3.2.1. Các thuộc tính của Thoại:
Thoại mã hóa trên khuôn dạng dữ liệu bao gồm 3 loại: VoIP, VoFR, VoATM. Mỗi loại có công nghệ truyền dẫn khác nhau và đặc tính khác nhau. Trong phần lớn công nghệ ứng dụng hiện nay thoại đƣợc mã hóa trên nền giao thức IP. Do vậy ở đây ta giới hạn chỉ xét đặc tính chung của VoIP.
Trong thực tế các thuộc tính thoại VoIP đƣợc truyền dựa trên giao thức vận chuyển thời gian thực RTP và gói IP có cấu trúc nhƣ sau:
IP UDP RTP Tải tin thoại
20 Byte 8 Byte 12 Byte Biến đổi
Dải Port 16384 – 32767 (port chẵn) Thông thƣờng: G711: 160 Byte G729a: 20 Byte Hình 3.1: Cấu trúc gói IP
Tiến trình thực hiện một cuộc gọi VoIP nhƣ sau: Các tín hiệu thoại tƣơng tự đƣợc gửi đến Gateways đƣợc số hóa, mã hóa đóng gói xắp xếp tải tin sau đó gửi đến Router. Router dựa vào thông số địa chỉ đích trong từ mào đầu xác đinh đƣờng đi và định tuyến các cuộc gọi xuyên qua mạng. Tại đầu thu quá trình đƣợc thực hiện ngƣợc lại biến đổi thành tín hiệu tƣơng tự đƣa đến thuê bao ngƣời nghe.
Chu trình thực hiện cuộc gọi theo lƣu đồ sau:
Hình 3.2: Lƣu đồ thực hiện cuộc gọi.
Trong mã háo thoại có nhiều chuẩn mã hóa khác nhau. Hiện nay các thiết bị của Cisco chủ yếu chuẩn mã hóa G711, G726, G729, G723.1 ACELP với các đặc tính:
Mã hóa Tốc độ (kbps) Cỡ tải tin
G.711 (PCM) 64 160 byte
G.726 ADPCM 32 80 byte
G.723.1 ACELP 5.3 20 byte Bảng 3.1: Các lọai chuẩn mã hóa thông dụng.
Tất cả luồng tải tin thoại có chung đặc tính QoS. Để triển khai các công cụ QoS cho nó ta cũng cần tìm hiểu kỹ càng các đặc tính đó.
3.2.1.1. Băng thông thoại VoIP:
Các cuộc thoại thiết lập với một tốc độ cố định và cỡ gói là tƣơng đƣơng nhƣ nhau. Băng thông thực tế cần thiết cho tải tin thoại tùy thuộc vào các hệ số sau:
- Mã hóa - Từ mào đầu
- Cấu trúc khung liên kết dữ liệu - Nén
Phần lớn các thiết bị thoại hiện nay đều sử dụng chuẩn mã hóa G711 và G729 tƣơng ứng với băn thông kênh thoại là 64 kbps và 8 kbps. Trong thực tế ngƣời ta thƣờng coi băng thông của kênh thoại chính là bằng thông cần thiết cho tải tin và bỏ qua các từ mào đầu IP, UDP, RTP và cấu trúc khung lớp 2.
Môi trƣờng Cỡ mào đầu Cỡ mào đầu IP/UDP/RTP Mã hóa Băng thông tải Băng thông tổng Ethernet 14 40 bytes G.711 64 kbps 85.6 kbps MLPPP/FR 6 40 bytes G.711 64 kbps 82.4 kbps Ethernet 14 40 bytes G.729 8 kbps 29.6 kbps MLPPP/FR 6 40 bytes G.729 8 kbps 26.4 kbps
Bảng 3.2: Băng thông yêu cầu với các kiểu liên kết dữ liệu khác nhau.
3.2.1.2. Trễ trong thoại VoIP:
Chất lƣợng của thoại sẽ suy giảm đáng kể khi có quá nhiều trễ xẩy ra, các cuộc gọi nghe bị bậm bõm do mất quá nhiều gói gây lên. Trễ thoại bao gồm đầy đủ các đặc điểm trễ nhƣ đã phân tích ở phần trƣớc. Thông thƣờng chúng có đặc tính nhƣ sau.
