VOIP trên mạng viễn thông thế hệ sau

Trường Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH TẤN DŨNG VoIP TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU Chuyên ngành : Điện Tử-Vô Tuyến Mã số ngành : 2.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2005 LỜI CẢM ÕN Xin chân thành cảm õn tất Thầy Cô, ngýời tận tụy dạy dỗ chúng em Xin chân thành cảm õn tất Thầy Cô môn Viễn Thông, ðặc biệt Thầy GS.TS.Lê Ngọc Sõn tận tụy giúp ðỡ em suốt trình thực luận vãn bày Xin chân thành cảm õn Cha Mẹ gia ðình tạo ðiều kiện thuận lợi, ðộng viên khuyến khích lúc khó khãn Xin chân thành cảm õn tất bạn bè giúp đỡ, khuyến khích suốt trình thực luận vãn tốt nghiệp Tp.HCM, ngày 06 tháng 07 nãm 2005 Huỳnh Tấn Dũng Trang LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, ngành viễn thông phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng cho nhu cầu ngày cao người, nhu cầu thông tin không đơn dịch vụ thoại mà dịch vụ data, internet, video… nhu cầu ngày cao chất lượng số lượng Với mạng tại, để đáp ứng cho nhu cầu cần phải tồn nhiều mạng riêng biệt đáp ứng cho dịch vụ, cấu trúc mạng trở phức tạp chồng lấp mạng, tài nguyên mạng sử dụng không hiệu qủa, chi phí đầu tư cao Nhằm giải yếu điểm đó, mạng Viễn thông hệ (Next-Generation-Network-NGN ) đời Về NGN, kết hợp tất mạng thoại truyền thống với mạng Internet công cộng sở chuyển mạch gói IP Với mạng NGN mạng hội tụ đa dịch vụ hạ tầng mạng, dịch vụ sử dụng chung tài nguyên Đối với việc triển khai NGN làm mạng lõi tích hợp đa dịch vụ, dịch vụ thoại dịch vụ quan tâm hàng đầu nhà cung cấp dịch vụ mạng Sự chuyển dịch từ thoại chuyển mạch kênh (Circuit Switched) sang thoại sở chuyển mạch gói (IP) gặp nhiều khó khăn Thứ việc chuyển đổi phải đảm bảo kế thừa kiến trúc mạng cũ, thứ hai, chất lượng dịch vụ chuyển mạch kênh so với chuyển mạch gói có tính chất hoàn toàn khác biệt, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho liệu thời gian thực mạng gói phức tạp Bên cạnh khó khăn đó, VoIP có nhiều lợi thế, dùng chung tài nguyên mạng nên tận dụng tài nguyên cách hiệu hơn, đa dạng hóa dịch vụ hơn, việc nâng cấp mở rộng mạng đơn giản, tối ưu hóa cho môi trường truy cập (chi cần phương tiện truy cập sử dụng nhiều dịch vụ mạng)… Với mạng NGN nói chung mạng VoIP NGN nói riêng, chưa có chuẩn thức đưa chuẩn cho cấu trúc mạng thông số CBHD : GS.TS.Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng Trang quy định Đa số nhà chung cấp thiết bị nhà cung cấp dịch vụ tự chọn giải pháp cho sản phẩm mô hình kiến trúc mạng, điều gây không khó khăn cho việc hoạch định mạng lâu dài Trong đề tài :VoIP TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU tìm hiểu :  Cấu trúc mạng VoIP NGN  Các giao thức báo hiệu hỗ trợ cho dịch vụ VoIP  Phân tích thông số mạng gói làm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ, trình thiết lập gọi  Phân tích so sánh giải pháp cho chất lượng dịch vụ cho VoIP mạng gói Với đề tài phân tích chi tiết thông số nhằm giúp nắm ảnh hưởng thông số trình thiết kế tối ưu mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu Do thời gian hạn chế số hạn chế khách quan nên luận văn không tránh thiếu sót, mong đóng góp ý kiến Thầy Cô bạn CBHD : GS.TS.Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng VoIP mạng viễn thông hệ sau TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Dịch vụ thoại giao thức IP dịch vụ xem dịch vụ thoại cho tương lai Nhiều nhà cung cấp dịch vụ thoại chọn mô hình mạng gói cung cấp dịch vụ thoại hội tụ nhiều lợi ích cho người sử dụng nhà cung cấp dịch vụ Bên cạnh đó, triển khai loại hình dịch vụ gặp nhiều khó khăn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) Trong luận văn : VoIP TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU tìm hiểu vấn đề cho mô hình mạng chất lượng dịch vụ Nội dung bao gồm phần sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương trình bày khái quát số vấn đề cho mạng:  Giới thiệu sơ lược mạng viễn thông (PSTN) hạn chế mạng tồn  Giới thiệu tổng quát mạng hệ (NGN), ưu điểm mạng hệ mới, số mô hình ứng dụng mạng NGN  Giới thiệu tổng quan VoIP, mô hình ứng dụng loại hình dịch vụ CHƯƠNG : PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ VOIP  Phân tích thông số ảnh hưởng cho chất lượng VoIP :Trễ gói, jitter gói, gói  Phân tích cho việc chọn lựa thông số tùy chọn làm ảnh hưởng đến chất lượng cho VoIP : kích thước đệm jitter, kích thước gói IP cho thoại, băng thông cho kênh thoại CHƯƠNG : CẤU TRÚC MNG VOIP TRÊN NGN  Phân tích cấu trúc chức mạng VoIP  Các chức thực thể mạng VoIP  Đưa mô hình cấu trúc vật lý cho mạng VoIP hạ tầng NGN CBHD : GS.TS.Lê Ngoc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng VoIP mạng viễn thông hệ sau  Giới thiệu số công nghệ cho mạng lõi CHƯƠNG : BÁO HIỆU CHO VOIP TRÊN NGN Phân tích giao thức báo hiệu sử dụng NGN phục vụ cho báo hiệu gọi cho thoại:  Báo hiệu H.323  Báo hiệu SIP  Báo hiệu điều khiển MGCP  Báo hiệu liên mạng (PSTN) SIGTRAN CHƯƠNG : CHẤT LƯNG VOIP TRÊN NGN Thông qua phân tích thông số, đưa đề nghị hỗ trợ cho chất lượng dịch vụ Trong phần đưa hai mức hỗ trợ :  Hỗ trợ cho mạng có qui mô nhỏ : dùng IP thông thường có hỗ trợ DiffServ  Hỗ trợ cho mạng lớn : kết hợp MPLS-TE DiffServ hỗ trợ cho mạng lõi CHƯƠNH : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Trong phần trình bày kết mô cho giải pháp đưa chương đánh giá kết CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Các kết đạt luận văn đưa hướng tìm hiểu CBHD : GS.TS.Lê Ngoc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng VoIP mạng viễn thông hệ sau MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG : TOÅNG QUAN 1.1 Sơ lược mạng viễn thông 1.2 Tổng quan mạng hệ 1.3 Toång quan VoIP 1.3.1 Các mô hình ứng dụng dịch vuï VoIP 1.3.2 Giao thức truyền tải VoIP 1.3.3 Chất lượng VoIP 10 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ TRÊN VoIP 13 2.1 Các thông số ảnh hưởng chất lượng VoIP 13 2.1.1 Treã VoIP 13 2.1.2 Jitter 17 2.1.3 Mất gói 19 2.2 Thiết lập gọi VoIP 20 2.3 Các thông số chọn lựa cho VoIP 21 2.3.1 Kích thước cho đệm jitter 22 2.3.2 Kích thước gói 22 2.3.3 Nén khoảng lặng 23 2.3.4 Băng thông cho kênh thoại 23 CHƯƠNG : CẤU TRÚC MẠNG VoIP TRÊN NGN 25 3.1 Cấu trúc chức VoIP treân NGN 25 3.1.1 Mặt chức mạng VoIP 25 3.1.2 Chức thực thể mạng VoIP 28 3.2 Cấu trúc vất lý mạng VoIP NGN 35 3.3 Các công nghệ làm cho mạng lõi 39 CBHD : GS.TS Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng VoIP mạng viễn thông hệ sau CHƯƠNG : BÁO HIỆU CHO VoIP TREÂN NGN 46 4.1 Giới thiệu báo hiệu 46 4.2 Báo hiệu cho goïi 46 4.2.1 Báo hiệu H.323 46 4.2.1.1 Toång quan H.323 46 4.2.1.2 Các thành phần H.323 47 4.2.1.3 Các giao thức sử dụng H.323 51 4.2.1.4 Quá trình thực báo hiệu 55 4.2.2 Báo hieäu SIP 60 4.2.2.1 Tổng quan báo hiệu SIP 60 4.2.2.2 Các chức SIP 60 4.2.2.3 Các thành phần SIP 60 4.2.2.4 Các phương thức sử dụng SIP 61 4.2.2.5 Thiết lập gọi SIP 62 4.2.3 Báo hiệu điều khiển MGCP 63 4.2.3.1 Toång quan MGCP 63 4.2.3.2 Cấu trúc MGCP 64 4.2.3.3 Phương thức báo hiệu 66 4.2.3.4 Thiết lập gọi MGCP 67 4.3 Báo hiệu liên maïng SIGTRAN 68 4.3.1 Toång quan SIGTRAN 68 4.3.2 Mô hình chức 69 4.3.3 Cấu trúc SIGTRAN 69 CHƯƠNG : CHẤT LƯNG VoIP TREÂN NGN 76 5.1 Chất lượng cho mạng IP 77 5.1.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) 78 CBHD : GS.TS Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng VoIP mạng viễn thông hệ sau 5.1.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ) 78 5.1.3 Dịch vụ DiffServ 80 5.2 Sử dụng MPLS-Kết hợp MPLS-TE DiffServ 87 5.2.1 DiffServ MPLS 88 5.2.2 Điều khiển lưu lượng MPLS 91 5.3 Báo hiệu gọi 93 CHƯƠNG : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 96 CHƯƠNG : KẾT LUAÄN .114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 118 CBHD : GS.TS Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng VoIP mạng viễn thông hệ sau MỤC LỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1.1 : Các mạng truy nhập riêng lẻ Hình 1.1.2 : Liên mạng sở IP Hình 1.2 : Cấu trúc mạng đa dịch vụ Hình 1.3 : Cấu trúc mạng thoại chuyển mạch kênh (PSTN) Hình 1.4 : Cấu trúc mạng thoại chuyển mạch gói (NGN) Hình 1.5 : Kết nối thoại qua PC Hình 1.6 : Kết nối thoại từ PC đến điện thoại Hình 1.7 : Kết nối thoại từ điện thoại đến điện thoại Hình 1.8 : Cấu trúc mào đầu RTP Hình 1.9 : Mức QoS yêu cầu theo dịch vụ 10 Hình 1.10: Cấu trúc cho mạng hỗ trợ ATM 11 Hình 2.1: Mô hình trễ mạng gói 13 Hình 2.2 : Mô hình thông số trễ mạng 16 Hình 2.3 : Mô hình đệm jitter 17 Hình 2.4 : Hiện tượng jitter 18 Hình 2.5 : Jitter 18 Hình 2.6 : Mất gói kết nối vật lý 19 Hình 2.7: Mất gói hủy bỏ gói 19 Hình 2.8 : Mất gói tràn đệm 20 Hình 2.9 : Mất gói gói bị loại bỏ 20 Hình 3.1 : Cấu trúc chức mạng VoIP 26 Hình 3.2 : Các chức mạng VoIP mạng NGN 29 Hình 3.3 : Kết nối cho mạng truy nhập 36 Hình 3.4 : Cấu trúc mạng VoIP NGN 38 Hình 4.1: Các giao thức thuộc H.323 47 CBHD : GS.TS Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng Trang 103 6.2.5 Kết mô mạng không hỗ trợ QoS (Best-Effort) Thời gian trễ trung bình gói Hình 6.9 : Trễ gói trung bình theo tỷ lệ tận dụng băng thông Với chế gói đến trước phục vụ trước, trễ gói tăng nhanh tỷ lệ tắt nghẽn mạng cao, với giải pháp đảm bảo độ trễ theo yêu cầu chất lượng cho thoại Tỷ lệ gói trung bình theo độ tận dụng băng thông Hình 6.10 : Tỷ lệ gói trung bình dùng Best Effort CBHD : GS.TS.Lê Ngọc Sơn HVTH : Huỳnh Tấn Dũng Trang 104 6.2.6 Kết qủa mô dùng DiffServ cho mạng IP Trễ trung bình dùng DiffServ theo ðộ tận dụng bãng thông Hình 6.11 : Trễ trung bình mạng sử dụng DiffServ Với Diffserv dùng hai thuật toán cho quản lý hàng ðợi PQ CQ, với CQ bãng thông cấp phát cho thoại tối đa 47, 48, 49 % bãng thông Khi băng thông cấp phaùt chýa ðủ (