Trong các phần trước đã nói đến mạng thông tin gói nhưng không nói rõ là dạng nào. Trong trường hợp của mạng thuê bao DSL thuật ngữ gói chỉ đến cell ATM, frame của frame relay hay gói IP. Các gói IP thường được tải trong các payload của cell ATM hay frame trong frame relay. Vấn đề càng phức tạp hơn khi kỹ thuật chuyển mạch gói trong mạng thông tin gói vùng có thể thực hiện ở lớp mạng hay lớp frame relay bằng các chuyển mạch cell hay chuyển mạch frame hay cũng có thể được thực hiện ở lớp IP bằng các bộ định tuyến. Vấn đề còn phức tạp ở chỗ các mạng frame relay phải kết nối với các mạng ATM qua các chức năng giao thức frame-to- cell. Việc cung cấp các dịch vụ kết hợp thoại và số liệu qua DSL liên qua đến khái niệm VoDSL. Dịch vụ số liệu được cung cấp trên DSL hầu hết là dựa trên cở sở IP, vì vậy, IP được các mạng thuê bao DSL hỗ trợ rộng rãi. Tuy nhiên, đối với VoDSL thì vấn đề cần giải quyết là nên dùng loại thông tin gói nào để hỗ trợ thoại. Trước khi trả lời câu hỏi này hãy xét chi tiết quá trình xây dựng mạng thuê bao VoDSL. Theo những nguyên tắc chính của thị trường đã nêu ở trên thì phải tìm ra một giải pháp cho thoại dạng gói tương hợp với thực tế hiện tại mà không làm thay đổi kiến trúc mạng nội hạt có sẵn.
3.6.4.1. Mạng thuê bao DSL thực tế hiện tại a) Kiến trúc mạng thuê bao DSL của các ILEC
Phần lớn các ILEC sử dụng DSL dưới phiên bản DSL bất đối xứng (ADSL) dựa trên tiêu chuẩn T1.431 của ANSI hỗ trợ chuyển vận các cell ATM. Thứ tự các nghi thức dành cho lưu lượng dữ liệu chủ yếu là IP qua PPP qua ATM dù cũng hỗ trợ nhiều phương pháp khác như RFC1483 chẳng hạn. Các bộ DSLAM ADSL thực hiện tập trung lưu lượng dữ liệu và cung cấp các uplink ATM. Các uplink này được nối đến một mạng ATM vùng tiếp tục tập trung hay chuyển hướng sang hệ thống quản lý thuê bao (Subscriber Management System) cung cấp các kết nối IP đến các nhà cung cấp Internet.
Hình 3.9: Kiến trúc nghi thức của thoại qua ATM AAL2
Hình 3.10: Kiến trúc nghi thức của VoIP với DSLAM dựa trên frame relay
Nhiều ILEC quy hoạch sử dụng G.lite trong tương lai bên cạnh ADSL. G.lite là một phiên bản biến thể của ADSL hứa hẹn đem đến một giải pháp rẻ tiền cho thị trường hàng loạt và cũng giống như ADSL, nó được sử dụng để hỗ trợ chuyển vận các cell ATM. G.lite có thể được làm cho thích ứng với hạ tầng kiến trúc mạng hiện đang hỗ trợ ADSL mà không cần phải thay đổi gì. Các mạng thuê bao của các ILEC có thể hỗ trợ thoại qua ATM (Voice over ATM: VoATM) hay thoại qua IP (Voice over IP: VoIP). Yêu cầu phải tách rời lưu lượng thoại và số liệu giữa DSLAM và mạng thông tin gói vùng để hỗ trợ kiến trúc tập trung đồng thời dù sử dụng phương pháp nào thì thoại và số liệu cũng phải đi trên các kết nối kênh ảo (virtual circuit connection: VCC) ATM khác nhau. Nếu sử dụng VoIP thì thoại và số liệu có thể truyền trên cùng một VCC nhưng hoặc bộ DSLAM, hoặc bộ voice gateway phải tái
nào chứa dữ liệu. Quá trình này làm tăng thêm độ phức tạp và giá thành của giải pháp.
