2.1.1. Giới thiệu
Dịch vụ thoại là một dịch vụ không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Với sự phát triển của mạng viễn thông và mạng chuyển mạch gói, điện thoại IP đã ra đời và được đánh giá là một bước tiến quan trọng về mặt công nghệ. Hiện nay điện thoại IP đã được triển khai và trở thành mối quan tâm lớn đối với các nhà khai thác và sản xuất dịch vụ này.
Dịch vụ VoIP được xây dựng trên cơ sở công nghệ VoIP. Đây là một công nghệ mới, nó được đánh giá là một bước đột phá trong công nghệ, là cơ sở để xây dựng một mạng tích hợp giữa thoại và số liệu và là hướng phát triển tất yếu của mạng viễn thông.
Các mạng IP, tiêu biểu là mạng Internet, đã thực sự bùng nổ trong những năm vừa qua. IP đã trở thành giao thức thông dụng nhất để trao đổi thông tin trên thế giới. Do ưu điểm của VoIP là giá thành rẻ và có nhiều dịch vụ mở rộng nên điện thoại IP đã và đang tạo ra một thị trường rộng lớn gồm mọi đối tượng sử dụng gồm các thuê bao, các doanh nghiệp, các tổ chức và các cơ quan nhà nước.
Hiện nay mạng thế hệ mới NGN ra đời, với cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ gói với nhiều ưu điểm thì điện thoại IP trên mạng NGN là một dịch vụ quan trọng. Với công nghệ hiện đại và cơ sở hạ tầng thống nhất, một nhược điểm quan trọng đối với tín hiệu thoại khi truyền trên mạng chuyển mạch gói sự trễ rất lớn sẽ được khắc phục và cung cấp thêm nhiều dịch vụ cho người sử dụng.
Để thấy được ưu điểm của VoIP ta sẽ so sánh nó với công nghệ thoại truyền thống. Hệ thống điện thoại truyền thống, điển hình là PSTN, đó là kiểu mạng chuyển mạch kênh SCN (Switching Circuit Network) được phát triển lên từ mạng tương tự (analog). Để thiết lập cuộc gọi, cần có một kênh truyền riêng và giữ kênh truyền cho đến khi nào kết thúc cuộc gọi. Dòng bít truyền trên kênh là dòng bít truyền liên tục theo thời gian. Băng thông của kênh dành riêng được đảm bảo và cố định trong quá trình liên lạc (64kbps đối với mạng PSTN). Kiểu truyền thông như vậy không tận dụng một cách có hiệu quả băng thông hiện có, công suất giới hạn là 64kb/s/kênh và chỉ thực hiện được 30 kênh thoại trên một đường E1.
Khác với điện thoại truyền thống, với công nghệ VoIP tiếng nói thay vì được truyền qua mạng chuyển mạch kênh, lại được truyền qua mạng chuyển mạch gói được phát triển lên từ mạng số, điển hình là mạng IP. Tiếng nói được số hóa, đóng gói và truyền đi như các gói số liệu thông thường trên mạng IP. Dung lượng của kênh truyền được chia sẻ và như vậy băng thông của kênh truyền dẫn được sử dụng có hiệu quả hơn mà không cần cung cấp cho các kênh riêng lẻ. Như vậy có thể thấy công nghệ VoIP có ưu điểm hơn hẳn công nghệ thoại truyền thống ở chỗ nó tận dụng được triệt để tài nguyên hệ thống, đẫn đến một điều chắc chắn rằng chi phí cuộc gọi được giảm đáng kể, đặc biệt là các cuộc gọi ở khoảng cách địa lý rất xa vẫn còn quá đắt trong mạng điện thoại chuyển mạch kênh.
Tuy có ưu điểm như vậy nhưng công nghệ VoIP vẫn có nhược điểm mà công nghệ thoại truyền thống không có. Ta biết rằng thoại là một ứng dụng thời gian thực, nghĩa là tiếng nói từ nơi gửi phải được truyền đến nơi nhận một cách gần như tức thì. Trong mạng chuyển mạch kênh thì điều này là đơn giản vì mỗi cuộc gọi được dành riêng trên một kênh truyền không phải chia sẻ cho các ứng dụng khác, đường truyền nói chung là luôn được đảm bảo
giữa hai đầu dây. Còn đối với mạng chuyển mạch gói như IP, nó xem mọi gói tin truyền trên nó là như nhau và không yêu cầu về mặt thời gian thực. mặt khác trên mạng IP, do đường truyền được chia sẻ cho nhiều ứng dụng, hay bản thân các thông tin tiếng nói lại có thể truyền theo nhiều đường khác nhau để tới đích nên tình trạng tắc nghẽn, trễ, mất dữ liệu thường xuyên xảy ra. Những điều này nếu không được giải quyết tốt sẽ gây ảnh hưởng rất xấu tới chất lượng của tiếng nói nhận được. Đối với mạng thế hệ mới các vấn này có thể được giải quyết tốt bởi cơ sở hạ tầng mạng thống nhất, công nghệ truyền dẫn mềm dẻo, linh hoạt và công nghệ chuyển mạch mới MPLS (Multiple Protocol Lable Switching), sự trễ trên mạng có thể giảm đáng kể và độ tin cậy cao hơn rất nhiều so với các mạng IP khác.
