Cú rất nhiều phương phỏp bỏo hiệu mới cho VoIP đó được phỏt triển. Trong phần này trỡnh bày phương phỏp dựa trờn giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) và phiờn bản mới của nú là MGCP (Media Gateway Control Protocol).
SGCP ra đời là do những vấn đề sau:
Chuyển tiếp bỏo hiệu cuộc gọi từ mạng PSTN sang mạng VoIP gặp khú khăn.Vỡ khi chuyển đổi cỏc bản tin bỏo hiệu SS7 thành cỏc bản tin bỏo hiệu cuộc gọi Q.931 sẽ gõy mất mỏt thụng tin do nội dung hai loại bản tin khụng giống nhau.
Thời gian thiết lập cuộc gọi trong H323 quỏ dài và trải qua nhiều giai đoạn.
“Media Gateway Control Protocol (MGCP) - là giao thức sử dụng để điều khiển cỏc gateway thoại từ cỏc thiết bị điều khiển cuộc gọi, được gọi là Media Gateway Controller hoặc Call Agent”. Đõy là định nghĩa về MGCP trớch từ IETF RFC 2705 Media Gateway Control Protocol.
Quan hệ giữa MG và MGC (hay CA) được mụ tả trờn hỡnh 2.10. MGC thực hiện bỏo hiệu cuộc gọi, điều khiển MG. MGC và MG trao đổi lệnh với nhau thụng qua MGCP.
MGCP ra đời nhằm tỏch biệt cỏc chức năng bỏo hiệu và thiết lập đường truyền. MGC/SW sau khi nhận được yờu cầu thiết lập cuộc gọi SIP hoặc H.323 sẽ dựng giao thức MGCP để điều khiển Gateway thiết lập phiờn kết nối giữa hai đầu cuối. MG truyền tải cỏc loại tớn hiệu như thoại, dữ liệu, hỡnh ảnh giữa mạng
IP và mạng truyền thống (PSTN). Cú thể hiểu, trong mụ hỡnh MGCP, cỏc MG chỳ trọng vào chức năng phiờn dịch tớn hiệu õm thanh, trong khi SW đảm nhận chức năng xử lý bỏo hiệu và cuộc gọi.
Hỡnh 2.10. MG và MGC 2.3.2. Thiết lập cuộc gọi
Trỡnh tự thiết lập cuộc gọi cơ sở là như sau (hỡnh 2.11):
Hỡnh 2.11. Thiết lập cuộc gọi A-B
Khi mỏy ĐT A được nhấc lờn gateway A gửi bản tin cho MGC
Gateway A tạo õm mời quay số và nhận số bị gọi
Số bị gọi được gửi cho MGC
MGC xỏc định định tuyến cuộc gọi như thế nào
SIP H.323 Media Gateway (MG) Media Gateway (MG) MGCP MGCP Call Agent or Media Gateway Controller (MGC) Call Agent or Media Gateway Controller (MGC) Gateway A Gateway B RTP/RTCP Call Agent
Media Gateway Controller
Analog Phone A
Analog Phone B
MGC gửi lệnh cho gateway B
Gateway B đổ chuụng ở mỏy B
MGC gửi lệnh cho gateway A và B tạo phiờn kết nối RTP/RTCP.
2.3.3. So sỏnh MGCP, SIP và H.323
MGCP khỏc với SIP và H.323 ở một số điểm như sau:
MGCP là giao thức kiểu chủ/ tớ, trong khi SIP và H.323 là giao thức ngang cấp.
MGCP được sử dụng giữa MG và MGC.
MGCP ra đời nhằm tỏch biệt cỏc chức năng bỏo hiệu và thiết lập đường truyền. MGC (hay CA, softswitch...) sau khi nhận được yờu cầu thiết lập cuộc gọi SIP hoặc H.323 sẽ dựng giao thức MGCP để điều khiển gateway thiết lập phiờn kết nối giữa 2 đầu cuối.
Hỡnh 2.12. H.323 Gateway và MGC + MG
Trong hỡnh 2.12 ta thấy chức năng bỏo hiệu đó được tỏch biệt và do MGC đảm nhiệm. Chỳng ta xem xột việc thiết lập cuộc gọi trong hai trường hợp.