b) Kiến trúc mạng thuê bao DSL của các CLEC
Các mạng của các CLEC đều định hướng hỗ trợ nhiều kiến trúc khác nhau hơn các ILEC. Hiện nay, mạng thuê bao DSL của các CLEC chủ yếu sử dụng các DSLAM DSL đối xứng (SDSL) hỗ trợ truyền tải frame relay qua DSL. Hầu hết các DSLAM này được kết nối với các mạng ATM vùng qua các chức năng giao thức frame-to-cell có sẵn hay có trong các điểm chuyển mạch ATM cung cấp truy xuất cho các loại DSLAM khác nhau.
Vì các gói IP được chuyển trong suốt qua chức năng giao thức frame-to-cell nên sự xuất hiện của IP đã đem lại một giải pháp trực tiếp cho chuyển vận thoại qua các loại mạng này. Các kỹ thuật khác nhìn chung phức tạp hơn nhiều vì các thiết bị phía khách hàng phải hỗ trợ frame relay trong khi bộ voice gateway tập trung lại kết nối qua ATM. Điều này nghĩa là thoại qua frame relay (Voice over Frame Relay: VoFR) rất cần thiết cho các kết nối DSL và giao thức frame-to-cell phải xếp tương ứng các các frame chứa thoại sang các cell để có thể tương hợp với các bộ voice gateway. Tuy nhiên, sắp tới ta sẽ thấy trong lúc VoIP được xem là khá đơn giản thì nó lại có nhiều nhược điểm nghiêm trọng khi sử dụng cho VoDSL. Không phải tất cả các CLEC đều sử dụng các bộ DSLAM dựa trên kỹ thuật frame relay. Có một số ít nhưng không ngừng tăng lên các CLEC sử dụng các bộ DSLAM dựa trên ATM dĩ nhiên hoàn toàn tương hợp với các các mạng ATM vùng. Các bộ DSLAM dùng kỹ thuật ATM đôi lúc lại rẻ tiền hơn các bộ DSLAM sử dụng kỹ thuật frame relay tương đương nhưng sự khác biệt có thể nhiều hơn khi các ưu điểm của các bộ
DSLAM đem lại khi hỗ trợ lưu thoại.
3.6.4.2 Giải pháp thoại qua ATM
a) Mô phỏng mạch CES (Circuit Emulation Services)
Giải pháp thoại qua ATM dựa trên một kỹ thuật thuật truyền thống gọi là mô “phỏng mạch” (“circiut emulation”) với các cấu trúc khung xen byte như T1 hay E1 được chuyển đổi thành dòng cell ATM truyền ở một tốc độ không đổi. Mô phỏng
mạch được dựa trên cơ sở sử dụng nghi thức lớp thích ứng ATM loại 1 (ATM Adaptation Layer 1: AAL1) và được sử dụng rộng rãi hiện nay để hỗ trợ các đường truyền T1 và T3 qua mạng ATM. Mô phỏng mạch thật sự đáp ứng một trong các yêu cầu cơ bản của VoDSL là bố trí được nhiều kênh thoại chia nhau cùng một kênh ảo VCC ATM nhưng lại không đáp ứng được một số yêu cầu thiết yếu khác, chi tiết là:
- Hỗ trợ hỗn hợp thoại nén và thoại không nén, giải toả lưu lượng kênh đồng thời trên cùng một VCC. Điều này cần thiết để hỗ trợ việc chuyển vận hiệu quả thoại dạng nén qua kết nối DSL dải tần cố định trong khi cùng lúc hỗ trợ lưu lượng dữ liệu dải tần thoại từ các máy fax và modem tốc độ đầy đủ.
- Hỗ trợ loại bỏ khoảng yên lặng là một kỹ thuật tiết kiệm dải thông lên đến 50% trong mạng thông tin gói.