Trễ do mã hóa, đây là loại trễ cố định và có giá trị khác nhau tùy thuộc vào loại mã hóa sử dụng. Điển hình trễ này khoảng 10 ms.
Trễ đóng gói , chúng cũng là một loại trễ cố định. Thông thƣờng với chuẩn G711 và G729 trễ khoảng 20 ms ( thời gian để đóng gói hoàn thành một gói tin là 20 ms).
Hai loại trễ trên đều không thể hạn chế đƣợc bằng công cụ QoS.
Trễ lan truyền là loại trễ biến đổi và phụ thuộc vào chiều dài và tốc độ của các thiết bị truyền tin. Trong mạng hiện nay, trễ này dƣới 5ms/ 100 km.
Loại trễ trên có điểm là phụ thuộc vào cự ly và phƣơng thức truyền tin và ta không thể hạn chế các trễ này đƣợc.
Các loại trễ khác bao gồm trễ hàng đợi, trễ truyền nối tiếp, trễ mạng, trễ bộ đệm, trƣợt là các trễ mà ta có thể kiểm soát đƣợc và có thể sử dụng các công cụ QoS để hạn chế chúng.
Nhƣ vậy, ta có thể nhận tháy rằng trong tiến trình thiết lập một cuộc gọi bao gồm nhiều thành phần trễ cố định và thay đổi khác nhau. Do đó một vấn đề đặt ra là trễ bao nhiêu để đảm bảo chất lƣợng của dịch vụ.
Theo tiêu chuẩn ITU và Cisco giới hạn trễ cho một cuộc gọi là nhƣ sau:
Trễ 1 hƣớng ( ms) Mô tả
0 – 150 Theo khuyến nghị ITU G.114 [1]
0 – 200 Theo chuẩn của Cisco
150 – 400 Theo khuyến nghị của ITU G.114 dịch vụ bắt
đầu suy giảm nhƣng vẫn chấp nhận đƣợc
400 + Theo khuyến nghị của ITU G.114 không thể
chấp nhận đƣợc trong mọi trƣờng hợp Bảng 3.3: Tiêu chuẩn trễ của ITU và Cisco
Jitter trong thoại là nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng mất âm trong quá trình trao đổi thông tin . Hai bên đầu nghe tín hiệu bập bõm và không liên tục. Hiện tƣợng này là do quá trình biến đổi Jitter tăng quá nhanh hoặc giảm đột ngột.
Để hiểu rõ về Jitter trong thoại ta xét một ví dụ sau:
Bộ đệm Jitter 20ms - Gói 1
Không có tải tin thoại T- X: Khoảng thời
gian nhận đƣợc gói 1
20ms - Gói 2 20ms - Gói 1 Bộ đệm Jitter
Không có tải tin thoại T- X +20 : Khoảng thời gian nhận đƣợc gói 2, không có trƣợt 20ms - Gói 2 Bộ đệm Jitter T- X +40 : Gói thứ 3 vẫn chƣan nhận đƣợc Gói tin thứ nhất 20ms - Gói 3 Bộ đệm Jitter T- X +60 : Gói thứ 3 vẫn nhận đƣợc, trƣợt 20ms
Gói tin thứ hai
Bộ đệm Jitter T- X +80 : Gói thứ 4 vẫn chƣa nhận đƣợc. Gói tin thứ 3, bộ đệm trống Bộ đệm Jitter T- X +100 : Gói thứ 4 vẫn chƣa nhận đƣợc, do trƣợt lớn hơn 20ms
Không có tải tin, ngƣời nghe không thấy có gì cả
Hình 3.3: Ảnh hƣởng của Jitter đến thoại.
Thông thƣờng các IP phone hoặc Gateways Cisco cứ 20ms thì gửi các gói tin một lần. Nếu cứ 20ms tại đầu thu nhận đƣợc một gói tin thì trễ cho các gói đến là nhƣ nhau do đó không có Jitter. Theo nhƣ hình vẽ ta thấy, trễ cho gói 1 và 2 là nhƣ nhau do vậy không xuất hiện Jitter. Tuy nhiên, gói thứ 3 đến sau 40ms sau gói thứ 2 nhƣ vậy Jitter là 20ms. Gói thứ 4 nhận đƣợc sau gói thứ 3 là 45ms do nó đƣợc gửi đi sau gói thứ 3 là 20ms và Jitter là 25ms. Nhƣ vậy, bộ đệm Jitter sẽ bị trống và xuất hiện một khoảng lặng.
