn thông 1.1 Khái niệm mạng viễn thông 1.2 Đặc điểm mạng viễn thông truyền thống Khái niệm mạng NGN Đặc điểm mạng NGN 4.Các công nghệ sử dụng NGN 4.1.Công nghệ truyền dẫn 4.2.Công nghệ truy nhập mạng 4.3.Công nghệ chuyển mạch CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG NGN 2.1 Cấu trúc luận lí 2.1.1 Mơ hình phân lớp chức mạng NGN 2.1.2 Phân tích 2.2.Cấu trúc vật lí 10 2.2.1 Cấu trúc vật lí mạng NGN 11 2.2.2 Các thành phần mạng chức 11 CHƯƠNG 3: CÁC DỊCH VỤ TRÊN NGN 15 3.1 Các đặc trưng dịch vụ NGN 15 3.2 Các dịch vụ NGN 16 PHẦN : VoIP TRÊN MẠNG NGN 17 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VoIP TRÊN MẠNG NGN 1.1 Giới thiệu 18 1.2 Cấu trúc VoIP NGN 20 1.3 Lợi ích VoIP 21 1.4 Thách thức VoIP 22 CHƯƠNG 2: CHUẨN H.323 24 2.1.Giới thiệu 24 2.2.Các thành phần H.323 24 2.2.1 Thiết bị đầu cuối 26 2.2.2 Gateway 26 2.2 3Gatekeeper 28 2.2.4 Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU (Multipoint Control Unit) 30 12T 12T HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 2.3.Bộ giao thức H.323 2.3.1 H.225 RAS (Registation/Admission/Status) 2.3.2 Q.931 (H.225 Call Signaling) 2.3.3 H.245 (Call Signaling) 2.3.4 RTP RTCP 2.4.Các thủ tục báo hiệu gọi 2.4.1 Bước 1: Thiết lập gọi 2.4.2 Bước 2: Thiết lập kênh điều khiển 2.4.3 Bước 3: Thiết lập kênh truyền thông 2.4.3.1 Thay đổi chế độ hoạt động 2.4.3.2 Trao đổi luồng tín hiệu Video 2.4.3.3 Phân phối địa luồng liệu 2.4.4 Bước 4: Dịch vụ gọi 2.4.4.1 Thay đổi độ rộng băng tần 2.4.4.2 Giám sát trạng thái 2.4.5 Bước 5: Kết thúc gọi CHƯƠNG 3: SIP 3.1 Giới thiệu 3.2 Cấu trúc SIP 3.3 Các tin SIP 3.3.1 Request 3.3.2 Response 3.4 Hoạt động SIP 3.4.1 Quá trình định vị tới máy phục vụ SIP 3.4.2 Giao dịch SIP 3.4.3 Lời mời SIP 3.5 Đánh giá SIP CHƯƠNG 4: MGCP 4.1 Giới thiệu 4.2 Kiến trúc thành phần 4.2.1 Các thành phần 4.2.2 Các lệnh (MGCP Commands) 4.2.3 Các đáp ứng (Responses) 4.3 Thiết lập gọi 4.4 Đánh giá MGCP 4.5 So sánh giao thức 30 32 33 34 35 36 37 38 39 39 39 39 40 40 41 42 45 45 46 46 46 47 49 49 50 50 52 53 53 54 54 54 55 56 57 58 CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ VoIP TRÊN NGN Ở NƯỚC TA HIỆN NAY 60 5.1 Giới thiệu mạng NGN VTN 60 5.2 Phân tích gọi IP mạng NGN 66 5.2.1 Giải pháp trung kế ảo với Sofswitch 66 HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 5.2.2 Mơ hình trung kế ảo với Softswitch trở lên 68 5.3 Các dịch vụ VoIP triển khai mạng NGN VNPT 69 5.3.1 Dịch vụ thoại VoIP 171 69 5.3.2 Dịch vụ thoại thẻ trả trước 1719 70 5.3.3 Dịch vụ miễn cước người gọi (Freephone Service) 76 5.3.4 Dịch vụ thơng tin giải trí thương mại 1900 (Premium Service) 79 5.4 Hướng phát triển VoIP mạng NGN VNPT 82 5.4.1 Call Waiting Internet (CWI) 83 5.4.2 Webdial Page 86 5.4.3 Free Call Button 87 5.4.4 Dịch vụ hội nghị Web - Web Conference 88 5.5 Mở rộng kết nối NGN với mạng khác 89 5.5.1 Nâng cấp kết nối NGN PSTN 89 5.5.2 Mở rộng kết nối mạng NGN với mạng di động PLMN 90 CHƯƠNG 6: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO VoIP TRÊN NGN 6.1 Các thông số ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ VoIP 91 6.1.1 Codecs 91 6.1.2 Delay 93 6.1.3 Jitter 96 6.1.4 Packet Loss 97 6.2 Mơ hình chất lượng dịch vụ cho mạng IP 99 6.2.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) 100 6.2.