2.1.2. Cấu trúc cơ bản của VoIP trên NGN
Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của VoIP trên NGN
Mạng lõi IP trên NGN và mạng chuyển mạch kênh giao tiếp với nhau thông qua Media Gateway, cho phép một đầu cuối của mạng này có thể thoại với một đầu cuối của mạng kia mà vẫn trong suốt đối với người sử dụng. Sự phát triển này cho phép tích hợp nhiều dịch vụ của hai loại mạng với nhau.
2.1.3. Lợi ích của VoIP
VoIP có khi triển khai sẽ đem lại nhiều lợi ích trong đó quan trọng nhất là:
- Giảm cước phí truyền thông, đặc biệt là các cuộc gọi đường dài cũng như tận dụng hiệu quả hơn tài nguyên dải thông đường truyền. Đây là yếu tố quan trọng nhất thúc đẩy sự phát triển của công nghệ VoIP. - Hợp nhất hóa: Hệ thống mạng chuyển mạch kênh rất phức tạp, cần có
một đội ngũ nhân viên vận hành và giám sát hoạt động của nó. Với một cơ sơ hạ tầng tích hợp các phương thức truyền thông cho phép hệ thống được chuẩn hóa tốt hơn, hoạt động có hiệu quả hơn, và giảm tổng số thiết bị, nhân lực cần thiết. Điều này cũng làm giảm thiểu sai sót trong hệ thống hiện thời.
- Sử dụng công nghệ VoIP đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho các nhà truyền tải:
+ Triệt và nén im lặng: Được sử dụng khi có khoảng nghỉ ngơi trong cuộc nói chuyện. khoảng nghỉ này có thể lên tới 50-60% một cuộc gọi. Vì thế ta có thể tiết kiệm được giải thông tiêu tốn, nhất là với hội thoại nhiều người. Không giống như mạng chuyển mạch kênh, VoIP triệt im lặng qua các liên kết toàn cầu tại các điểm đầu cuối. mạng IP thích hợp cho việc ghép kênh, giảm bớt giải thông tiêu thụ toàn mạng. Sự triệt im lặng và bù nén cũng làm tăng hiệu quả sử dụng mạng .
+ Chia sẻ thuận lợi: Đặc trưng của mạng IP là chia sẻ tài nguyên mạng. Các kênh truyền thông không được tạo ra cố định và riêng biệt như trong mạng chuyển mạch kênh mà nó được dung chung cho nhiều ứng dụng khác.
+ Tách biệt thoại và điều khiển luồng: trong thoại truyền thống, luồng báo hiệu truyền tải trên mạng tách biệt với luồng thông tin truyền. Ta phải duyệt tất cả các chuyển mạch trung gian để thiết lập kênh truyền. Trong khi đó, việc gửi gói tín hiệu trên mạng không yêu cầu thiết lập, điều khiển cuộc gọi. Ta có thể tập trung trên chức năng cuộc gọi.
2.1.4. Thách thức của VoIP
Ta có thể thấy các ưu thế của VoIP thật rõ ràng, việc phát triển VoIP là vấn đề tất yếu. Tuy nhiên, công nghệ này cũng phải đối mặt với nhiều thách thức:
- Thiếu sự đảm bảo về chất lượng dịch vụ ( QoS ). - Thiếu giao thức chuẩn.
- Tính tương tác giữa công nghệ mới với công nghệ truyền thống và các dịch vụ. Đây là điều hết sức khó khăn mà các sản phẩm VoIP phải đối mặt.
- Thiếu dải thông cho mạng.
- Độ tin cậy mạng. Đây là vấn đề tất yếu khi sử dụng mạng IP làm phương tiện truyền thông.
- Với thoại ta phải đạt được các chỉ tiêu cần thiết bao gồm giảm thiểu các cuộc gọi bị từ chối, trễ trên mạng, mất gói, đứt liên kết. Tuy nhiên, mạng IP không có cơ chế đảm bảo các vấn đề này. Đồng thời, ta cũng phải giải quyết tình trạng tắc nghẽn và quá nhiều người sử dụng cùng lúc đối với mạng IP.
- Quá trình điều khiển phải trong suốt đối với người sử dụng. Người sử dụng không cần biết kỹ thuật nào được sử dụng để thực hiện dịch vụ.
