Việc phân phối dịch vụ thoại qua DSL đã đặt ra một số yêu cầu cụ thể cho hạ tầng cơ sở mạng thuê bao DSL cao hơn khi chỉ cung cấp dịch vụ số liệu. Nhìnchung các yêu cầu này không khó đáp ứng nhưng phải chú ý đến.
3.6.5.1. Các bộ DSLAM dựa trên ATM
Các bộ DSLAM dựa trên ATM phải cung cấp chất lượng dịch vụ trên cơ sở từng kết nối kênh ảo một. Trên thực tế điều này có nghĩa là thoại và số liệu phải được xử lý qua các dãy đợi khác nhau ở cả các port DSL trong chiều hướng đến người sử dụng cũng như port uplink tốc độ cao hướng về phía mạng. Các hàng đợi phải được quản lý sao cho lưu thoại không vượt quá tốc độ cell cho phép và thoại luôn được ưu tiên hơn dữ liệu.
3.6.5.2: Các bộ DSLAM dựa trên frame relay
Frame relay không hỗ trợ cùng các khả năng chất lượng dịch vụ với ATM. Dù sao thì các bộ DSLAM dựa trên frame relay có thể hỗ trợ hỗn hợp lưu lượng thoại và số liệu thành công bằng việc áp dụng ưu tiên hoá trên cơ sở từng kết nối ảo một. Cũng như trường hợp ATM, điều đó có nghĩa là các VCC thoại và số liệu cần phải được xử lý trên các dãy đợi khác nhau ở các port của DSLAM với ưu tiên thoại cao hơn. Có một yêu cầu nữa đối với các DSLAM dựa trên frame relay phát sinh từ đặc tính kích thước gói thay đổi của frame relay. Khi có sự trộn lẫn giữa các gói dữ liệu kích thước lớn và các gói thoại vốn có kích thước nhỏ trên cùng một kết nối dựa trên frame relay thì các gói thoại mặc dù được ưu tiên hơn nhưng vẫn phải gặp độ trễ thay đổi nhiều. Vấn đề này đã được nói đến ở trên trong phần thoại qua IP và nó cũng tác động tương tự cho trường hợp VoFR. Độ trễ thay đổi xảy ra do các gói dữ liệu lớn cần phải tốn thời gian dài để truyền trên các kết nối DSL và một khi một gói dữ liệu được bắt đầu, nó phải được xử lý cho tới khi toàn bộ gói được gởi. Điều này ngược với ATM khi mà các gói dữ liệu lớn được chia thành các cell nhỏ kích thước cố định ghép xen kẽ với các gói thoại. Trong một VoDSL điển hình có tốc độ DSL là 384 kbps và dịch vụ dữ liệu hỗ trợ các gói IP dài 1500 byte thì các gói số thoại phải trải qua thời gian trễ do đợi biến đổi đến 30 ms. Tầm chênh lệch này tăng lên do các gói
thoại chờ được truyền dẫn khi đường dây không bận sẽ được truyền tức thời trong khi các gói thoại đến ngay lúc có một gói dữ liệu dài 1500 byte vừa mới bắt đầu gởi sẽ phải chờ toàn bộ gói số liệu dài nhằn này gởi đi hết. Thời gian truyền tải một gói dữ liệu được tính bằng số bit cần truyền chia cho tốc độ đường dây và trong trường hợp này là:
Nếu các gói thoại trải qua các độ trễ hàng đợi biến đổi vượt quá 30 ms thì bộ đệm nhảy xung (jitter buffer) ở máy thu phải điều tiết ít nhất là độ trễ này do nó còn cộng thêm độ trễ gói hoá và các độ trễ hàng đợi khác trong mạng. Kết quả là tổng độ trễ truyền dẫn theo một chiều trong mạng thuê bao lên đến 50 ms hay hơn nữa và điều này làm cho các nhà cung cấp dịch vụ không chấp nhận. Giải pháp cho vấn đề này là phân mảnh frame (frame fragmentation) là một kỹ thuật bẻ các gói dữ liệu lớn thành nhiều mảnh nhỏ hơn, cho phép tạo thành các hột gói dữ liệu nhỏ hơn khi ghép xen kẽ các gói thoại và dữ liệu trên kết nối DSL. Tiêu chuẩn phân mảnh frame đã được Frame Relay Forum xuất bản là FRF.12. Thủ tục phân mảnh phải được thực hiện ở cả hai đầu của kết nối DSL, ở phía thiết bị truy xuất tích hợp IAD và cả phía DSLAM. Kích thước mảnh lớn nhất là 256 byte là có thể cung cấp việc thực hiện nhảy xung thoại chấp nhận được.