Call Agent/ Media Gateway Controller Media Gateway MGCP H.323 Gateway H.323 Gateway H.323 Media RTP/RTCP
Hỡnh 2.13. Bỏo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP
H.323 MGCP
1. Thuờ bao nhấc mỏy và quay số 2. Gateway phõn tớch định tuyến
cuộc gọi
3. Hai gateway trao đổi thụng tin 4. Gateway bị gọi đổ chuụng ở số
mỏy bị gọi
5. Hai gateway thiết lập phiờn kết nối RTP/RTCP
1. Thuờ bao nhấc mỏy và quay số 2. Gateway thụng bỏo cho MGC 3. MGC phõn tớch số, định tuyến
và gửi lệnh cho gateway bị gọi để đổ chuụng ở số mỏy bị gọi 4. MGC gửi lệnh cho 2 gateway để
thiết lập phiờn kết nối RTP/RTCP
Bảng 2.3. Thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP
Trờn cơ sở MGCP một số giao thức mới được phỏt triển, đú là: - Megaco do IETF phỏt triển.
- H.248 hay H.GCP do ITU phỏt triển.
MGCP và Megaco/H.248 đều là giao thức điều khiển MG từ MGC/SW. Tuy nhiờn, Megaco/H.248 là giao thức mới hơn và đang cú xu hướng thay thế MGCP. Một số thiết bị được sản xuất hỗ trợ cả hai giao thức cựng một lỳc.
2.4. Giao thức Megaco/H.248
Megaco/H.248 dựa trờn mụ hỡnh chủ/tớ (Master/Slave) và là chuẩn quốc tế điều khiển cổng (Gateway) trong cỏc mạng riờng rẽ, được phỏt triển bởi cả IETF và ITU. Megaco/H.248 đơn giản nhưng vẫn hiệu quả cao và cú khả năng mở
Gateway A Gateway B Analog Phone Call Agent/ Media Gateway Controller RTP/ RTCP Analog Phone 1 2 Analog Phone Analog Phone 5.RTP/ RTCP 1 3 4 H.323 Gateway H.323 Gateway
rộng, cho phộp xõy dựng chức năng cổng tỏch rời dưới lớp điều khiển cuộc gọi (vớ dụ như H.323, SIP...). Nú cú khả năng mềm dẻo cao khi triển khai cỏc dịch vụ lớn mang lại lợi nhuận, đồng thời cũng phục vụ và phỏt triển tốt cỏc mạng kế thừa.
Megaco/H.248 giới thiệu một phương phỏp điều khiển cổng độc lập bao phủ tất cả cỏc ứng dụng cổng vào ra. Cỏc ứng dụng này bao gồm cổng trung kế PSTN, giao diện ATM, cỏc đường dõy tương tự và giao diện điện thoại, điện thoại Internet, cỏc Server thụng bỏo và nhiều ứng dụng khỏc. Nú phục vụ cho một số lượng lớn cỏc ứng dụng, và với cỏc đặc tớnh chớnh như đơn giản, hiệu quả, mềm dẻo và mang lại lợi nhuận cao đó làm cho Megaco/H.248 trở thành một chuẩn thực sự hấp dẫn cho mạng thế hệ kế tiếp (NGN).
Hỡnh 2.14. Cấu trỳc giao thức điều khiển cổng Megaco/H.248
Hỡnh 2.14 chỉ ra cấu trỳc của Megaco/H.248:
+) Lớp MGC chứa tất cả cỏc thụng tin điều khiển cuộc gọi và cung cấp cỏc đặc trưng mức cuộc gọi như hướng cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, hội nghị và giữ cuộc gọi. Lớp này cũng cung cấp một vài giao thức ngang cấp để tương
tỏc với cỏc MGC khỏc hoặc cỏc thực thể ngang cấp, quản lý tất cả tương thớch đặc trưng và một vài tương thớch với mạng bỏo hiệu như mạng bỏo hiệu số 7 (SS7).
+) Lớp MG thực hiện cỏc kết nối phương tiện đến hoặc từ mạng gúi cơ bản (IP hoặc ATM), tương tỏc với cỏc kết nối phương tiện này và chuyển qua ứng dụng của cỏc tớn hiệu và sự kiện, đồng thời điều khiển cỏc đặc tớnh thiết bị cổng như giao diện người dựng. Lớp này khụng biết đến cỏc đặc tớnh mức cuộc gọi, và hoạt động như một tớ (Slave) đơn giản.
