“Đánh giá về chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP”

Chia sẻ: Nguyen Khac Sang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các nhà quản lý mạng viễn thông đang hướng tới một mạng thế hệ sau với sự tích hợp tất cả các mạng, dạng dữ liệu và dịch vụ trên toàn cầu vào một mạng duy nhất. Với mạng thế hệ sau (NGN) này, người sử dụng có thể sử dụng tất cả các dịch vụ viễn thông mà chỉ phải đăng ký với một nhà cung cấp dịch vụ, tất cả các dạng dữ liệu: thoại, fax, video, dữ liệu máy tính….

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: “Đánh giá về chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP”

Bài Luận Đánh giá về chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP 1
Lời mở đầu Các nhà quản lý mạng viễn thông đang hướng tới một mạng thế hệ sau với sự tích hợp tất cả các mạng, dạng dữ liệu và dịch vụ trên toàn cầu vào một mạng duy nhất. Với mạng thế hệ sau (NGN) này, người sử dụng có thể sử dụng tất cả các dịch vụ viễn thông mà chỉ phải đăng ký với một nhà cung cấp dịch vụ, tất cả các dạng dữ liệu: thoại, fax, video, dữ liệu máy tính…. sẽ dược truyền tải trên một mạng duy nhất. Có nhiều sự lựa chọn công nghệ mạng chuẩn truyền tải này nhưng IP là sự lựa chọn tốt nhất nhờ tính chất đơn giản và hỗ trợ rất tốt cho mạng Internet đang bùng nổ trên thế giới. Tuy nhiên với xu hướng tích hợp các dạng dữ liệu lại với nhau, mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống bộc lộ một nhược điểm lớn là sử dụng lãng phí băng tần là tài nguyên vô giá trong các mạng tích hợp, công nghệ VoIP ra đời đã giải quyết bài toán này. Thay vì sử dụng một kênh logic cố định để mang thông tin thoại thì VoIP cắt thông tin thoại thành các gói tin và chuyển chúng qua mạng IP, nhờ vậy băng thông của kênh logic được chia sẽ với các dạng dữ liệu khác, và cũng vì vậy mà giá thành chi phí cho một cuộc gọi sẽ nhỏ hơn nhiều so với điện thoại truyền thống. Đối với các doanh nghiệp thường xuyên có nhu cầu sử dụng dịch vụ gọi quốc tế thì VoIP là một giải pháp thích hợp. Trong quá trình thử nghiệm dịch vụ tại nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam, dịch vụ voIP đã dành được sự chấp nhận của đại đa số người sử dụng dịch vụ. Trong tương lai dịch vụ VoIP được dự báo là sẽ rất phát triển và trở thành một dịch vụ cơ bản trong các mạng thế hệ sau. Với xu hướng phát triển của loại hình dịch vụ VoIP em đã chọn đề tài “Đánh giá về chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Mục đích của đồ án là tìm hiểu chi tiết về quá trình thiết lập và giải phóng một cuộc gọi VoIP sử dụng các giao thức phổ biến là SIP và H.323, đi sâu vào các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ VoIP như trễ, mất gói, jitter đồng thời đưa ra một số biện pháp khắc phục. Nội dung chi tiết bao gồm: Chương I: Tổng quan về dịch vụ VoIP: Đề cập đến các ưu điểm của VoIP so với điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống và các dịch vụ chính do VoIP cung cấp. 2
