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 chọn tớn hiệu kớch thớch phự hợp để cố gắng tạo ra cỏc tham số mụ tả dạng súng nguyờn thuỷ chớnh xỏc nhất cú thể. Phương phỏp mó hoỏ này cho chất lượng thoại tương đối tốt và tốc độ bớt thấp nhưng độ phức tạp (kốm theo đú là giỏ thành thiết bị cao).
Cụng nghệ vi điện tử phỏt triển mạnh mẽ tạo ra cỏc vi mạch với khả năng tớnh toỏn mạnh và giỏ thành thấp đó cho phộp phỏt triển nhiều kiểu mó hoỏ theo phương phỏp này và nú trở thành cụng nghệ chủ yếu cho mó hoỏ tiếng núi tốc độ thấp (thường hay được gọi là nộn thoại).
Một số kiểu mó hoỏ được dựng như :
o Kớch thớch đa xung MPE (Multi-Pulse Excited).
o Kớch thớch xung đều RPE (Regular-Pulse Excited).
o Dự đoỏn tuyến tớnh, kớch thớch theo mó CELP(Code-Excited Linear Prediction). Kớch thớch tuần hoàn Bộ sinh tạo tạp õm ngẫu nhiờn Bộ lọc tổng hợp Chuyển mạch õm hữu
thanh/ vụ thanh Tiếng núi Thụng số õm cơ bản (pitch) Cỏc tham số phổ tiếng núi
Trong mạng điện thoại thụng thường tớn hiệu thoại được mó hoỏ PCM theo luật A hoặc với tốc độ 64 kb/s. Tớn hiệu thoại với tốc độ thấp hơn (dựng cụng nghệ nộn thoại ở trờn) cú thể được tạo ra theo hai cỏch. Cỏch thứ nhất là tớn hiệu thoại tương tự được biến đổi trực tiếp thành dũng bit tốc độ thấp. Cỏch thứ hai là tớn hiệu thoại tương tự được lấy mẫu và mó hoỏ theo phương phỏp mó hoỏ dạng súng (mó tuyến tớnh hoặc PCM) sau đú mới đưa vào giai đoạn nộn thoại theo phương phỏp mó hoỏ thoại tốc độ thấp. Phần này sẽ tập trung chủ yếu giới thiệu phương phỏp dự đoỏn tuyến tớnh kớch thớch mó CELP. Hiện nay phương phỏp này đó trở thành cụng nghệ chủ yếu cho mó hoỏ tiếng núi tốc độ thấp.
3.1.1.1. Nguyờn lý chung của bộ mó hoỏ CELP
Bộ mó hoỏ CELP sử dụng kĩ thuật phõn tớch bằng tổng hợp để tỡm ra đặc điểm của tớn hiệu kớch thớch. Tớn hiệu kớch thớch là một mục từ của một bảng mó rất lớn được phõn bố một cỏch ngẫu nhiờn. Sơ đồ nguyờn lý của phương phỏp tổng hợp CELP được đưa ra trong hỡnh 3.2:
Hỡnh 3.2. Sơ đồ nguyờn lý phƣơng phỏp tổng hợp CELP.
Tại phớa phỏt, cỏc tham số của bộ lọc tổng hợp cựng với tăng ớch và độ trễ của cỏc bảng mó (bao gồm bảng mó thớch ứng và bảng mó ngẫu nhiờn) được truyền đi. Phớa thu cũng sử dụng bảng mó thớch ứng và bảng mó ngẫu nhiờn như thế để xỏc định tớn hiệu kớch thớch tại lối vào của bộ lọc tổng hợp LPC để tạo tiếng núi tổng hợp. S*(n) Tiếng nói tổng hợp Bộ lọc tổng hơp Trễ khung con Bảng mã thích ứng Khuếch đại Khuếch đại Bảng mã ngẫu nhiên u(n)
Phương phỏp CELP cú nhược điểm là cú một thủ tục đũi hỏi tớnh toỏn nhiều nờn khú cú thể thực hiện trong thời gian thực. Vậy cú một phương phỏp làm đơn giản hoỏ thủ tục soỏt bảng mó sao cho khụng ảnh hưởng tới chất lượng tiếng núi. Đú là phương phỏp sử dụng cỏc bảng mó đại số ACELP (Algebraic CELP) trong đú cỏc bảng mó được tạo ra nhờ cỏc mó sửa lỗi nhị phõn đặc biệt. Và để nõng cao hiệu quả rà soỏt bảng mó, người ta sử dụng cỏc bảng mó đại số cú cấu liờn kết CS-ACELP (Conjugate Structure - ACELP). Khuyến nghị G729 đưa ra nguyờn lý của bộ mó húa tiếng núi sử dụng phương phỏp CS-ACELP mó hoỏ tiếng núi tốc độ 8kbps.
3.1.1.2. Nguyờn lý mó hoỏ SC-ACELP
Tớn hiệu PCM 64kbps đầu vào được đưa qua bộ mó hoỏ thuật toỏn CS- ACELP, được lấy mẫu tại tần số 8kHz, sau đú qua bộ chuyển đổi thành tớn hiệu PCM đều 16 bit đưa tới đầu vào bộ mó hoỏ. Tớn hiệu đầu ra bộ giải mó sẽ được chuyển đổi thành tớn hiệu PCM theo đỳng tớn hiệu đầu vào. Cỏc đặc tớnh đầu vào/đầu ra khỏc, giống như của tớn hiệu PCM 64kbps (theo khuyến nghị ITU G.711), sẽ được chuyển đổi thành tớn hiệu PCM đều 16 bit tại đầu vào bộ mó hoỏ.
Bộ mó hoỏ CS-ACELP dựa trờn cơ sở của bộ mó dự bỏo tuyến tớnh kớch thớch mó CELP.
Bộ mó hoỏ CS-ACELP thực hiện trờn cỏc khung tiếng núi chu kỳ 10ms tương đương 80 mẫu tại tốc độ lấy mẫu là 8000 mẫu/s. Cứ mỗi một khung 10ms, tớn hiệu tiếng núi lại được phõn tớch để lấy cỏc tham số của bộ mó CELP