3.6.5.3 Quản lý lưu lượng
Dải thông mà các gói thoại chiếm trong mạng thuê bao DSL biến đổi theo thời gian. Khi máy điện thoại đang gác thì kênh VoDSL hỗ trợ kết nối rỗi, không có gói thoại nào được truyền trong kênh trên cả hai chiều. Nếu hệ thống VoDSL hỗ trợ loại bỏ khoảng yên lặng thì dòng gói trên một kênh VoDSL chỉ hoạt động khi có thoại trên kênh. Bản chất động của dải thông dùng trong một hệ thống VoDSL hỗ trợ lợi ích ghép thống kê trong mạng thuê bao DSL. Vì rất hiếm khi tất cả mọi người sử dụng điện thoại đều kết nối với các hệ thống VoDSL cùng lúc nên dung lượng toàn mạng có thể được đo lại để chỉ hỗ trợ tải vào giờ cao điểm. Với một hệ thống VoDSL hỗ trợ hàng ngàn kết nối thoại thì tải cao điểm cũng chỉ khoảng 15 % đến 20 % khả năng cực đại theo lý thuyết. Tận dụng ưu điểm ghép kênh thống kê này bao gồm việc
mạch ảo cho thoại được dự trữ. Có hai phương pháp có thể được áp dụng.
a) Sử dụng loại dịch vụ rt-VBR
Phương pháp thứ nhất là dự trữ một kết nối kênh ảo cho từng thiết bị truy xuất tích hợp IAD tới bộ voice gateway và xác định kết nối có kiểu dịch vụ rt-VBR (real- time Variable Bit Rate: tốc độ bit thay đổi-thời gian thực). Với rt-VBR có thể xác định được tốc độ cell tối đa (PCR: Peak Cell Rate) và tốc độ cell duy trì (SCR: Sustained Cell Rate) tương ứng với tốc độ cao điểm và tốc độ trung bình của dòng cell trên VCC. Hơn nữa, cần phải xác định kích thước cụm tối đa (MBS: Maximum Burst Size) tương ứng đến số cell cần phải được truyền qua VCC ở tốc độ cell cao nhất trước khi mạng xác định thoả thuận lưu lượng đã bị vượt quá và bắt đầu loại bỏ bớt cell. Loại dịch vụ rt-VBR hướng đến cho phép các mạng ATM thực hiện ghép kênh thống kê với lưu lượng cụm. Trong trường hợp VoDSL, thực tế có hai mức dồn cụm. Mức thứ nhất tương ứng với khi một số thay đổi các máy điện thoại nhấc máy tại một thời điểm bất kỳ. Mức thứ hai tương ứng với các cụm thoại có trong mỗi kênh thoại đang hoạt động. Nếu hệ thống VoDSL không hỗ trợ loại bỏ khoảng yên lặng thì chỉ có mức dồn cụm thứ nhất được áp dụng. Sự dồn cụm liên quan đến các máy điện thoại đang nhấc máy trong một thời điểm bất kỳ bao gồm các cụm dài đến vài phút và có thể bao gồm việc truyền dẫn hàng ngàn hay thậm chí hàng chục ngàn cell vượt quá mức tải trung bình. Trong khi theo lý thuyết có thể xác định một giá trị MBS đáp ứng các cụm dài như vậy thì trên thực tế, các chuyển mạch ATM đều không hỗ trợ các giá trị MBS lớn như vậy. Điều này có nghĩa là giá trị SCR xác định cho một kết nối VoDSL phải gần bằng với PCR để hỗ trợ trường hợp tất cả các máy điện thoại của khách hàng đồng thời sử dụng. Nếu hệ thống VoDSL có hỗ trợ loại bỏ khoảng yên lặng thì xét đến cả các cụm dài (sử dụng điện thoại) và cụm ngắn (trong thoại). Trong một vài tình huống, sự khác nhau giữa các giá trị của SCR cho một kết nối rt-VBR và giá trị của PCR có thể lớn hơn. Vì tổng tài nguyên tốc độ trong mạng dành cho các kết nối rt-VBR xấp xỉ bằng tổng các giá trị SCR cho các kết nối này nên sự khác nhau giữa SCR và PCR đem lại lợi ích thống kê.