- Cung cấp các cơ chế quản lý hệ thống, an toàn địa chỉ hóa và thanh toán.
Với sự phát triển dịch vụ VoIP trên mạng NGN các thách thức trên sẽ được giải quyết đảm bảo độ tin cậy cao. Công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ được kết hợp trong một mạng truyền thông duy nhất là mạng NGN. Để hai mạng này kết hợp với nhau cần có một giao thức chuẩn hóa và các chính sách liên mạng phù hợp.
Từ các yếu tố này, các tổ chức viễn thông, các nhà sản xuất phải thực sự thống nhất với nhau về các chuẩn giao thức, bao gồm chuẩn báo hiệu cuộc gọi, mã hóa, chuẩn truyền đa phương thức và tín hiệu. Sự chấp nhận các chuẩn này sẽ cho phép nhiều hãng có thể cùng chung sống và hoạt động được với nhau, đảm bảo tính tương thích giữa các sản phẩm. Hiện tại, đối với VoIP, một số các chuẩn đã được các tổ chức quốc tế công nhận và sẽ được trình bày ở các phần tiếp theo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chuẩn H.323: Do ITU-T đề xuất, là chuẩn được chấp nhận về một hệ thống truyền thông đa phương tiện dựa trên mạng chuyển mạch gói, trong đó nó định nghĩa H.225 cho chức năng báo hiệu cuộc gọi, H.245 cho thỏa thuận các thông số cần thiết để trao đổi như các bộ codec, kênh truyền.
- SIP: Session Initiation Protocol, giao thức báo hiệu khởi đầu, do IETF đưa ra. SIP là chuẩn đề cử về một giao thức báo hiệu cuộc gọi.
- MGCP: Media Gateway Control Protocol, giao thức điều khiển Gateway do IETF đề xuất. Đây là chuẩn đề cử cho việc điều khiển Gateway.
2.2. CÁC GIAO THỨC TRONG VoIP2.2.1. GIAO THỨC H.323 2.2.1. GIAO THỨC H.323
Chuẩn H.323 được mạng lõi IP trong mạng NGN sử dụng làm nền tảng để xây dựng hệ thống VoIP. Điều này cho phép các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau có thể làm việc tương thích với nhau. Đây là một vấn đề lớn khi phát triển bất kỳ một công nghệ mới nào.
H.323 là chuẩn của ITU-T quy định về các thiết bị, giao thức và thủ tục để cung cấp các dịch vụ thông tin đa phương tiện thời gian thực trên các mạng chuyển mạch gói, bao gồm cả mạng IP. H.323 là một tập hợp các khuyến nghị, bao gồm các chuẩn nén tiếng nói như: G.729, G.723.1, chuẩn truyền dẫn thời gian thực như RTP, các chuẩn báo hiệu như H.225, H.245.
Hình 2.2: Đầu cuối H.323 trên mạng chuyển mạch gói
2.2.1.1. Các thành phần chính của H.323
Chuẩn H.323 quy định 4 thành phần chính là:
- Đầu cuối (Terminal): Là một trạm cuối trong mạng LAN, đảm nhận việc cung cấp truyền thông hai chiều thời gian thực.
- Cổng truyền thông (Gateway): Cung cấp khả năng truyền thông giữa hệ thống H.323 và các hệ thống chuyển mạch kênh khác.
- Gatekeeper: Là một thành phần không bắt buộc. Nó thực hiện các chức năng quản lý các hoạt động của hệ thống. Khi có mặt của
Gatekeeper trong hệ thống các thành phần trong hệ thống phải thực hiện đăng ký với Gatekeeper tạo thành một vùng H.323 (H.323 zone) do Gatekeeper đó quản lý.
- Bộ điều khiển đa điểm (MCU – Multipoint Control Unit): Thực hiện chức năng tạo kết nối đa điểm hỗ trợ các ứng dụng truyền thông nhiều bên. Thành phần này cũng là tùy chọn.
Hình 2.3: Hệ thống chuẩn H.323 và các thành phần
a. Thiết bị đầu cuối
Thiết bị đầu cuối là các đầu cuối khách hàng trên mạng cung cấp các phương tiện liên lạc hai chiều thời gian thực. Hình 2.3 mô tả các thành phần của thiết bị đầu cuối. tất cả các thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ các giao tiếp giọng nói. Video hoặc dữ liệu có thể có nhưng không bắt buộc. Chuẩn H.323 quy định các chế độ hoạt động cần thiết cho các đầu cuối audio, video và dữ liệu có thể làm việc được với nhau. Tất cả các đầu cuối H.323 phải hỗ trợ chuẩn H.245 và phải có một đơn vị điều khiển hệ thống, lớp đóng gói H.250.0, giao diện mạng và bộ CODEC thoại. Bộ CODEC cho tín hiệu
video và các ứng dụng dữ liệu của người sử dụng là tùy chọn (có thể có hoặc không).