Jitter nhƣ đã nói là do sự biến đổi của thành phần trễ. Đối với thoại, hai thành phần trễ chủ yếu gây phát sinh Jitter là trễ hàng đợi và trễ mạng. Đối với tải tin thoại, trễ hàng đợi có thể đƣợc giảm thiểu và ổn định bằng phƣơng thức hàng đợi mà thực hiện gửi gói
Chúng ta cũng có thể sử dụng cơ chế LFI phân thành các gói nhỏ hơn để giải quyết vấn đề này.
Jitter là một vấn đề cố hữu và không thể tránh khỏi trong dịch vụ thoại. Để đảm bảo chất lƣợng thoại cần giảm thiểu và ổn định Jitter.
3.2.1.4. Mất gói:
Các Router loại bỏ các gói tin với rất nhiều các lý do khác nhau, tuy nhiên có hai nguyên nhân chính dẫn đến hiện tƣợng mất gói là:
- Lỗi bít
- Đầy hàng đợi
Lỗi bít phụ thuộc vào đặc tính môi trƣờng truyền dẫn và là yếu tố khách quan không có một công cụ QoS nào có thể khắc phục đƣợc. Với những công nghệ truyền dẫn hiện đại nhƣ hiện nay, thì lỗi bít đƣợc giảm thiểu do vậy hiện tƣợng mất gói do lỗi bít là ít khi xảy ra.
Rớt gói chủ yếu do đầy hàng đợi. Để giải quyết vấn đề này ta có thể sử dụng nhiều phƣơng thức hàng đợi khác nhau giải quyết ƣu tiên mất gói thoại . Ví dụ nhƣ cơ chế hàng đợi ƣu tiên gói tin thoại nhƣ sau:
Router 1 3 2 1 Router 2 1 4 Router 1 3 2 1 Router 2 4 4 Hàng đợi FIFO cỡ bộ đệm 3
Hàng đợi phi thoại
Hình 3.4: Nhiều hàng đợi ƣu tiên thoại xử lý mất gói.
Giả sử nhƣ có 3 gói dữ liệu phi thoại 1,2,3 và một gói thoại 4 nhƣ trên hình vẽ. Trong trƣờng hợp sử dụng hàng đợi đơn lẻ FIFO với cỡ bộ đệm là 3. Gói tin thoại sẽ bị rớt do bộ đệm hàng đợi bị đầy. Nếu ta sử dụng nhiều hàng đợi với trọng số ƣu tiên của thoại là cao hơn, thì gói tin thoại 4 sẽ đƣợc gửi trƣớc 3 gói tin phi thoại.
Bên cạnh đó ta cũng có thể sử dụng phƣơng thức CAC, LFI để giải quyết vấn đề này.
3.3.2 Các đặc tính của Dữ liệu:
Dữ liệu là khái niệm tƣơng đối rộng. Xét một khía cạnh nào đó thoại cũng là một loại dữ liệu. Tuy nhiên, xét về đặc tính yêu cầu chất lƣợng dịch vụ ta tạm tách thoại và dữ liệu làm 2 thành phần khác nhau.
Dữ liệu ở đâ đƣợc xem nhƣ là các lƣu lƣợng của ứng dụng dịch vụ phi thoại. Trong mạng sử dụng giao thức lớp chuyển tải TCP/IP phần lớn các ứng dụng sử dụng giao thức TCP hoặc UDP để truyền tải thông tin. Các ứng dụng phi thoại phổ biến hiện nay bao gồm: FTP, TFTP, HTTP, SNMP, Email...
Cũng giống nhƣ thoại để có thể tổ hợp loại hình dịch vụ này ta cần nghiên cứu kỹ đặc tính QoS của chúng.
3.3.2.1. Băng thông:
Không giống nhƣ thoại, băng thông là một hằng, băng thông của dữ liệu yêu cầu biến đổi một lƣợng khá lớn. Một vài ứng dụng có thể yêu cầu băng thông nhỏ hơn 1kbps (ví dụ nhƣ Telnet) trong khi đó một vài ứng dụng khác lại yêu cầu băng thông khá lớn (ví dụ FTP, TFTP, Web).