- Một yêu cầu khác nữa của VoDSL gọi là hỗ trợ định vị dải thông động giữa thoại và số liệu có thể thực hiện được với kỹ thuật mô phỏng mạch nhưng
công nghệ cần thiết lại rất phức tạp.
b) Mô phỏng vòng LES (Loop Emulation Services)
Hình 3.11: Dịch vụ mô phỏng vòng LES
Một giải pháp tốt hơn cho VoDSL có thể có được từ lớp thích ứng ATM loại 2 (ATM Adaptation Layer 2: AAL2), một kỹ thuật mới được thiết kế để hỗ trợ ghép các dòng gói thời gian thực qua VCC của ATM. AAL2 định nghĩa một header riêng cho các gói thoại (hay các loại dịch vụ thời gian thực khác như video) chứa một bộ chỉ thị độ dài, một bộ nhận dạng kênh và một cơ chế nhận dạng loại mã hoá thoại trong gói. Các tiện ích được AAL2 cung cấp đem lại sự thực hiện xuất sắc cho giải pháp VoDSL. Chi tiết về AAL2 được nêu rõ trong ITU-T Rec. I.363.2 xuất bản vào tháng chín năm 1997. Đặc tính kỹ thuật trong khuyến nghị này bao gồm dạng gói
giải pháp VoDSL là các khuyến nghị I.366.1 và I.366.2 của ITU-T. Khuyến nghị I.366.2 nêu chi tiết định dạng gói cần thiết để truyền dẫn thoại và tín hiệu điều khiển cuộc gọi sử dụng AAL2 trong khi đó khuyến nghị I.366.1 mô tả phương pháp truyền tải các gói dữ liệu (chứa chẳng hạn, các nghi thức quản lý mạng) qua cùng một VCC AAL2 với các gói thoại. Vào tháng tư năm 1999, ATM Forum nhận thấy sự quan trọng của VoDSL khi là một ứng dụng của công nghệ thoại qua ATM và đã phê chuẩn một công trình mang tên “Loop Emulation Service Using AAL2” (“Dịch vụ mô phỏng vòng sử dụng AAL2”) để xác định cách áp dụng các tiêu chuẩn của ITU-T vào việc hỗ trợ cung cấp thoại qua DSL.
3.6.4.3. Giải pháp thoại qua Frame Relay
Như đã thảo luận dưới đây, giải pháp VoDSL cho các khách hàng được các bộ DSLAM dựa trên cơ sở frame relay phục vụ rất phức tạp do hầu hết các bộ DSLAM như vậy đều kết nối với mạng ATM qua các chức năng giao thức frame-to-cell. Ở phía khách hàng, thoại phải được chèn vào trong các frame frame relay để truyền dẫn trên kến nối DSL. Một phương pháp thực hiện điều này là tiêu chuẩn dành cho thoại qua frame relay FRF.12 của Frame Relay Forum. Giao thức frame-to-cell được xác định bởi tiêu chuẩn FRF.8 của Frame Relay Forum mô tả cách payload của một frame được sắp xếp vào một payload của AAL5 ATM. AAL5 là lớp thích ứng ATM thông thường cho dữ liệu ở chế độ gói.