b. Gateway
Gateway là phần tử không nhất thiết phải có trong một giao tiếp của các phần tử H.323, nó đóng vai trò là các phần tử cầu nối và chỉ tham gia vào một cuộc gọi khi có một sự chuyển tiếp từ mạng H.323 (như mạng Core IP) sang mạng phi H.323 (ví dụ như PSTN). Gateway thực hiện một số chức năng như:
- Chuyển đổi giữa các dạng khung truyền dẫn. - Chuyển đổi giữa các thủ tục giao tiếp.
- Chuyển đổi giữa các dạng mã hóa khác nhau của các luồng tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh.
- Thực hiện việc thiết lập và xóa cuộc gọi ở cả phía mạng LAN cũng như phía mạng chuyển mạch SCN.
Gateway khi hoạt động sẽ có đăc điểm của một thiết bị đầu cuối H.323 hoặc một MCU trong mạng LAN và có đặc điểm của một thiết bị đầu cuối trong SCN hoặc một MCU trong SCN.
Cấu trúc của Gateway bao gồm:
- Khối chức năng của thiết bị H.323, khối chức năng này có thể là chức năng đầu cuối (để giao tiếp với một terminal trong hệ thống H.323) hoặc chức năng MCU (giao tiếp với nhiều terminal).
- Khối chức năng của thiết bị chuyển mạch kênh, mang chức năng giao tiếp với một hay nhiều thiết bị đầu cuối trong mạng chuyển mạch kênh.
- Khối chức năng chuyển đổi, bao gồm khuân dạng dữ liệu và chuyển đổi thủ tục.
Gateway liên kết với máy điện thoại thông thường phải tạo và nhận biết được tín hiệu DTMF (Dual Tone Multiple Frequency) tương ứng với các phím nhập từ bàn phím điện thoại.
c. Gatekeeper (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Gatekeeper là phần tử không nhất thiết phải tồn tại trong hệ thống H.323, nó thực hiện việc điều khiển các dịch vụ gọi của các đầu cuối H.323. Gatekeeper tách biệt với các thiết bị khác trong hệ thống về mặt logic, tuy nhiên trên thực tế thì nó có thể tích hợp với các thiết bị khác như Gateway, MCU…
Các chức năng của một Gatekeeper được phân biệt làm hai loại là các chức năng bắt buộc và không bắt buộc.
Các chức năng bắt buộc bao gồm:
- Dịch địa chỉ (Address Translation)
- Điều khiển quyền truy nhập (Admission Control) - Điều khiển dải thông (Bandwidth Control)
- Điều khiển vùng (Zone Management) Các chức năng tùy chọn gồm có:
- Điều khiển báo hiệu cuộc gọi (Call Control Singnaling) - Quản lý dải thông (Bandwidth Management)
- Dịch vụ quản lý cuộc gọi (Call Management Service) - Dịch vụ xác nhận cuộc gọi (Call Authorization Service)
Ngoài ra Gatekeeper còn thường xuyên được cập nhật thêm các dịch vụ như FORWARD, TRANSFER,…
d. Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU (Multipoint Control Unit)
MCU hỗ trợ việc thực hiện các cuộc đàm thoại hội nghị giữa nhiều thiết bị đầu cuối. Trong chuẩn H.323, MCU bắt buộc phải có một bộ điều khiển đa điểm MC (Multipoint Controler) và có hoặc không có một vài MP (Multipoint Processor).
MC và MP là thành phần của MCU nhưng chúng có thể không tồn tại trong một thiết bị độc lập mà được phân tán trong các thiết bị khác. Chẳng hạn như: Một Gateway có thể mang trong nó một MC và một vài MP để thực hiện kết nối tới nhiều thiết bị đầu cuôi; một thiết bị đầu cuối có thể mang một bộ MC để có thể thực hiện một lúc nhiều cuộc gọi.
MC điều khiển việc liên kết giữa nhiều điểm cuối trong hệ thống bao gồm:
- Xử lý việc đàm phán giữa các thiết bị đầu cuối để quyết định một khả năng xử lý dòng dữ liệu Media chung giữa các thiết bị đầu cuối.
- Quyết định dòng dữ liệu nào sẽ là dòng dữ liệu multicast.
- MC không xử lý trực tiếp một dòng dữ liệu Media nào. Việc xử lý các dòng dữ liệu sẽ do các MP đảm nhiệm. MP sẽ thực hiện việc trộn, chuyển mạch, xủ lý cho từng dòng dữ liệu thời gian thực trong cuộc