Một điều được công nhận rộng rãi là khả năng cung cấp thoại là “ứng dụng sát thủ” (“killer application”) trong công nghệ truyền thông. Một điểm trung tâm của mạng IP là khả năng cung cấp thoại có hiệu quả giá thành với công nghệ VoIP.
Trong khi điện thoại di động đã có sự phát triển nhanh chóng tại nhiều quốc gia, VoIP cung cấp ưu thếđáng kể về giá thành, cụ thể khi sử dụng cho các cuộc gọi
đường dài trong nước và quốc tế.
Mặc dù có thể sử dụng một vài giao thức cho cung cấp thoại qua IP, Giao thức khởi tạo phiên (SIP) đã nổi lên như công nghệ hàng đầu. Tới nay, có nhiều loại thiết bị người dùng cuối SIP bao gồm điện thoại SIP hữu tuyến và vô tuyến và các Bộ
thích ứng điện thoại analog (ATA) – tất cảđều có giá thành hợp lý. Ngoài ra, “điện thoại mềm” SIP ( SIP Soft phone) dựa trên phần mềm chạy trên máy tính cá nhân hay PDA đã rất phổ biến với giá rất thấp hay miễn phí.
Trong mạng SIP, media gateway đóng vai trò xử lý kết nối giữa tín hiệu VoIP trên nền Internet tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) sao cho mạng này có thểđược tích hợp liền mạch với mạng điện thoại cốđịnh hay mạng di động.
Đối với hệ thống VoIP triển khai tại Tả Van và thành phố Lào Cai, Máy chủ ứng dụng truyền thông LingUp được triển khai tại Hà nội, media gateway được triển khai tại thành phố Lào Cai. Điều này tạo ra kết nối hiệu quả với mạng PSTN.
Hoạt động của hệ thống VoIP trên nền công nghệ SIP
SIP server được sử dụng để thiết lập kết nối giữa hai điểm cuối VoIP Phone.
Để thực hiện một cuộc gọi VoIP có hai loại tín hiệu được truyền đi:
- Tín hiệu báo hiệu: Từ VoIP chủ động thực hiện cuộc gọi, tín hiệu báo hiệu của thuê bao VoIP này đăng ký với thiết bị chuyển mạch trung tâm, thiết bị
chuyển mạch trung tâm sẽđăng ký với SIP server. SIP server sẽ xác định và chuyển tiếp tín hiệu báo hiệu tới thuê bao VoIP hay PSTN (thông qua media gateway) được gọi và thực hiện kết nối hai thuê bao với nhau.
- Sau khi kết nối được thiết lập, thiết bị chuyển mạch trung tâm sẽ thiết lập một giao thức riêng - thông thường là Giao thức thời gian thực (RTP) - để
chuyển tải lưu lượng thoại (media) trực tiếp giữa hai thuê bao này.
Một cách hình dung đơn giản, nếu thực hiện cuộc gọi giữa hai thuê bao VoIP nội bộ Tả Van thì tín hiệu báo hiệu phải đi qua vệ tinh, đăng ký với SIP server tại Hà nội, sau đó quay ngược lại Tả Van và tới thuê bao được gọi. Còn lưu lượng thoại chỉ đi nội bộ mạng WiMAX Tả Van, từ thuê bao VoIP thực hiện cuộc gọi --> SS
đấu nối với nó --> BS --> Edge water (đóng vai trò thiết bị chuyển mạch trung tâm) --> BS --> SS có đấu nối với thuê bao VoIP được gọi.
Hình 4.12 minh họa một phiên SIP đã đơn giản hóa. Sau khi cuộc gọi được thiết lập sử dụng SIP, các thiết bị cuối (điện thoại) kết nối trực tiếp và liên lạc theo hình thức ngang hàng.
Hình 4.12: Sơ đồ thực hiện cuộc gọi VoIP đã được đơn giản hóa
Tuy nhiên khi thực hiện cuộc gọi từ Tả Van đi ra thuê bao PSTN bên ngoài, thì cả tín hiệu báo hiệu và tín hiệu lưu lượng đều phải đi qua Vệ tinh, tới SIP server tại Hà Nội, rồi thông qua Internet đi tới Media gateway đặt tại Thành phố Lào Cai để
kết nối ra bên ngoài.