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ) 100 6.2.3 Dịch vụ DiffServ 102 6.3 Nâng cao chất lượng dịch vụ cho VoIP 104 6.3.1 Các công cụ xử lý tắc nghẽn hàng đợi 105 6.3.1.1 Xếp hàng công theo trọng lượng WFQ 105 6.3.1.2 Xếp hàng theo yêu cầu CQ 105 6.3.1.3 Xếp hàng ưu tiên PQ 106 6.3.1.4 Xếp hàng công theo trọng lượng dựa phân lớp CB-WFQ 107 6.3.2 Các cấu nâng cao hiệu đường truyền 107 6.3.2.1 Giao thức RTP nén (cRTP) 107 6.3.2.2 Các công cụ phân mảnh 109 6.3.3 Báo hiệu chất lượng dịch vụ (quyền ưu tiên IP RSVP) 109 6.3.3.1 Quyền ưu tiên IP (IP Precedence) 109 6.3.3.2 Giao thức giữ trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) 110 KẾT LUẬN 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN PHẦN I TỔNG QUAN VỀ NGN  NỘI DUNG: Chương : Tổng quan mạng NGN Chương : Cấu trúc mạng NGN Chương : Các dịch vụ mạng NGN HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 1.1 Giới thiệu mạng viễn thông 1.1.1 Khái niệm mạng viễn thông Mạng viễn thơng định nghĩa sau: Mạng viễn thông phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho khách hàng Mạng viễn thông bao gồm thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền thiết bị đầu cuối Hình 1.1: Các thành phần mạng viễn thông - Thiết bị chuyển mạch bao gồm: tổng đài nội hạt tổng đài giang Các thuêu bao nối vào tổng đài nội hạt tổng đài nội hạt nối vào tổng đài giang Nhờ thiết bị chuyển mạch mà thiết bị truyền dẫn dùng chung mạng sử dụng cách kinh tế - Thiết bị truyền dẫn sử dụng để nối thuê bao với tổng đài, hay tổng đài để truyền đưa tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao thiết bị truyền dẫn cáp quang - Mơi trường truyền hữu tuyến vô tuyến Truyền hữu tuyến bao gồm: cáp kim loại, cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm: vi ba, vệ tinh HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN - Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống bao gồm: máy điện thoại, máy FAX, máy tính, tổng đài PABX 1.1.2 Đặc điểm mạng viễn thông truyền thống Các mạng viễn thơng truyền thống có đặc điểm tồn cách riêng lẻ, ứng với loại thơng tin lại có loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ cho dịch vụ - Mạng Telex: dùng để gửi điện dạng kí tự mã hố bit (mã Baudot) Có tốc độ truyền thấp (từ 75 đến 300 bit/s) - Mạng điện thoại cơng cộng, cịn gọi mạng POST (Plain Old Telephone Service): tiếng nói số hố chuyển mạch hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - Mạng truyền số liệu: bao gồm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 - Mạng tín hiệu truyền hình truyền theo cách: truyền sóng vơ tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) cáp đồng trục qua hệ thống vệ tinh - Trong phạm vi quan, số liệu máy tính trao đổi thơng qua mạng LAN (Local Area Network) với công nghệ mạng Ethernet, Token Bus Token Ring Mỗi mạng thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Ví dụ ta khơng thể truyền tín hiệu truyền hình qua mạng PSTN băng thơng mạng không đủ Do đặc điểm mạng viễn thông truyền thống tồn cách độc lập với nhau, mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, vận hành bảo, dưỡng khác Như hệ thống mạng viễn thơng truyền thống có nhiều nhược điểm mà quan là: - Chỉ truyền dịch vụ độc lập tương ứng với mạng - Thiếu mềm dẻo: đời công nghệ ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngồi xuất nhiều HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN dịch vụ truyền thông tương lai Mỗi loại dịch vụ có tốc độ truyền khác mạng truyền thống khó thích nghi với đòi hỏi - Kém hiệu việc bảo dưỡng, vận hành sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có mạng chia sẻ cho mạng khác sử dụng Trước nhược điểm địi hỏi phải có sở hạ tầng cung cấp cho dịch vụ (tương tự - số, băng hẹp – băng