Hình 3.12: Kiến trúc nghi thức của thoại qua AAL2 với DSLAM dựa trên frame relay
Nếu ta sử dụng các quá trình đã được thiết lập thì lưu lượng thoại trong mạng ATM có thể được thực hiện dưới dạng FRF.12 là payload của AAL5, một định dạng
hoàn toàn khác với định dạng đã mô tả cho giải pháp thuần tuý thoại qua ATM đã đề cập trước đây. Vì vậy có những khác biệt lớn giữa các bộ voice gateway được thiết kế để xử lý cho từng trường hợp. Một phương pháp khác để khắc phục vấn đề này là sử dụng định dạng gói AAL2 để truyền dẫn thoại và truyền tải mỗi gói AAL2 như một payload của frame relay. Ở chức năng giao thức frame-to-cell FRF.8, gói AAL2 được sắp xếp vào một hay nhiều cell ATM, với phần trailer nghi thức AAL5 gắn vào đuôi. Nếu kích thước của gói AAL2 được chọn thích hợp thì gói AAL2 cùng với phần trailer nghi thức AAL5 của nó sẽ vừa vặn một cell ATM. Từ quan điểm của một voice gateway được thiết kế cho thoại qua ATM AAL2 thì nó chỉ giống như một định dạng gói quen thuộc, sự khác biệt duy nhất là sự hiện diện của
phần trailer nghi thức AAL5. Nếu bộ voice gateway được cấu hình bỏ qua phần trailer AAL5 gắn với mỗi gói thoại này thì có thể sử dụng cùng một bộ voice gateway cho cả thoại qua các mạng ATM end-to-end cũng như thoại qua frame trên kết nối DSL.
3.6.4.4. Giải pháp thoại qua IP (VoIP)
Vì tất cả các mạng thuê bao DSL thực sự đều hỗ trợ lưu lượng IP nên dù là dạng dựa trên ATM hay frame relay qua DSL thì VoIP cũng mang lại một giải pháp toàn cục cho tất cả các nhu cầu VoDSL. Tuy nhiên, như sẽ phân tích thì có nhiều vấn đề với VoIP đã dẫn đến việc phân thành hai phương pháp đặc biệt khác nhau để hỗ trợ chuyển vận thoại IP thích hợp với các nhu cầu của VoDSL: điện thoại Internet (Internet telephony) và trung kế IP (IP trunking). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a) Xếp chồng nghi thức Internet Telephony
Xếp chồng nghi thức được chấp nhận rộng rãi nhất cho Internet telephony là dựa trên RTP (Real-Time Protocol) qua UDP (User Datagram Protocol) qua IP. RTP cung cấp nhận diện định dạng mã hoá thoại trong gói thoại, cùng với số thứ tự và tem thời gian (timestamp) để cho phép tái tạo dòng thoại đồng bộ từ một dòng các gói RTP. UDP cung cấp số port mà từ đó cho phép nhiều dòng thoại ghép với nhau giữa hai end point IP, dĩ nhiên, cung cấp địa chỉ nguồn và đích cho phép mạng IP chuyển mạch các gói từ một end-point này tới một end-point khác. Xếp chồng nghi thức Internet telephony được sử dụng rộng rãi và được dùng như căn bản cho giải pháp VoDSL vì có ưu điểm tương hợp trực tiếp với định dạng gói giữa mạng
với khả năng của VoIP hoạt động trên tất cả các loại mạng thuê bao DSL làm cho ta thấy rằng nó là một lựa chọn hiển nhiên cho VoDSL. Tuy nhiên, có một vài khó khăn phải vượt qua mà một trong chúng là mức độ hiệu quả tốc độ. Hiệu suất sử dụng dải thông là điều chú ý hàng đầu cho DSL. Một trong các yêu cầu rõ ràng của thị trường đối với VoDSL là sử dụng hiệu quả dải thông hữu dụng trên các kết nối DSL để cung cấp được càng nhiều kênh thoại càng làm cho giải pháp trở nên thực tế trong khi vẫn đáp ứng chất lượng thoại “toll quality”. Chất lượng thoại của hệ thống truyền dẫn điện thoại được đo bằng MOS (Mean Opinion Score) có tầm giá trị từ 1 (Poor: kém nhất) cho tới 5 (Excellent: xuất