Câu hỏi lớn nhất với băng thông dữ liệu xoay quanh lớp thƣơng mại (dịch vụ) hay một số ngƣời quen gọi là OSI lớp 8. Ví dụ cần bao nhiêu băng thông cho dịch vụ Web? Trong thực tế ở một số mạng lƣu lƣơng này chiếm 80 % tổng băng thông mạng sử dụng.
Một câu hỏi khác với ứng dụng dữ liệu đó là ứng dụng thuộc loại tƣơng tác hay không tƣơng tác. Ngày nay, rất nhiều ứng dụng tƣơng tác dựa trên nền Web và mỗi trang Web bao hàm trong nó các giao tiếp đồ họa thì băng thông yêu cầu sẽ lớn hơn nhiều.
Đặc tính Thoại Dữ liệu
Số lƣợng luồng 2 (mỗi hƣớng 1 luồng) 1 (2 chiều)
Cỡ gói Cố định và dựa vào kiểm mã hóa Biến đổi lớn
Tốc độ gói Hằng số Biến đổi lớn
Tải trên hƣớng đối diện Không đối xứng Không đối xứng
Bảng 3.4: So sánh đặc tính băng thông thoại và dữ liệu.
3.3.2.2. Trễ :
Không giống nhƣ thoại chất lƣợng dịch vụ suy giảm nhanh khi trễ tăng nhanh. Với trễ mài trăm ms sự biến đổi chất lƣợng trong dữ liệu là không đáng kể. Trong thực tế mối quan hệ của thoại, các ứng dụng dữ liệu là tƣơng đối giống nhau mặc dù các chất lƣợng của các ứng dụng dữ liệu biến đổi với trễ là chậm hơn.
Một điểm khác so với thoại là trễ trong dữ liệu không bao gồm trễ mã hóa và trễ đóng gói, trễ bộ đệm Jitter..
Có 2 hệ số ảnh hƣởng tới trễ của dữ liệu đó là ứng dụng đó thuộc loại ứng dụng tƣơng tác hay không tƣơng tác. Đối với các ứng dụng tƣơng tác thông thƣờng yêu cầu trễ đòi hỏi ghắt gao hơn.
3.3.2.3. Jitter:
Cũng giống nhƣ vấn đề về trễ các ứng dụng dữ liệu có khả năng chấp nhận Jitter lớn hơn rất nhiều so với thoại. Mặc dù các ứng dụng tƣơng tác chấp nhận Jitter là nhỏ hơn so với các ứng dụng không tƣơng tác.
Jitter luôn xảy ra trong mạng gói. Tuy nhiên khác với dịch vụ thoại các ứng dụng dữ liệu không có bộ đệm Jitter, thay vào đó ngƣời dùng phải chấp nhận Jitter.
Các ứng dụng tƣơng tác chấp nhận Jitter là nhỏ hơn nhƣng nó vẫn có thể chấp nhận Jitter lên tới hàng trăm ms.
Trong một mạng hội tụ các công cụ QoS cải thiện Jitter, thông thƣờng ƣu tiên trƣớc cho dịch vụ thoại.
3.3.2.4. Mất gói :
Trong các ứng dụng dữ liệu, không giống nhƣ thoại không phải dữ liệu lúc nào cũng chấp nhận hiện tƣợng mất gói. Phần lớn các ứng dụng đều cần nhận đủ các gói tin đƣợc
gửi từ đầu xa. Trong trƣờng hợp mất gói, các thủ tục báo nhận sẽ đƣợc khởi tạo thông báo tới đầu gửi các gói bị mất để bên gửi thực hiện thủ tục truyền lại. Tuy nhiên, một số ứng dụng lại không quan tâm đến số lƣợng gói bị mất và không yêu cầu phải truyền lại.
3.3. Tổ hợp Thoại và Dữ liệu trong mạng IP-177: [11,14]
3.3.1. Hiện trạng mạng và sự cần thiết phải tổ hợp thoại và dữ liệu trong mạng IP-177: IP-177:
Trung tâm dịch vụ Viễn thông IP là một bộ phận của Công ty Cổ phần Dịch vụ Bƣu chính Viễn thông Sài Gòn đƣợc thành lập và bắt đầu cung cấp dịch vụ từ tháng 8 năm 2001.