rộng, – đa phương tiên,…) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng vận hành, đồng thời hỗ trợ dịch vụ mạng 1.2 Khái niệm mạng NGN: Mạng viễn thơng hệ NGN (Next Generation Network) có nhiều tên gọi khác nhau, như: - Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau) - Mạng hội tụ (hỗ trợ cho lưu lượng thoại phi thoại, cấu trúc mạng hội tụ) - Mạng phân phối (phân phối tính thơng minh cho phần tử mạng) - Mạng nhiều lớp (mạng phân phối nhiều lớp mạng có chức độc lập hỗ trợ lẫn thay khối thống mạng TDM) Theo định nghĩa khái quát mạng NGN sau: Mạng viễn thông hệ sau NGN mạng có sở hạ tầng thơng tin dựa cơng nghệ gói để triển khai nhanh chóng loại hình dịch vụ khác dựa hội tụ thoại số liệu, cố định di động Như vậy, xem mạng thơng tin hệ mạng tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa kỹ thuật IP/ATM Nó chuyển tải tất dịch vụ vốn có PSTN đồng thời nhập lượng liệu lớn vào mạng IP, nhờ giảm nhẹ gánh nặng PSTN HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN Tuy nhiên, NGN không đơn hội tụ thoại số liệu mà hội tụ truyền dẫn quang cơng nghệ gói, mạng cố định di động Vấn đề chủ đạo tận dụng hết lợi đem đến từ trình hội tụ Một vấn đề quan trọng khác bùng nổ nhu cầu người sử dụng cho số lượng lớn dịch vụ ứng dụng phức tạp bao gồm đa phương tiện 1.3 Đặc điểm mạng NGN: Mạng NGN có đặc điểm chính: • Nền tảng hệ thống mạng mở • Mạng NGN mạng dịch vụ thúc đẩy, dịch vụ phải thực độc lập với mạng lưới • Mạng NGN mạng chuyển mạch gói, dựa giao thức thống • Là mạng có dung lượng ngày tăng, có tính thích ứng ngày tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu Trước hết áp dụng cấu mở mà: o Các khối chức tổng đài truyền thống chia thành phần tử mạng độc lập, phần tử phân theo chức tương ứng, phát triển cách độc lập o Giao diện giao thức phận phải dựa tiêu chuẩn tương ứng Mạng NGN mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của: • Chia tách dịch vụ với điều khiển gọi • Chia tách gọi với truyền tải Mục tiêu chia tách làm cho dịch vụ thực độc lập với mạng, thực cách linh hoạt có hiệu việc cung cấp dịch vụ Th bao tự bố trí xác định đặc trưng dịch vụ mình, khơng quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ loại hình đầu cuối Điều làm cho việc cung cấp dịch vụ ứng dụng có tính linh hoạt cao HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN Thứ 3, NGN mạng chuyển mạch gói, giao thức thống Các mạng thơng tin, dù mạng viễn thơng, mạng máy tính, hay mạng truyền hình cáp, khơng thể lấy mạng làm tảng để xây dựng sở hạ tầng thông tin Nhưng với phát triển công nghệ IP, người ta nhận thấy mạng viễn thơng, mạng máy tính mạng truyền hình cáp tích hợp mạng IP thống Giao thức IP làm cho dịch vụ lấy IP làm sở thực nối thông mạng khác Giao thức IP giao thức thống mà mạng lớn chấp nhận được, đặt sở vững mặt kỹ thuật cho hạ tầng sở thông tin quốc gia Hình 1.2: Topo mạng hệ sau 1.4 Các công nghệ sử dụng NGN 1.4.1.Công nghệ truyền dẫn Trong cấu trúc mạng NGN, truyền dẫn thành phần quan lớp kết nối (bao gồm truyền tải truy nhập) Trong mạng hệ công nghệ truyền dẫn sử dụng SDH WDM với khả hoạt động linh hoạt, mềm dẻo, thuận lợi cho khai thác điều hành quản lý HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 99 đa phần dịch vụ cung cấp mạng Internet sử dụng nguyên tắc Best Effort Đối với lưu lượng thoại dịch vụ khơng đảm bảo yêu cầu cho chất lượng theo yêu cầu Dịch vụ tích hợp (IntServ) Trong phạm vi hệ thống dịch vụ tích hợp, chất lượng dịch vụ (QoS) quan tâm đến việc phân phát gói dịch