Chương II: Các giao thức trong VoIP: Tìm hiểu về hai giao thức báo hiệu VoIP cơ bản là SIP và H.323. Trọng tâm đề cập đến hệ thống H.323 là hệ thống đang được triển khai tại Việt Nam. Chương III: Các phương pháp đánh giá chất lượng thoại trong mạng VoIP: Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP bao gồm: trễ, jitter, mất gói, băng thông, độ khả dụng... Chương IV: Đánh giá chất lượng thoại trong mạng VoIP bằng mô hình- E: Giới thiệu về mô hình E và một số biện pháp cải thiện chất lượng. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo trong khoa viễn thông và đặc biệt là thầy giáo, Ths.Nguyễn Xuân Hoàng đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã quan tâm và giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2005 Sinh viên: Nguyễn Văn Thắng 3
Chương I TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VoIP 1.1 Giới thiệu Có thể nói phát minh quan trọng nhất trong thế kỷ 19 của loài người là phát minh ra chiếc điện thoại của Alexander Graham Bell. Từ đó đến nay điện thoại trở thành một vật dụng không thể thiếu đối với thế giới. Từ một tổ chức chính phủ đến một gia đình bình thường nhất đều không thể thiếu chiếc máy điện thoại trong cuộc sống và công việc hàng ngày của họ. Lợi ích mà điện thoại mang lại cho con người là không thể phủ nhận. Chính vì vậy nghành công nghiệp viễn thông phát triển như vũ bão và dịch vụ truyền âm thanh và hình ảnh ngày càng được hoàn thiện. Tuy nhiên chi phí cho dịch vụ điện thoại không phải là rẻ khi so sánh với các chi phí sinh hoạt thông thường trong gia đình và chi phí kinh doanh. Cước phí cho cuộc gọi nội hạt đã cao nhưng cho cuộc gọi đường dài còn cao hơn và đặc biệt là cuộc gọi quốc tế. Đối với các cơ quan doanh nghiệp thường xuyên phải thực hiện các cuộc gọi đi quốc tế thì đây quả thực là một vấn đề lớn. Tuy nhiên khi Internet (cũng có thể nói là phát minh lớn nhất trong thế kỷ 20) ra đời thì có vẻ như vấn đề đã được giải quyết. Chính Internet đã thay đổi bộ mặt của thế giới. Internet thực sự là cuộc cách mạng về công nghệ trong viễn thông. Internet đã thu hẹp khoảng cách về không gian, thời gian, ngôn ngữ của các quốc gia trên thế giới, thay vì suốt ngày phải gọi điện đi quốc tế thì các cơ quan cơ, doanh nghiệp có thể sử dụng các dịch vụ Internet như Email, Web để thực hiện công việc của mình. Tuy nhiên với các công việc đòi hỏi phải giải quyết ngay lập tức thì điện thoại vẫn là một công cụ đắc lực. Công nghệ VoIP ra đời đã giải quyết vấn đề trên. Do đặc điểm về mặt công nghệ mà chi phí giá thành của cuộc gọi VoIP rẻ hơn rất nhiều so với giá thành của điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống. Thay vì sử dụng một kênh logic cố định để truyền các tín hiệu thoại, thì công nghệ VoIP đóng gói các tín hiệu thoại và gửi chúng qua mạng nền IP như mạng Internet. Kết quả là chi phí tài nguyên cho cuộc gọi được tiết kiệm đáng kể. Do các tín hiệu thoại được truyền đi dưới dạng gói mà cuộc gọi chia sẻ tài nguyên với tất cả các cuộc gọi khác. Mạng có thể tận dụng các khoảng 4