Hình 4.13 mô tả đường đi của một cuộc gọi từ một thuê bao VoIP ở Tả Van khi gọi ra mạng PSTN ở Lào Cai.
Thách thức đối với hệ thống VoIP sử dụng công nghệ SIP
Thách thức chính đối với sử dụng SIP là SIP server thường bị giấu sau tường lửa, khiến cho không thể kết nối trực tiếp giữa hai điện thoại.
Có hai phương pháp để giải quyết vấn đề này.
- Phương pháp thứ nhất là sử dụng Bộ điều khiển biên giới phiên (SBC):
Thiết bị này đặt trên mạng Internet công cộng và phục vụ một số mục tiêu. Một mục tiêu là hoạt động n hư trung gian giữa hai điện thoại nằm sau tường lửa. Như vậy, thay vì liên lạc trực tiếp, hai điện thoại trao đổi lưu lượng làm việc (media) qua SBC. SBC duy trì phiên và giải quyết thách thức tường lửa. SBC có lợi nhiều nhất trong những triển khai lớn.
- Phương pháp thứ hai là sử dụng Gateway lớp ứng dụng (ALG): Thiết bị
mạng này nằm giữa điểm người dùng cuối (điện thoại) và mạng Internet công cộng và làm việc như một “giao diện công cộng”. Vì thế ALG xử lý tất cả truyền thông SIP với thiết bị chuyển mạch trung tâm và các điểm cuối khác. Ngoài ra, ALG cho phép lưu lượng làm việc (thoại) của các cuộc gọi nội bộ vẫn mang tính nội bộ. Vì thế, nếu người dùng trong xã Tả Van gọi
điện cho nhau, thiết bị chuyển mạch trung tâm thiết lập cuộc gọi nhưng lưu lượng thoại vẫn nằm trong vùng ALG. Do đó, mặc dù việc thiết lập cuộc gọi nội hạt tạo ra lưu lượng (< 100 kb) đi qua vệ tinh, lưu lượng làm việc (thoại) lại không đi qua vệ tinh mà chỉ đi nội bộ mạng WiMAX. Do đó, ALG tạo nên hệ thống điện thoại nội hạt hiệu quả.
Trong triển khai tại Tả Van chúng tôi sử dụng phương pháp thứ hai, bằng cách sử dụng thiết bị mạng tích hợp của Edgewater Networks. Thiết bị này kết hợp phần lớn các chức năng mạng cần thiết như tường lửa, máy chủ DHCP, định hình lưu lượng và ALG. Đây là thiết bị có hiệu quả chi phí và là thiết bị mạng duy nhất cần có trong kiến trúc này.
Hạn chế duy nhất của thiết bị này là nó phải xử lý tất cả các chức năng NAT (Bảng địa chỉ mạng). Điều này là hạn chế trong những triển khai lớn, ở đó SBC sẽ
Thiết bị Edgenetwork còn có một số ưu điểm khác:
- Thứ nhất, vì nó có tất cả các phần tử mạng cần thiết, nó làm đơn giản hóa kiến trúc mạng và giảm chi phí.
- Thứ hai, thiết bị cung cấp chức năng “sống sót” rất quan trọng. Chức năng này lưu đệm thông tin chuyển mạch cho các điểm cuối nội hạt. Do đó nếu
đường kết nối vệ tinh bị gián đoạn, người dùng có thể hoàn thành cuộc gọi ngay khi thiết bị chuyển mạch trung tâm không sẵn sàng. Điều này tăng tính vững chắc của mạng. Hơn nữa, thiết bị Edgewater Networks cung cấp chức năng định hình lưu lượng và tính năng đánh giá chất lượng dịch vụ (QoS). Nó có thể ghi nhận và đánh giá chất lượng từng cuộc gọi VoIP.