vụ thực mạng yêu cầu theo các thơng số: băng thơng dành riêng, độ trễ gói, tỉ lệ gói nhằm đáp ứng cho QoS cho yêu cầu ứng dụng Hình 6.9 : Mơ hình họat động IntServ Trong mơ hình IntServ IETF, việc phân phố băng thông mạng phải đảm bảo Cơ sở phương pháp dịch vụ tích hợp (Integrated Service) quản lý lưu thông với nguyên lý chấp nhận điều khiển, mơ hình IntServ dựa ngun lý đăng ký riêng tài nguyên mạng Với phương thức giữ trước tài nguyên, IntServ xác định QoS yêu cầu ứng dụng để cung cấp tài nguyên dịch vụ thời gian thực đảm bảo độ trễ thấp Các đặc điểm IntServ:  Giao thức thiết lập setup: cho phép máy chủ router dự trữ động tài nguyên mạng để xử lý yêu cầu luồng lưu lượng riêng, RSVP, Q.2391 giao thức  Đặc tính luồng : xác định chất lượng dịch vụ QoS cung cấp cho luồng xác định Luồng định nghĩa luồng gói từ nguồn đến đích có u cầu QoS Về HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 100 nguyên tắc đặc tính luồng băng thơng tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cầu  Điều khiển lưu lượng: thiết bị thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có thành phần điều khiển quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu Các thành phần điều khiển lưu lượng khai báo giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:  Điều khiển chấp nhận: xác định thiết bị mạng có khả hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không  Thiết bị phân loại (Classifier): nhận dạng chọn lựa lớp dịch vụ nội dung số trường định mào đầu gói  Thiết bị phân phối (Scheduler): cung cấp mức chất lượng dịch vụ QoS qua kênh thiết bị mạng Các mức chất lượng dịch vụ cung cấp IntServ gồm:  Dịch vụ đảm bảo: băng thông dành riêng, trễ có giới hạn khơng bị thất gói tin hàng Các ứng dụng cung cấp thuộc loại kể đến: thoại, hội nghị truyền hình chất lượng cao, tốn tài thời gian thực,…  Dịch vụ kiểm sốt tải: khơng đảm bảo băng thông hay trễ, khác với best effort điểm không giảm chất lượng cách đáng kể tải mạng tăng lên Dịch vụ phù hợp cho ứng dụng không nhạy cảm với độ trễ hay gói truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình  Dịch vụ best effort Hình 6.10 : Mơ hình hoạt động IntServ HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 101 Hình 6.10 cho thấy ví dụ đơn giản IntServ Người gửi mô tả yêu cầu đặc tính dịng lưu lượng đến mạng Mạng chấp nhận yêu cầu có đủ tài nguyên Nếu đăng ký thiết lập điểm cuối, ứng dụng gửi gói theo đường dẫn chấp nhận mạng  Ưu nhược điểm IntServ Ưu điểm : với kỹ thuật đăng ký giữ trước tài nguyên mạng IntServ đảm bảo QoS cho từ đầu cuối đến đầu cuối tốt Nhược điểm : Với luồng liệu mạng từ đầu cuối đến đầu cuối cần phải có đường báo hiệu riêng biệt, qui mô mạng lớn, báo hiệu theo luồng phức tạp Dịch vụ DiffServ Mơ hình QoS DiffServ sử dụng nguyên tắc đánh dấu gói xếp hàng theo loại ứng dụng mạng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP Hiện IETF có nhóm làm việc DiffServ để đưa tiêu chuẩn RFC DiffServ Mơ hình hỗ trợ cho DiffServ mạng sau: Hình 6.11.2: Mơ hình DiffServ cho router biên Hình 6.11.1 : Mơ hình DiffServ cho router lõi Nguyên tắc Diffserv sau:  Định nghĩa số lượng nhỏ lớp dịch vụ cấp phát tài nguyên cho lớp dịch vụ Nhằm mục đích tránh sử dụng giao thức báo hiệu cho luồng ứng dụng, gói liệu đánh dấu trực tiếp gói liệu HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 102  Phân loại đánh dấu gói riêng biệt biên mạng vào lớp dịch vụ  Các thiết bị chuyển mạch, router mạng lõi phục vụ gói theo nội dung bit đánh dấu mào đầu gói Các nút mạng