+) Giao thức Megaco/H.248 thực hiện điều khiển chủ/tớ MG bởi MGC. Nú cung cấp điều khiển kết nối, điều khiển thiết bị, và cấu hỡnh thiết bị.
Cỏc đặc trưng của Megaco/H.248:
Hai khỏi niệm chớnh - đầu cuối và đối tượng.
- Đầu cuối đưa ra cỏc kết nối phương tiện đến hoặc từ mạng gúi, cho phộp tớn hiệu được đưa vào cỏc kết nối phương tiện và cỏc sự kiện được nhận từ cỏc kết nối phương tiện
- Đối tượng cung cấp cầu nối và trộn phương tiện giữa cỏc đầu cuối.
Chỉ cú 7 lệnh, hoạt động trờn cỏc đầu cuối theo cỏch nhất định: Add, Subtract, Move, Modify, Notify, Audit, ServiceChange.
Nhúm cỏc lệnh vào cỏc phiờn hoạt động (transaction), sử dụng quy tắc xõy dựng mềm dẻo.
Cỏc lệnh sử dụng kớ hiệu để nhúm cỏc thành phần dữ liệu liờn quan.
Cơ chế mở rộng gúi cung cấp phương thức mở rộng rừ ràng, đơn giản và thực sự mở để định rừ cỏc tớn hiệu, sự kiện, thuộc tớnh, và cỏc thụng số trờn đầu cuối.
Cơ chế hoạt động cấu hỡnh định nghĩa tổ chức của MG và chỉ rừ sự lựa chọn cỏc thành phần cho cỏc ứng dụng riờng biệt.
So sỏnh Megaco/H.248 và MGCP
Cỏc vấn đề Megaco/H.248 MGCP
Tiờu chuẩn hoỏ Là một chuẩn thật sự mở.
Vấn đề cú thể được xem xột lại.
Là chuẩn quốc tế độc lập từ cả IETF và ITU.
Chuẩn đúng.
Mụ hỡnh kết nối Mụ hỡnh đầu cuối - đối tượng hoàn toàn mềm dẻo, cung cấp cho tất cả cỏc mạng.
Cú khả năng thực hiện những kịch bản kết nối phức tạp, trộn lẫn đa phương tiện.
Cú thể ỏp dụng cho tất cả cỏc loại mạng gúi, xõy dựng cỏc dịch vụ đồng thời cho cả mạng IP và ATM.
Mụ hỡnh kết nối kộm mềm dẻo.
Khụng hiệu quả đối với hội nghị và cỏc kịch bản kết nối phức tạp khỏc.
Cỏc dịch vụ khỏc nhau cung cấp cho mạng IP và ATM, làm tăng sự phức tạp, khú khăn hơn khi triển khai.
Cơ chế mở rộng gúi Định nghĩa dễ dàng cho cỏc giao diện ứng dụng mới thụng qua cơ chế định nghĩa gúi hoàn toàn mở, và xử lý đăng kớ.
Cỏc gúi mới cú thể được định nghĩa dựa trờn cỏc gúi đó cú.
Cho phộp định nghĩa mở rộng cỏc gúi mà khụng cần chuẩn giao thức cơ bản.
Thời gian ngắn để tạo ra cỏc chức năng mới, tăng cơ hội đổi mới.
Rất khú mở rộng cỏc thiết kế cố định.
Cơ chế định nghĩa gúi mở khụng rừ ràng.
Khụng cú cỏc thuật toỏn để mở rộng gúi dựa trờn cỏc gúi đó cú.
Cơ chế cấu hỡnh Cho phộp định nghĩa và thoả thuận giữa MGC và MG trờn cỏc ứng dụng rừ ràng.
Giảm phức tạp và tăng hiệu quả trong cả MGC và MG.
Cải thiện vận hành cho cỏc ứng dụng riờng biệt.
Khụng cú khả năng.