Trung tâm cung cấp 2 dịch vụ chính bao gồm thoại đƣờng dài giá rẻ 177 theo công nghệ VoIP và dịch vụ dữ liệu mà chủ yếu là dữ liệu trên mạng Internet dialup 1270 và SnetFone.
Ngoài ra, Trung tâm còn cung cấp kênh thuê riêng và mạng riêng ảo VPN cho khách hàng. Tuy nhiên, hai loại hình dịch vụ này còn khá hạn chế và lƣu lƣợng không đáng kể.
Cho tới cuối năm 2005 lƣu lƣợng mạng gồm hai thành phần cơ bản thoại VoIP và Internet. Riêng HNI xây dựng thí nghiệp mạng riêng ảo VPN phục vụ cho việc thí nghiệm triển khai dịch vụ và trao đổi thông tin giữa 2 chi nhánh lớn HNI và HCM. Trong mạng tồn tại 2 mô hình cơ bản. Môt số tuyến mạng sử dụng chung kênh thuê riêng, tuy nhiên băng thông sử dụng cho thoại VoIP và Internet đƣợc tách độc lập với nhau bằng kỹ thuật Frame Relay. Do đó không chia sẻ đƣợc băng thông dƣ thừa cho nhau. Trong khi đó một số tuyến các kênh thuê riêng cho thọai VoIP và Internet là hoàn toàn độc lập với nhau. Bên cạnh đó các thiết bị mạng là hoàn toàn độc lập với nhau.
AS 5350 RAS 5300 Dialup 1270 SnetFone PSTN HPG Thoại 177 3 E1 2 E1 HPGR1 1 E1 Frame Relay VOIP: 1024 kbps Internet: 1024 kbps SW 2950 IPT HCM IPT HNI VNIX – KV1 HNIR1 PoP cấp 3 PoP cấp 3
Hình 3.5: Sơ đồ mạng IPT HNI - HPG.
Lƣu lƣợng Dialup đƣợc cung cấp bởi RAS Gateways (vừa làm chức năng RAS vừa làm chức năng Router) đƣợc gửi tới HPGR1 và định tuyến đi HNI thông qua kênh dành riêng theo kỹ thuật Frame Relay. Tại HNIR1 lƣu lƣợng Internet trong nƣớc đƣợc gửi tới Trung tâm Internet tại Hà Nội qua hệ thống Firewall rồi đổ qua VNIX, lƣu lƣợng Internet quốc tế đƣợc tách ra đi ghép cùng lƣu lƣợng Internet quốc tế HNI đẩy vào HCM sau đó đẩy ra cổng quốc tế tại HCM. Nhƣ vậy, mạng VoIP chỉ đóng vai trò trung chuyển lƣu lƣợng của Internet mà không tham ra vào bất kỳ cài đặt nào cho dữ liệu Internet.
Một thực tế dễ nhận thấy rằng chi phí thuê đƣờng truyền và mua sắm thiết bị nâng cấp mạng chiếm phần lớn tổng chi phí duy trì mạng.
Theo số liệu thuê kênh liên tỉnh thì hiện nay SPT chủ yếu thuê các kênh liên tỉnh của VTN với chi phí một số hƣớng nhƣ sau:
STT Hƣớng kết nối Giá kênh kết nối 2 M (VNĐ)
1 HNI - HCM 172.500.000
2 HNI - HPG 69.788.000
3 HCM - DNI 35.788.000
Bảng 3.5: Chi phí kết nối kênh liên tỉnh.
Các thiết bị mạng SPT mua chủ yếu của đối tác Cisco với giá thành cũng không rẻ chút nào. Ta có thể tham khảo bảng gía một số chủng loại thiết bị nhƣ sau:
STT Thiết bị Giá thành (VNĐ) 1 Gateway 5350 8 port E1 935.900.900 2 Gateway 5350-4E1 385.790.944 3 Cisco AS5300 549415635 4 Switch Cisco 3550-24 188.190.480 5 Switch 2950T-24 16.521.934 6 Router Cisco 7206VXR 379.539.132 7 Router 2600 126.854.728
Bảng 3.6: Chi phí mua sắp thiết bị mạng.