biên có nhiệm vụ khác với nút mạng lõi bên vùng mạng Sự phân lớp gói điều kiện lưu lượng cho lưu lượng gói thực nút mạng biên, gói xếp vào lớp chuyển tiếp khác nhau, theo thứ tự để kiểm tra luồng lưu lượng theo dịch vụ yêu cầu Những gói khơng xếp vào lớp bị rớt Ở nút mạng lõi chuyển tiếp gói dựa vào lớp chuyển tiếp gán vào mào đầu gói Hoạt động DiffServ dựa vào trường CoS vận hành chặng.Việc quản lý dịch vụ thực chặng tương ứng với CoS định nghĩa trước CoS định nghĩa BA OA BA giá trị cho yêu cầu ưu tiên cho rớt OA giá trị cho mục đích phân loại bao hàm số giá trị cho mục đích đánh rớt gói Sự phân chia lớp chặng (PSC) định nghĩa dựa OA PSC liên quan đến phân chia theo loại lưu lượng Hình 6.12 : Cấu trúc ToS gói IP Mơ hình DiffServ dựa bit trường ToS mào đầu IP ToS bao gồm bit precedence cho độ ưu tiên lưu lượng, bit cho độ ưu tiên loại dịch vụ, bit không sử dụng thường đặt Sáu bit trường ToS gọi DSCP giá trị trường DSCP dùng dành riêng cho BA, IETF chia thành 14 PHB tương ứng: EF (phục vụ cho dịch vụ địi hỏi trễ,jitter, gói thấp, thông thường dịch vụ thoại xếp vào lớp này) , 12 AF HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 103 Best Effort 12 AF PHB chia thành PSC nhóm bao gồm mức ưu tiên Ưu nhược điểm DiffServ: Ưu điểm:  Không yêu cầu báo hiệu cho luồng  Dịch vụ ưu tiên áp dụng cho số luồng riêng biệt lớp dịch vụ Điều cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng phân phối số mức dịch vụ khác cho khách hàng có nhu cầu  Khơng u cầu thay đổi máy chủ hay ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên Đây nhiệm vụ thiết bị biên Nhược điểm: Khơng có khả cung cấp băng thông độ trễ đảm bảo GS IntServ 6.3 Nâng cao chất lượng dịch vụ cho VoIP Chất lượng dịch vụ QoS mang ý nghĩa lớp dịch vụ (CoS) loại dịch vụ (ToS) Mục dích CoS ToS nhận băng thông độ trễ cần thiết cho ứng dụng xác định CoS cho phép nhà quản trị mạng nhóm luồng liệu gói khác nhau, luồng có u cầu độ trễ băng thơng khác ToS trường tiêu đề IP cho phép thực CoS Hiện trường ToS sử dụng bit nhóm nhóm liệu có CoS khác Đã có nhiều công cụ đưa nhằm thu mức chất lượng dịch vụ khác cần thiết người sử dụng với ứng dụng khác Điều quan trọng ta dùng công cụ để thực hiệ dịch vụ mà kết cuối chúng mạng lại Do ta phải sử dụng nhiều công cụ khác không tập trung vào cơng cụ để thu mức chất lượng dịch vụ mong muốn Sau ta xem xét công cụ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cho thoại VoIP HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 104 6.3.1 Các công cụ xử lý tắc nghẽn hàng đợi 6.3.1.1 Xếp hàng công theo trọng lượng WFQ Hình 6.13: Mơ hình cho quản lý hàng đợi WFQ WFQ tượng tự công nghệ ghép kênh TDM, chia sẻ băng thơng cách công luồng thông tin khác khơng có ứng dụng bị tắc nghẽn Tuy nhiên WFQ có ưu điểm TDM chỗ lng khơng cịn truyền WFQ tự động điều chỉnh để sử dụng hết phần băng thơng vừa giải phóng cho luồng thơng tin cịn truyền Với giải pháp khơng phù hợp với ứng dụng đòi hỏi đáp ứng cho thời gian thực (thoại, video…) số lượng dịch vụ lớn, không đảm bảo cho độ ưu tiên cho lưu lượng thoại Thuật toán phù hợp cho giao tiếp có tốc độ thấp (nhỏ 2Mb/s) 6.3.1.2 Xếp hàng theo yêu cầu CQ CQ thiết kế cho phép ứng dụng khác chia sẻ tài nguyên kết nối theo yêu cầu băng thông, độ trễ Trong giải pháp băng thông phân chia theo tỷ lệ tùy theo nhu cầu lớp ứng dụng, với CQ giải cho lưu lượng cho ứng dụng với băng thông cấp phát thời điểm xảy tắc nghẽn tất lưu lượng ứng dụng Khi khơng có tắc nghẽn, băng thơng cấp phát cho ứng dụng khác