thời gian thuê bao ngừng nói để chèn các gói tin dữ liệu khác vào kênh truyền (như các gói tin của cuộc gọi khác hay các gói tin dữ liệu). Như vậy chi phí giá thành tài nguyên cho mạng cho một cuộc gọi sẽ giảm đi và người dùng phải trả ít tiền hơn. Cũng do sử dụng mạng gói nên các dịch vụ đưa ra cũng phong phú hơn. 1.2 Lịch sử phát triển VoIP Năm 1995 hãng Vocaltec đã thực hiện truyền thoại qua Internet, lúc đó kết nối chỉ gồm một PC cá nhân với các trang thiết bị ngoại vi thông thường như card âm thanh, headphone, mic, telephone line, modem... phần mềm này thực hiện nén tín hiệu thoại và chuyển đổi thông tin thành các gói tin IP để truyền dẫn qua môi trường Internet. Mặc dù chất lượng chưa được tốt nhưng chi phí thấp so với điện thông thường đã trở thành yếu tố cạnh tranh và giúp nó tồn tại. Bắt đầu phát triển lớn mạnh và kéo theo việc ra đời của các tổ chức chuẩn hoá liên quan như ITU có các chuẩn sau H.250.0, H.245, H.225 (Q.931): cho quản lý; H.261, H.263 cho mã hoá video; các chuẩn G cho xử lý thoại…Có rất nhiều chuẩn nhưng đang có xu hướng hội tụ thành hai chuẩn H.323 của ITU và SIP của IETF. Voice over IP: được hiểu là công nghệ truyền thoại qua môi trường IP. Vì đặc điểm của mạng gói là tận dụng tối đa việc sử dụng băng thông mà ít quan tâm tới thời gian trễ lan truyền và xử lý trên mạng, trong khi tín hiệu thoại lại là một dạng thời gian thực, cho nên người ta đã bổ sung vào mạng các phần tử mới và thiết kế các giao thức phù hợp để có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng. Nó không chỉ truyền thoại mà còn truyền cho các dịnh vụ khác như truyền hình và dữ liệu. 5
M ¹n g b ¸o h iÖ u s è 7 (S S 7 ) S ig n a lin g G a te w a y C o n tro lle r PS T N IP V o IP T e le p h o n e M e d ia G a te w a y G a te w a y C o n tro lle r M ¹n g I P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 # * V o IP G a te w a y T e le p h o n e PS T N V o IP G a te w a y T e le p h o n e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 # * T e le p h o n e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 # * IP IP T e le p h o n e T e le p h o n e Hình 1.1 Mô hình mạng VoIP. Từ 1/7/2001 đến nay Tổng cục Bưu điện đã cho phép Vietel, VNPT, Saigon Postel và Công ty điện lực Việt Nam chính thức khai thác điện thoại đường dài trong nước và quốc tế qua giao thức IP, gọi tắt là VoIP. Sự xuất hiện VoIP ở Việt Nam đã cung cấp cho xã hội một dịch vụ điện thoại đường dài có cước phí thấp hơn nhiều so với dịch vụ điện thoại đường dài truyền thống với chất lượng mà người sử dụng có thể chấp nhận được. Nó cũng phù hợp với xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới và đặc biệt là ở khu vực Châu á - Thái Bình Dương. 1.2.1 Ưu nhược điểm của VoIP so với mạng điện thoại PSTN truyền thống Với khả năng sử dụng hiệu quả và tiết kiệm độ rộng băng tần, VoIP có nhiều ưu điểm so với PSTN như sau: • Giảm cước dịch vụ điện thoại đường dài. • Nhiều cuộc gọi hơn, giảm độ rộng băng thông cho mỗi kết nối. 6
• Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung khác và giúp triển khai các dịch vụ mới nhanh chóng, dễ dàng, tự động dịch vụ… • Sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP vì là giao thức mở nên các thiết bị sử dụng IP được nhiều nhà sản xuất cung cấp với giá cạnh tranh và nó là giao thức phổ cập rộng rãi. Ưu điểm chính của dịch vụ VoIP đối với khách hàng là giá cước rất rẻ so với thoại thông thường do các cuộc gọi VoIP sử dụng lượng băng thông rất ít. Trong khi thoại thông thường sử dụng kỹ thuật số hoá PCM theo cuẩn G.711 với lượng băng thông cố định cho một kênh thoại