Bảng 2.4. So sỏnh Megaco/H.248 và MGCP 2.5. Kết luận
Trong cỏc mạng VoIP hiện nay giao thức bỏo hiệu chớnh được sử dụng là H.323 cho bỏo hiệu liờn gateway và SS7 cho kết nối PSTN. Tuy nhiờn mụ hỡnh bỏo hiệu H.323 rất ớt được chỳ trọng trong cỏc sản phẩm mới. H323 là một chuẩn phức tạp vỡ nú hỗ trợ rất nhiều tớnh năng như truyền hỡnh hội nghị, đảm bảo hoạt động qua lại giữa cỏc mạng khỏc. Thủ tục bỏo hiệu trải qua nhiều giai đoạn, thời gian thiết lập cuộc gọi dài. Cỏc nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ H.323 chủ yếu để đảm bảo tớnh tương thớch với mạng đó cú. Cú lẽ trong tương lai H.323 chỉ cú thể đứng vững trong lĩnh vực hẹp là bỏo hiệu những hội nghị audio hay video đặc biệt phức tạp.
SIP được phỏt triển trong mụi trường mạng Internet, khắc phục cỏc nhược điểm của H.323 bằng mụ hỡnh Client/Server. Thiết lập cuộc gọi
trong SIP nhanh hơn, thủ tục bỏo hiệu ớt phức tạp và cú nhiều khả năng mở rộng. Bỏo hiệu trong mạng NGN đó định hỡnh, đú là SIP cho cỏc kết nối trong mạng IP. Đương nhiờn SS7 vẫn đựơc sử dụng để bỏo hiệu với mạng PSTN.
MGCP là phương phỏp bỏo hiệu mới, khả năng kết hợp hoạt động với mạng PSTN (đặc biệt là với mạng bỏo hiệu số 7), cú tớnh mở cho phộp phỏt triển cỏc tớnh năng mới. Tuy nhiờn mụ hỡnh bỏo hiệu dựng MGCP chưa toàn diện nhiều tớnh năng phải dựng H323 hoặc SIP vớ dụ khi thụng tin PC tới PC hay hội nghị truyền thụng và chưa được cỏc hóng hỗ trợ rộng rói.
CHƢƠNG III
GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG THOẠI TRONG VOIP
Chất lượng thoại luụn là yờu cầu đặt lờn hàng đầu trong VoIP. Mạng IP phải giải quyết được cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến chất lượng thoại như: trễ (delay), trượt (jitter), mất gúi (packet loss)… Cú thể sẽ khụng thực hiện được việc truyền thoại qua mạng IP nếu khụng cú cỏc giải phỏp đưa ra để giảm cỏc thụng số trờn phự hợp với dữ liệu thoại. Rất nhiều giải phỏp đó được kết hợp với nhau để cú thể tạo ra tớn hiệu thoại cú chất lượng tốt nhất trong VoIP. Sự duy trỡ chất lượng thoại ở mức chấp nhận được mặc dự khụng thể trỏnh khỏi cỏc nguyờn nhõn bất thường trong mạng đạt được nhờ những kĩ thuật nộn thoại, cỏc biện phỏp xử lý khi gúi húa thoại kết hợp với cỏc biện phỏp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng VoIP. Dưới đõy trỡnh bày một số giải phỏp đảm bảo chất lượng thoại trong VoIP:
Kĩ thuật nộn thoại trong VoIP.
Cỏc biện phỏp xử lý khi gúi hoỏ thoại.
Cỏc cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại cỏc nỳt mạng: Cỏc thuật toỏn xếp hàng (queuing), cơ chế định hỡnh lưu lượng (traffic shapping), cỏc cơ chế tối ưu hoỏ đường truyền, cỏc thuật toỏn dự đoỏn và trỏnh tắc nghẽn,...
Phương thức bỏo hiệu QoS giữa cỏc nỳt mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối.
3.1. Kĩ thuật nộn thoại trong VoIP 3.1.1. Cỏc kĩ thuật mó hoỏ thoại.
Việc truyền thoại muốn được hiệu quả thỡ cần phải sử dụng cỏc phương phỏp mó hoỏ và nộn thoại. Mỗi phương phỏp truyền thoại sử dụng một phương phỏp nộn thoại riờng sao cho đạt được hiệu quả về băng thụng (tốc độ truyền) cũng như về chất lượng thoại. Trong phương phỏp truyền thoại qua giao thức IP người ta cũng sử dụng cỏc phương phỏp nộn thoại riờng nhằm mục đớch gúp
phần giải quyết vấn đề trễ, Jitter và tăng hiệu quả sử dụng băng thụng đường truyền.