sắc) theo khuyến nghị P.800 ITU-T. Thoại PCM 64 kbps không nén đạt 4,4 điểm thang MOS trong khi ADPCM 32 kbps đạt 4,2 điểm. VoDSL phải đạt tối thiểu 4.0 điểm thì mới đạt được “toll quality”. Thật không may mắn là xếp chồng nghi thức Internet telephony không đáp ứng tốt khi so với các yêu cầu của thị trường. Đó là do lượng overhead của nghi thức. Để nằm trong tầm giới hạn của chấp nhận được về độ trễ truyền dẫn của mạng thuê bao thì các giải pháp thoại gói phải dùng các gói nhỏ chứa tín hiệu thoại mã hoá không quá 15 – 20 ms. Nếu giả sử thoại được nén với tỷ số 2:1 bằng giải thuật ADPCM 32 kbps thì kích thước gói lớn nhất có thể dùng được là 80 byte, tương đương với 20 ms thoại được mã hoá. Header của RTP, UDP và IP thêm tương ứng 12, 8, 20 byte vào 80 byte. Để truyền dẫn qua ATM trên các mạng thuê bao DSL dựa trên ATM thì cần phải thêm header PPP dài 2 byte và header LLC dài 4 byte. Sau đó thêm vào trailer 8 byte của AAL5 để kết thúc gói để rồi thêm phần đệm để được một số nguyên lần 48 byte làm payload cho các cell ATM. Như vậy truyền dẫn 80 byte được thêm vào hàng loạt các header trở thành 159 byte và hiệu suất sử dụng dải thông chỉ hơn 50 % một chút. Một kênh tải các gói thoại 80 byte được mã hoá ADPCM 32 kbps sẽ tương đương với 64 kbps trên kết nối DSL. Trái lại, thoại qua ATM AAL2 chỉ sử dụng kích thước payload thoại 44 byte tiêu tốn ít hơn 40 kbps cho mỗi kênh thoại và chỉ bị trễ gói 11 ms so với 20 ms của Internet telephony mà ví dụ vừa rồi minh hoạ. Khi dùng gói thoại 44 byte cùng với xếp chồng nghi thức Internet thì hiệu quả giảm xuống chỉ còn 40 %.
Overhead nghi thức được biết đến rất rộng rãi là một vấn đề của xếp chồng nghi thức IP telephony và đã có nhiều giải pháp được đề nghị để khắc phục hiệu suất dải tần cho VoIP. Trong môi trường VoDSL một trong các giải pháp này có thể đạt được hiệu quả nếu tận dụng đặc tính là đường truyền giữa thiết bị truy xuất tích hợp IAD ở phía khách hàng và bộ voice gateway kết nối với PSTN là kết nối điểm nối điểm được yêu cầu truyền tải nhiều kênh thoại. Giải pháp này được biết đến với nhiều tên khác nhau như IP trunking hay RTP multiplexing và nó được mô tả trong tài liệu Internet Draft draft-ietf-avt-multiplexing-rtp-00.txt.
Hình 3.13: So sánh hiệu quả sử dụng dải thông của VoIP và AAL2 qua DSL dựa trên ATM
Với IP trunking, mỗi gói IP bao gồm cả UDP và RTP như dùng cho Internet telephony. Nhưng trong trường hợp này payload RTP có thể chứa nhiều gói thoại, mỗi gói dành cho một kênh thoại tích cực. Mỗi gói thoại được truyền trước một header nhỏ 2 byte để mang thông tin độ dài gói và kênh của nó. Nếu chỉ có một kênh thoại sử dụng thì phần overhead của nghi thức của IP trunking gần bằng với phần overhead của xếp chồng nghi thức Internet telephony. Khi có nhiều kênh thoại đang truyền thì hiệu suất sử dụng dải thông được cải thiện vì phần overhead nghi thức được các kênh thoại chia nhau. Hiệu suất đạt được khác nhau tuỳ thuộc vào IP trunking đang hoạt động ở DSL dựa trên frame relay hay DSL dựa trên ATM. Với các kích thước gói sử dụng trong các ứng dụng VoDSL thì hiệu suất sử dụng dải thông của IP trunking qua frame relay xấp xỉ bằng với hiệu suất sử dụng dải thông của thoại qua AAL2 khi có 5 kênh. Hiệu suất sử dụng dải thông của IP trunking qua