Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 trên nền tảng lớp dịch vụ mạng

MỤC LỤC

Cơ chế làm việc của VoIP

Số hóa tín hiệu Analog

Vì thế phổ tẩn số có thể được mở rộng đến 4Khz, theo lý thuyết Nyquist: khi một tín hiệu thì được lấy mẫu đồng thời ở mỗi khoảng định kì và có tốc độ ít nhất bằng hai lần phổ tần số cao nhất, sau đó những mẫu này sẽ mang đủ thông tin để cho phép việc tái tạo lại chính xác tín hiệu ở thiết bị nhận. Mỗi khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia thành những phần nhỏ, để đặt vào gói IP, VoIP thì không hiệu quả cho những gói tin nhỏ, trong khi những gói tin lớn thì tạo ra nhiều độ trễ, do ảnh hưởng của vài loại header mà kích thưóc cuả dữ liệu thoại (voice data ) cũng sẽ ảnh hưởng. Ví dụ header của IP, UDP, RTP là 40 byte, nếu gói tin voice cũng chỉ khoảng 40 byte thì hoàn toàn không hiệu quả, kích thước gói tin lớn nhất có thể trong môi trường Ethernet là 1500 byte, dùng 40 byte cho header còn lại 1460 byte có thể sử dụng cho phần dữ liệu thoại, tương đương với 1460 mẫu (samples) không được nén hay thời gian để đặt phần dữ liệu vào gói tin.

Các vấn đề chất lượng của VoIP

Trượt là sự chênh lệch về thời gian đén của các gói trong mạng gây ra do sự chênh lệch thời gian truyền dẫn của các gói thoại theo các đường khác nhau từ nguồn đến đích. Do vậy việc tính toán dung lượng của bộ đệm thích hợp với từng hệ thống là rất cần thiết, sao cho tránh được trượt mà thời gian trễ không làm giảm chất lượng của hệ thống. Sử dụng bộ phận phát hiện tích cực thoại, khi hai bên không tích cực thoại thì không trao đổi thông tin và phát tạp âm dễ chịu, sử dụng phương pháp này làm tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền.

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP

Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP : .1 Kiến trúc của mạng VoIP

    Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giống như giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW. Có thể mỗi GK quản lý một vùng, có thể nhiều GK chia nhau quản lý từng phần của một vùng trong trường hợp một vùng có nhiều GK. Có thể sử dụng nhiều cách thức để nối hai GK hoặc một GK và một GW như: dành riêng, không dành riêng, theo khoảng thời gian hoặc theo nhu cầu.

    Các thành phần của mạng VoIP

    • Gateway

      - Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tin dùng để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa. - OAM & P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống. - Kết nối chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việc kết nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói, gồm các bộ mã hóa và giải mã có thể được sử dụng.

      - Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN: chuyển đổi giữa kênh mang thông tin thoại, fax, số liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói. Thêm vào đó nó còn thực hiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hóa tín hiệu thoại không mã hóa tín hiệu DTMF. Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN cũng có thể thu thập thông tin về lưu lượng gói và chất lượng kênh đối với mỗi cuộc gọi để sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi.

      - OAM & P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống. MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW, SGW và GK, nó cung cấp chức năng xử lý cuộc gọi cho GK, điều khiển MGW nhận thông tin báo hiệu SCN từ SGW và thông tin báo hiệu IP từ GK. Về thực chất giao diện báo hiệu mạng chuyển mạch gói trong MGWC không kết nối trực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từ MGWC tới MGW thông qua chức năng điều khiển cuộc gọi.

      - OAM & P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống.

      CHƯƠNG 3: CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VoIP

      • Giao thức báo hiệu H.323
        • Giao thức báo hiệu SIP

          Các bản tin RAS được dùng để trao đổi giữa các đầu cuối và các Gatekeeper cho các chức năng như tìm Gatekeeper, đăng kí, quản lí băng thông… Kênh báo hiệu RAS được tải đi trong gói tin UDP mang thông điệp dùng trong quá trình tìm Gatekeeper và đăng ký. Nhưng không giống các giao thức truyền dẫn khác là sử dụng các trường tong header để thực hiện các chức năng điều khiển, RTP sử dụng một cơ chế điều khiển độc lập trong định dạng của gói tin RTCP để thực hiện các chức năng này. Giao thức RSVP được sử dụng như một giao thức báo hiệu hỗ trợ cho RTP, mục đích của RSVP là cung cấp một cơ chế đảm bảo băng thông cho các hoạt độngcủa các ứng dụng.