có yêu cầu, hàng đợi phục vụ theo chế xoay vịng Mơ hình cho PQ sau: HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 105 Hình 6.14: Mơ hình cho quản lý hàng đợi CQ Thuật toán cho hàng đợi CS có khả đáp ứng cho 16 hàng đợi, thiết bị định tuyến phục vụ cho hàng đợi theo chế xoay vòng hàng phục vụ theo trọng lượng độ ưu tiên hàng đợi Với thuật tốn ứng dụng khơng bị thiếu băng thông xảy tắt nghẽn Nhưng sử dụng thuật toán người quản lý mạng phải biết tỷ lệ lưu lượng ứng dụng mạng để đảm bảo cho việc cấp phát băng thông cách hiệu có tắt nghẽn xảy 6.3.1.3 Xếp hàng ưu tiên PQ PQ giải pháp đảm bảo cho lưu lượng có độ ưu tiên cao, ứng dụng có độ ưu tiên cao (các ứng dụng có đáp ứng thời gian thực : voice, truyền hình hội nghị…) xếp vào hàng đợi cao PQ cài mức ưu cách mềm dẻo theo giao thức mạng sử dụng, loại giao tiếp, kích thước gói, theo ToS… Với PQ, hàng đợi phân chia thành mức ưu tiên theo thứ tự từ cao xuống : high, medium, normal, low Trong q trình truyền tải hàng đợi có độ ưu tiên cao phục vụ trước cách ưu tiên tuyệt đối so với hàng đợi có độ ưu tiên thấp HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Cơng Hùng Dịch vụ VoIP NGN 106 Hình 6.15: Mơ hình quản lý hàng đợi PQ Với giải pháp này, liệu thoại xếp vào hàng đợi có độ ưu tiên cao Khi dùng PQ, với lưu lượng ứng dụng có độ ưu tiên cao lớn dẫn đến ứng dụng có độ ưu tiên thấp bị nghẽn 6.3.1.4 Xếp hàng công theo trọng lượng dựa phân lớp CB - WFQ CB-WFQ có tất ưu điểm WFQ, đặc điểm bật cho phép người quản trị mạng xác định xác băng thơng cho lớp Nó xử lý tới 64 lớp khác điều khiển yêu cầu băng thông cho lớp Với WFQ tiêu chuẩn, trọng lượng định băng thông dành cho thoại Điều phụ thuộc vào số luồng lưu lượng có thời điểm định Với CB-WFQ, lớp đôi với hàng đợi riêng lẻ Ta phân bổ lượng băng thông giành riêng tối thiểu định cho lớp, đo tỷ lệ phần trăm kết nối hay kbps Các lớp khác chia sẻ phần băng thơng cịn lại tương ứng với trọng lượng gán cho chúng 6.3.2 Các cấu nâng cao hiệu đường truyền 6.3.2.1 Giao thức RTP nén (cRTP) Để giảm mức chiếm dụng băng thông gọi G.729, ta sử dụng giao thức cRTP Ta biết phần header gói thơng tin gồm 40 byte IP/RTP/UDP, giao thức cRTP cho phép nén 40 byte xuống cịn từ byte (nếu khơng sử dụng trường sửa lỗi UDP) đến byte (nếu sử dụng trường sửa lỗi UDP) phần lớn thời gian gọi HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 107 Với cRTP băng thơng gọi VoIP giảm từ 24kbps xuống cịn 11,2kbps, bước tiến quan trọng kết nối băng thơng hẹp Ví dụ kết nối 56kbps mang tới gọi VoIP G.729 lúc không sử dụng cRTP mạng gọi VoIP 24kbps mà Hình 6.16: Khn dạng gói tin thoại cRTP Trong thực tế khác biệt gói tin liên tiếp thường khơng đổi dù vài trường hợp có thay đổi tiêu đề gói tin Bằng cách trì tiêu đề khơng nén đầy đủ khác biệt đầu tiên, cRTP cần truyền thị khác biệt thứ khơng Trong trường hợp giải nén tạo lại tiêu đề gốc mà không làm thông tin cách đợn giản việc thêm khác biệt vào tiêu đề không nén ghi nhớ từ trước gói tin tới đích Theo thống kê, gói tin nén gửi 98% thời gian gọi Do theo định kỳ tiêu đề chưa nén gốc phải gửi để xác nhận phía hoạt động trạng thái Trong số trường hợp, khác biệt xảy trường thơng tin mà bình thường số (ví dụ trường loại tải - Payload type), khơng phép nén tiêu đề IP/UDP/RTP 6.3.2.2 Các công cụ phân mảnh Lý để sử dụng công cụ phân mảnh đơn giản, để giảm trễ xếp hàng Các gói tin lớn cần nhiều thời gian để truyền qua kết nối băng hẹp gói tin nhỏ Các công cụ phân mảnh HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 