Hạn chế của việc sử dụng rt-VBR trên cơ sở từng VCC phát sinh từ đặc tính thống kê việc sử dụng điện thoại qua một số ít đường dây điện thoại. Nếu với 16 đường dây khách hàng thì rõ ràng có khả năng 16 đường dây cùng sử dụng trong một phần thời gian trong ngày. Nhưng nếu ta thống kê trên 5000 đường dây trải trên hàng trăm khách hàng thì khả năng tất cả các đường dây sử dụng đồng thời ở một thời điểm nào đó là rất nhỏ. Ta có thể tận dụng ưu điểm của hiệu quả thống kê bằng cách tập hợp nhiều mạch ảo hỗ trợ thoại vào các đường (path) và cung cấp các đường ảo với các thông số đáp ứng được tải cao điểm thống kê qua tất cả các mạch trong đường ảo. Trong một mạng thuê bao DSL, các đường ảo dẫn từ các thiết bị truy xuất thích hợp IAD đến bộ voice gateway tạo thành một cây phân nhánh với bộ voice gateway làm gốc. Khi lưu lượng của cây này từ khách hàng đi hướng tới gốc cây voice gateway, các nhánh tăng số kênh thoại trong chúng và thống kê trở nên càng có lợi về toàn bộ dải thông. Với sự tập trung đường thoại, việc định kích thước của PCR cho các đường ảo ở mỗi mức của nhánh dựa trên nguyên lý kỹ thuật lưu thoại cổ điển. Điều này cần phải sử dụng các quy luật thống kê chuẩn: các bảng Erlang. Lưu ý răng không phải tất cả các chuyển mạch ATM đều hỗ trợ cung cấp thông số lưu lượng ở mức đường ảo. Điều này có thể xét đến khi chọn điểm chuyển mạch ATM để xây dựng các mạng VoDSL.
3.6.6. Nén thoại và triệt tiếng dội
Thoại qua DSL cung cấp một phương tiện rẻ tiền đem lại nhiều đường dây diện thoại cho các khách hàng doanh nghiệp nhỏ không đủ khả năng thuê hẳn một đường dây T1. Các khách hàng cần nhiều hơn 16 đường dây điện thoại có thể là trường hợp doanh nghiệp thuê hẳn đường dây T1 nên kết quả cơ hội lớn nhất dành cho VoDSL nằm ở thị trường 16 đường dây trở xuống. Mạng công cộng thoại thường được thực hiện ở các mạch 64 kbps. Nếu một dòng thoại 64 kbps không nén được gói hóa để chuyển vận trên mạng thuê bao DSL thì overhead của gói sẽ làm tốc độ cần thiết của mỗi kênh thoại lên đến 80 kbps.Với ADSL tốc độ chiều upstream giới hạn ở 640 kbps tương đương với tối đa 8 kênh thoại không nén. Nếu tất cả các kênh thoại này hoạt động cùng lúc thì không còn chỗ cho lưu lượng dữ liệu. SDSL khá hơn một chút vì có tốc độ đến 1,1 Mbps cho mỗi chiều. Dù vậy, hầu hết các ứng dụng thực của SDSL cao nhất là 768 kbps tương đương với 9 kênh thoại không nén.Vì vậy, để
thoại.
3.6.6.1 Giải thuật nén thoại
Sự lựa chọn giải thuật nén thoại cho các giải pháp VoDSL là kết quả của dàn xếp giữa chất lượng thoại, độ trể truyền dẫn. Phân tích kế tiếp sẽ nêu sơ đồ mã hóa thích hợp cho VoDSL.