          RSVP thiết lập và duy trì kết nối duy nhất cho một luồng dữ liệu, xác lập một hệ thống quản lý thứ tự các gói và tạo modun điều khiển để quản lý các nguồn tài nguyên của các nút mạng khác nhau. Đầu cuối gửi bản tin yêu cầu gatekeeper (GRQ), gatekeeper đáp ứng lại với bản tin xác nhận (RCF), nếu Gatekeeper chọn không làm Gatekeeper cho điểm cuối sẽ gửi bản tin GRJ. Tiến trình phát hiện gatekeeper có thể thực hiện băng hai cơ chế:. +) Theo cơ chế unicast: các bản tin GRQ sẽ được gởi trên cổng 1719 của giao thức UDP với đia chỉ IP mặc định đã được cấu hình cho nó. +) Theo cơ chế multicast: phát bản của nó theo địa chỉ multicast 224.0.1.41, vì nó không được cấu hình địa chỉ IP mặc định của gatekeeper trên mạng. Kênh điểu khiển H.245 được thiết lập giữa gateway A và gateway B, Gateway A sử dụng H.245 để đưa ra khả năng của nó bằng cách gửi bản tin Terminal Capability Set đến Gateway B.

          SIP là một giao thức báo hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện như: thoại IP, hội nghị và các ứng dụng tương tự khác liên quan đến việc truyền thông tin đa phương tiện. + Máy chủ ủy quyền (Proxy server): là một chương trình trung gian, hoạt động như là một server và một client cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho các client khác. + Máy chủ định vị (Location Server): là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của thuê bao bị gọi cho các phần mềm máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ.

          + Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server): là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối. SIP thực thi quá trình bắt tay qua ba bước: Phía gọi gửi bản tin INVITE; Phía được gọi gửi bản tin ACK chấp nhận yêu cầu; Phía gọi gửi bản tin ACK để thông báo quá trình bắt tay đã hoàn tất và quá trình thiết lập cuộc gọi bắt đầu. Mặt khác IAX là loại giao thức tối ưu trong việc sử dụng băng thông, cho phép nhiều gói dữ liệu thoại trên cùng một IP header, cơ chế truyền tải nhiều cuộc gọi trên cùng một gói IP được gọi là trung kế.

          Hình 3.3 mô tả hoạt độngcủa H.323
          Hình 3.3 mô tả hoạt độngcủa H.323

          THIẾT KẾ HỆ THỐNG VoIPv6

          Mô tả hệ thống

          Các máy trạm cảu các tài khoản cài Ubuntu 8.10 hoặc Windows XP2, các trạm có thể dùng softphone là Linphone sử dụng cả địa chỉ IPv6 và IPv4 hoặc. Cuộc gọi IPv4 tới IPv4, IPv6 trong cùng một tổng đài và khác tổng đài thành công tốt đẹp cả hai chiều do cùng trên một hạ tầng mạng IPv4 hoặc IPv6. - Khi có một tài khoản dập máy trước thi bản tin BYE được gửi tới tổng đài, tổng đài chấp nhận ngắt kết nối bằng bản tin 200 OK và gửi bản tin BYE tiếp tục tới tài khoản 104  tài khoản 104 gửi trả bản tin 200 OK chính thức kết thúc phiên kết nối giữa hai tài khoản.

          - Asteriskv6 PBX 3 gửi bản tin 100 Trying vè tài khoản 103 báo rằng nó đã nhận được bản tin INVITE và đang thiết lập kết nối, gửi tín hiệu chuông chờ. - Server Asteriskv6 PBX 3 biết tài khoản 103 do Asteriskv6 PBX 1 quản lý nên trao đổi thông tin với Asteriskv6 PBX 1  Asteriskv6 PBX 1 gửi bản tin INVITE tơi tài khoản 103 yêu cầu thiết lập phiên kết nối. - Các server lại trao đổi thông tin và Asteriskv6 PBX 3 gửi thông tin 200 OK thành công tới tài khoản 305 và thiết lập luồng RTP hai chiều tới Server rồi được chuyển tiếp tới các tài khoản.

          - Gateway nhận được thông tin trả về từ mạng điện thoại tương tự, nó sẽ gửi bản tin 200 OK và thiết lập luồng RTP hai chiều tới server và được chuyển tiếp tới thuê bao 101. Sau khi nhận được bản tin này thì luồng RTP được thiết lập trước đó được chuyển thành hai chiều và gửi bản tin ACK xác nhận đi  cuộc gọi đã được thiết lập. Kết quả thu được ở trên cho thấy hoạt động cụ thể của VoIPv6, VoIPv6 hoàn toàn có khả năng triển khai song song và thích ứng với hạ tầng mạng IPv4 hiện.

          Với những tính năng vượt trội của IPv6 so với IPv4 thì việc triển khai IPv6 là hoàn toàn cần thiết cà chắc chắn sẽ phải diễn ra trong tương lai không xa.