108 cắt gói tin lớn thành gói tin nhỏ để giảm trễ Chúng ta thực điều lớp mơ hình OSI Trong ứng dụng liệu, trễ gây kết nối băng hẹp vấn đề quan trọng Nhưng ứng dụng thời gian thực điều gây nhiều vấn đề: làm giảm chất lượng thoại, khung, rơi gọi… Ví dụ, gói tin 1500 byte truyền qua kết nối 56kbps cần 214ms Trong ITU-T đưa khuyến nghị rằng: trễ thoại lớn đơn hướng phải nhỏ 150ms Do với kết nối 56kbps gói tin 1500 chiếm hết quỹ trễ cho thoại VoiP Các công cụ phân mảnh không tự làm giảm trễ kết nối băng hẹp mà router cần có chế xếp hàng gói tin bị phân mảnh thay gói tin gốc 6.3.3 Báo hiệu chất lượng dịch vụ (quyền ưu tiên IP RSVP) Báo hiệu QoS cho đưa cách thức cho phép trạm cuối hay thành phần mạng thông báo yêu cầu tới thiết bị khác Ví dụ, mạng IP sử dụng phần tiêu đề IP để yêu cầu xử lý đặc biệt cho lưu lượng ưu tiên hay yêu cầu thời gian thực Báo hiệu QoS hiệu sử dụng kết hợp với công cụ quản lý lưu lượng khác 6.3.3.1 Quyền ưu tiên IP (IP Precedence) Ưu tiên IP liên quan tới bít trường ToS tiêu đề: Hình 6.17: Bit ToS tiêu đề IP HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 109 Quyền ưu tiên IP cho phép router nhóm luồng lưu lượng dựa mức ưu tiên xếp hàng lưu lượng dựa vào thơng tin với địa nguồn/đích số cổng Quyền ưu tiên IP khơng có báo hiệu phần mào đầu gói bổ xung Với sản phẩm VoIP thiết lập bit IP Precedence dựa địa đích hay số bị gọi Đặt mức ưu tiên đơn giản cho phép nhiệu loại CoS khác tuỳ thuộc vào địa đích gọi Tuy nhiên, quyền ưu tiên IP khơng có cấu tích hợp cho phép từ chối việc cấu hình sai mức ưu tiên Các nhà quản trị mạng phải có cảnh báo để chắn thiết lập quyền ưu tiên IP mạng không đổi chúng dự định ban đầu 6.3.3.2 Giao thức giữ trước tài nguyên RSVP (Resource Resvervation Protocol) RSVP giao thức báo hiệu điểm cuối đến điểm cuối yêu cầu mức băng thông trễ không đổi chặng Nếu nút mạng (router) không hỗ trợ RSVP, RSVP chuyển đến nút Một nút mạng có tuỳ chọn chấp nhận hay từ chối trình chiếm trước tài nguyên dựa vào tải giao diện Một máy chủ RSVP để yêu cầu chất lượng dịch vụ xác định từ mạng, thay mặt cho luồng liệu ứng dụng RSVP mạng yêu cầu tới tất nút mạng mà có dịng số liệu chạy qua Ở nút mạng RSVP cố gắng giữ trước tài nguyên cho luồng số truyền Hình 6.18: RSVP tương tác với Module HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 110 Để làm điều đó, RSVP thơng tin với module Điều khiển quyền truy nhập Điều khiển sách Điều khiển quyền truy nhập xác định nút mạng có đủ tài ngun sẵn có hay khơng để cung cấp chất lượng dịch vụ theo yêu cầu Điều khiển sách xác định liệu người sử dụng có đủ thẩm quyền cấp tài nguyên dự trữ hay không Nếu kiểm tra thất bại, chương trình RSVP trả thơng báo lỗi ứng dụng gửi yêu cầu Nếu hai kiểm tra thành cơng RSVP thiết lập thơng số trường Loại gói (Packet classifier) Lịch trình gói (packet scheduler) để có mức chất lượng dịch vụ yêu cầu (mức QoS cho gói mức QoS cho luồng) RSVP giao thức định tuyến không thay đổi bảng định tuyến IP theo tình trạng lưu lượng tắc nghẽn mạng RSVP đơn giản xoay quanh IP cho phép giao thức định tuyến IP chọn đường tối ưu Con đường khơng lý tưởng cho chất lượng dịch vụ QoS nhiên RSVP buộc router thay đổi cách thức hoạt động chúng KẾT LUẬN Dịch vụ thoại mạng hệ (VoIP NGN) dựa cơng nghệ chuyển mạch gói mở hướng đáp ứng nhu cầu ngày cao khách hàng Việc triển khai dịch vụ thoại NGN mạng trục quốc gia bước đầu, với lựa chọn đắn giải pháp mơ hình mạng, lựa chọn nhà cung cấp nhà viễn thông hàng đầu giới – Siemens – HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 111 mạng NGN nhiều triển vọng phát triển, nhiều dịch vụ sẵn có mạng, chuẩn bị đưa vào khai thác thời gian tới Trước mắt VNPT, nhiệm vụ tối quan trọng phải khai thác hiệu lực mạng lưới đầu tư sở nắm vững kỹ thuật dịch vụ NGN sau tiến tới khuyếch trương dịch vụ, tiếp thị quảng cáo chăm sóc khách hàng Mạng NGN mạng hệ mới, cơng nghệ cịn mẻ cấu trúc mạng bao gồm nhiều chủng loại thiết bị (Media Gateway, Softswitch, thiết bị Router lõi, Router biên, BRAS ….), dịch vụ đa dạng … phạm vi mình, đề tài nghiên cứu phần nhỏ tồn mạng NGN tổng thể, dịch vụ thoại NGN hay gọi thoại IP Đây vấn đề cơng nghệ thoại IP (VoIP) đời tương đối lâu triển khai nhiều nước giới, nhiên lại lần triển khai mạng viễn thông quốc gia Việt nam, nên không tránh khỏi bỡ ngỡ lúc ban đầu Trong thời gian tới, với phát triển tiếp tục dịch vụ thoại IP, mà xu phát triển chung viễn thơng tồn cầu, dịch vụ liệu băng rộng phát triển mạnh mẽ Mạng NGN đứng trước nguy tiềm ẩn cao, vấn đề bảo mật, an ninh, an tồn mạng Với cơng nghệ tin học ngày tiên tiến, nguy an ninh an toàn mạng cao Hiện phần tử mạng NGN bảo vệ chống cơng từ bên ngồi, nhiên việc bảo vệ mức thụ động sử dụng tính thiết bị, chưa có giải pháp tổng thể cho việc bảo vệ an ninh, an toàn mạng NGN Đây hướng phát triển đề tài, nhằm mục đích bảo đảm cho dịch vụ mạng NGN hoạt động thông suốt, dịch vụ thoại NGN dịch vụ , chống lại cơng từ bên ngồi Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn thầy TS Phạm Cơng Hùng tận tình hướng dẫn thực luận tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách khoa Hà nội truyền đạt kiến thức quí báu suốt thời gian học HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 112 tập, xin cám ơn bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thành luận văn TÀI LIỆU THAM KHẢO Mạng viễn thông hệ - Nguyễn Quý Minh Hiển ITU: http://www.itu.org 16TU U16T IETF: http://www.IETF.org Siemens: http://www.siemens.com Robert M.Hinden, IP Next Generation Network Overwiew NGN the Siemens Solution with SURPASS Siemens, Viet Nam telecom 2000, Ha Noi, September 21/2000 HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP NGN 113 IETF RFC 3015 “Megaco Protocol Version 1.0”, 11/2000 RFC 3054 “Megaco IP Phone Media GW Application Profile”, 1/2001 IETF RFC “SIP: Session Initiation Protocol”, 6/2002 10 Voice over IP fundamentals, Jonathan Davidsion, James Peters, Cissco Press 2000 11 Giám sát chất lượng truyền tin cho VoIP, Hoàng Quang Huy, PC World Việt Nam 9/2001 13 Một số vấn đề bảo mật mạng NGN, Nguyễn Ngọc Linh, Tạp chí BCVT, 2/2006 14 Các dịch vụ mạng hệ sau, Tạp chí BCVT, 5/2003 – 15.Bai giang MANG THE HE MOI NGN – TS Pham cong Hung DHBK HN 2004 16.Bai giang THOAI IP – TS Pham cong Hung DHBK HN 2003 17.Bai giang CHAT LUONG VoIP – TS Pham cong Hung DHBK HN 2005 HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng ... Hùng Dịch vụ VoIP NGN 15 CHƯƠNG : CÁC DỊCH VỤ TRÊN NGN 3.1 Các đặc trưng dịch vụ NGN Sự phát triển dịch vụ truyền thông hướng tới nhà cung cấp dịch vụ phải có mềm dẻo, linh hoạt để phục vụ thị... Hùng Dịch vụ VoIP NGN PHẦN I TỔNG QUAN VỀ NGN  NỘI DUNG: Chương : Tổng quan mạng NGN Chương : Cấu trúc mạng NGN Chương : Các dịch vụ mạng NGN HV: Đặng Ngọc Trúc GVHD: TS Phạm Công Hùng Dịch vụ VoIP. .. 3.2 Các dịch vụ NGN 16 PHẦN : VoIP TRÊN MẠNG NGN 17 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VoIP TRÊN MẠNG NGN 1.1 Giới thiệu 18 1.2 Cấu trúc VoIP NGN 20 1.3 Lợi ích VoIP 21 1.4 Thách thức VoIP 22 CHƯƠNG