Về cơ bản cú ba phương phỏp mó hoỏ tiếng núi: mó hoỏ dạng súng, mó hoỏ nguồn, mó hoỏ lai ghộp. Tất cả cỏc phương phỏp trờn đều tỡm kiếm một cỏch giải quyết cú hiệu quả hơn với những thụng tin dư thừa hay lặp lại luụn hiện diện trong liờn lạc thoại.
+) Mó hoỏ dạng súng (waveform encoding) là mó hoỏ dạng súng của tiếng núi. Tại phớa phỏt, bộ mó húa sẽ nhận cỏc tớn hiệu tiếng núi tương tự liờn tục và mó thành tớn hiệu số trước khi truyền đi. Tại phớa thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khụi phục tớn hiệu tiếng núi. Ưu điểm là độ phức tạp, giỏ thành, độ trễ và cụng suất tiờu thụ thấp. Cỏc kiểu mó hoỏ dạng súng thường gặp là điều chế xung mó (PCM), điều chế delta (DM), PCM vi sai thớch nghi (ADPCM)... Chất lượng thoại, vớ dụ PCM, được đỏnh giỏ là tốt. Nhưng nhược điểm là phương phỏp này khụng tạo ra được tiếng núi chất lượng cao tại tốc độ bớt dưới 16 Kb/s.
+) Phương phỏp thứ hai khắc phục nhược điểm trờn, nú xuất phỏt từ nhận xột là trong khoảng thời gian cỡ ms thỡ tiếng núi con người thay đổi khụng nhiều. Điều đú cú nghĩa là ở một chừng mực nào đú, õm thoại cú thể tổng hợp được, dự đoỏn được. Do đú phương phỏp thứ hai dựa trờn nguyờn tắc mụ phỏng, tỏi tạo tiếng núi đựoc gọi là mó hoỏ nguồn phỏt õm (vocoding).
Người ta phõn tớch tiếng núi và rỳt ra cỏc tham số chủ chốt như thụng số về xung õm cơ bản (pitch), thụng số tạp õm (õm vụ thanh), thụng số về bộ lọc khoang miệng... Cỏc tham số này được chuyển thành dũng bit và được truyền đi. Bờn thu nhận được cỏc tham số này và sử dụng cựng mụ hỡnh tiếng núi giống bờn phỏt để tổng hợp lại tiếng núi gốc. Cơ sở để phõn tớch và tổng hợp tiếng núi là mụ hỡnh tạo tiếng núi (hỡnh 3.1).
Vỡ tham số của tiếng núi được truyền đi thay vỡ dạng súng nờn tốc độ bit mó hoỏ tiếng núi thấp hơn nhiều so với phương phỏp trờn (> 2kb/s). Tuy nhiờn chất lượng thoại thường khụng được cao bởi vỡ tỡm một mụ hỡnh tiếng núi phự hợp ( ớt tham số và ớt phức tạp) là khú khăn. Cũng bởi vỡ bản thõn quỏ trỡnh hỡnh thành tiếng núi là phức tạp.
+) Phương phỏp thứ ba được đưa ra, kết hợp từ hai phương phỏp trờn. Dạng súng của tiếng núi được phõn tớch và cỏc tham số chủ yếu được rỳt ra. Tuy nhiờn, thay vỡ truyền ngay cỏc tham số này thỡ bộ mó hoỏ sử dụng chỳng để tổng hợp lại mẫu tiếng núi và so sỏnh nú với dạng gốc. Sau đú bộ mó hoỏ căn cứ vào sự khỏc nhau giữa mẫu thực và mẫu được tổng hợp để chỉnh lại cỏc tham số, sau đú cỏc tham số này mới được chuyển thành dũng bit và truyền đến bờn thu. Phương phỏp này thường được gọi là mó hoỏ sai động (hybid coding).
Trong khi vocoding chỉ tập trung vào phần hữu thanh hoặc vụ thanh của tiếng núi, bỏ đi cỏc thành phần khỏc mà cú thể chứa cỏc thụng tin quan trọng để khụi phục lại õm thanh chuẩn xỏc. Hybrid coding khắc phục nhờ việc lựa