Bảng 3.4 Các tiêu chuẩn mã hoá nén thoại của ITU-T
Tốc độ cần thiết để truyền tín hiệu thoại số hoá có thể giảm được đáng kể bằng kỹ thuật nén thoại thực hiện với sự trợ giúp của các bộ xử lý tín hiệu dùng kỹ thuật số. Dùng kỹ thuật nén thoại để giảm tốc độ trong dịch vụ thoại qua DSL cho phép truyền tải được nhiều kênh thoại hơn và nhường chỗ nhiều hơn cho các dịch vụ truyền số liệu nhưng nén thoại càng nhiều thì chất lượng thoại càng giảm. Tuy nhiên, yêu cầu đối với các hệ thống VoDSL là sự giảm sút chất lượng của bất cứ phương pháp nén thoại nào cũng phải không để người sử dụng cảm giác được. Bảng 3.4 liệt kê các tiêu chuẩn mã hoá nén thoại của ITU-T. Tất cả các giải thuật được nói đến đều đáp ứng được truyền dẫn thoại toll quality, được đo bởi MOS. Các kiểm tra được thực hiện trên nhiều phòng thí nghiệm khác nhau để có được chỉ số MOS cho từng giải thuật.
a) G.726 ADPCM ở 32 kbps
Giải thuật G.726 ADPCM ở tốc độ 32 kbps được sử dụng rộng rãi hiện nay trong các mạng viễn thông, đặc biệt là cho các cuộc gọi quốc tế. Nó là một giải thuật đơn giản với độ trễ tương đối nhỏ và được đặc tính hoá tốt cho việc làm trung gian, khi nhiều tầng nén và giải nén gây ra càng ngày càng làm xấu đi chất lượng thoại. Với ADPCM ở 32 kbps có thể hỗ trợ đến 16 kênh thoại qua chiều upstream 640 kbps của ADSL và 18 hay nhiều hơn kênh thoại qua SDSL ở tốc độ 768 kbps. Vì vậy, sử
dụng mã hoá ADPCM 32 kbps cho phép các giải pháp VoDSL đáp ứng được yêu cầu của thị trường lên đến 16 đường dây điện thoại qua một kết nối DSL.
b) G.728
G.728 là một bộ mã hoá có độ trễ thấp và chất lượng cao hoạt động ở 16 kbps. Sự kết các đặc tính này là lý tưởng cho VoDSL nhưng thật không may là giá cả thực sự là vấn đề của bộ mã hoá. Cần phải có năng lực xử lý gấp ba lần so với ADPCM 32 kbps và như vậy phải trả tiền bản quyền lớn cho các công nghệ có bằng sáng chế.
c) G.729A
Hình 3.14: Số đường dây thoại theo cự ly của SDSL với các phương pháp nén thoại khác nhau
G.729A được sử dụng rộng rãi cho Internet telephony. Nó kết hợp độ phức tạp tương đối thấp và chất lượng thoại tuyệt vời nhưng nhược điểm chính của G.729A là độ trễ. Một độ trễ mã hoá lên đến 25 ms kết hợp với độ trễ gói hoá 44 ms đã đặt độ trễ tổng cộng lên quá sự chấp nhận cho hầu hết các ứng dụng mạng thuê bao. Với kích thước gói nhỏ hơn, việc thực hiện độ trễ có thể được cải thiện phần nào nhưng có một số vấn đề với G.729A, đặc biệt là nó không trong suốt với các âm hiệu DTMF dùng cho quay số. Khi sử dụng G.729A, ở mỗi thiết bị đầu cuối cần phải chuyển đổi chúng sang các giá trị số gởi trong một gói riêng trong khi cùng lúc đó triệt tiêu việc truyền dẫn các âm hiệu bị méo đi. Ở đầu bên kia, giá trị DTMF bằng số được giải mã và phát ra các âm hiệu DTMF đúng. Một quá trình giải điều chế và điều chế lại tương tự cũng cần thiết với các tín hiệu FSK dùng để truyền thông tin Caller ID đến khách hàng. Những quá trình này làm tăng thêm độ phức tạp của giải pháp G.729A. Hình 3.14 cho thấy số đường dây điện thoại có thể phân phối được qua một kết nối DSL sẽ
đường dây từ 3000 m lên đến 3900 m.
Giá trị đáng lưu ý khi sử dụng bộ mã hoá thoại 16 kbps cho VoDSL cả về mặt mở rộng cự ly phân phối dịch vụ và tối đa hoá lượng dải thông dữ liệu còn lại trong kết nối DSL khi nhiều kênh thoại đang được sử dụng. Tuy nhiên, chỉ bộ mã hoá 16 kbps tiêu chuẩn duy nhất là đáp ứng được chiến lược chất lượng với gánh nặng giá cả có thể sẽ khó điều chỉnh cho các ứng dụng của VoDSL. Một giải pháp khác là sử dụng giải thuật thích đáng với mật độ xử lý thấp hơn G.728 nhưng vẫn thực hiện tương tự.