là 64kb/s thì VoIP sử dụng kiểu số hoá nguồn như CS-CELP theo chuẩn G.729 (8kb/s), G.723 (5.3kb/s hoặc 6.3kb/s). Như vậy rõ ràng là lượng băng thông sử dụng đã giảm một cách đáng kể. Hơn nữa trong thực tế khi hai người nói chuyện với nhau thì thường là một người nói và người kia nghe chứ không phải hai bên cùng nói. Vả lại ngay cả đối với người đang nói thì người này cũng có lúc dừng do hết câu hoặc lấy hơi… khi ấy không có thông tin thoại thực sự cần phải truyền đi và người ta gọi là khoảng lặng. VoIP sử dụng cơ chế triệt khoảng lặng cho nên có thể tiết kiệm thêm lượng băng thông “khoảng lặng” này để truyền các dạng thông tin khác. Đấy là một ưu điểm lớn của VoIP so với mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống. Thông thường băng thông truyền dẫn cần thiết cho một cuộc gọi PSTN có thể sử dụng cho 4-6 thậm chí 8 cuộc gọi VoIP với chất lượng cao. Nếu để ý chi phí cho cuộc gọi theo từng phút ta sẽ thấy lượng tiền tiết kiệm được quả là không nhỏ. Tuy nhiên việc tiết kiệm này còn tuỳ thuộc vào vùng địa lý và khoảng cách. Đối với các cuộc gọi nội hạt thì việc tiết kiệm này có vẻ không quan trọng nhưng đối với các cuộc gọi đường dài nhất là các cuộc gọi quốc tế thì nó thật sự là đáng kể. Điều này được thể hiện ở giá cước mà các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, thông thường giảm còn 1/10 đối với các cuộc gọi quốc tế. Ưu điểm nữa của VoIP là khả năng dễ dàng kết hợp các loại dịch vụ thoại, dữ liệu và video. Mạng IP dang phát triển một cách bùng nổ trên toàn thế giới và càng ngày càng có nhiều ứng dụng đã và đang được phát triển trên nền IP như Internet trở nên gần gũi với cuộc sống con người. Để giải quyết vấn đề thời gian thực là vấn đề chính cần quan tâm trong các dịch vụ thời gian thực qua mạng gói, tổ chức IETF phát triển giao thức truyền tải thời gian thực RTP/RTCP là công cụ cho việc truyền tải thoại và video trên mạng IP, sử dụng giao thức này. Sử dụng giao thức này các gói tin 7
sẽ đảm bảo được mức độ trễ cho phép khi truyền trên mạng nhờ sử dụng các cơ chế ưu tiên và các dạng format gói tin RTP thích hợp. Bộ giao thức H.323, SIP được các tổ chức ITU, IETF phát triển để thực hiện báo hiệu và điều khiển cuộc gọi VoIP, đã được chẩn hoá quốc tế sử dụng cho việc cung cấp dịch vụ thông tin đa phương tiện trên nền IP. Việc triển khai VoIP không đòi hỏi nâng cấp cơ sở hạ tầng mạng một cách phức tạp, các thiết bị bổ sung là Gateway, Gatekeeper và bộ điều khiển đa điểm MCU. Chi phí cho các thiết bị này tương đối rẻ và việc cài đặt, bảo dưỡng cũng không phức tạp lắm. Hiện nay có nhiều hãng viễn thông lớn trên thế giới cung cấp thiết bị cho thoại VoIP như Cisco, Acatel, Siemen…Các thiết bị này có thể tương thích với hầu hết các chuẩn giao thức hiện nay. Bên cạnh các ưu điểm, VoIP còn có những nhược điểm đặc biệt là về chất lượng dịch vụ: • Do dựa trên nền IP là kiểu mạng best effort và không tin cậy. • Độ trễ không đồng nhất giữa các gói tin. 1.2.2 Các kỹ thuật mã hoá và nén số trong VoIP Kỹ thuật số hoá đã cho phép truyền thông được tín hiệu tương tự giữa các địa điểm cách xa nhau một cách khá trung thực. Tuy nhiên, một nhược điểm cơ bản của số hoá đó là nó sẽ làm tăng độ rộng băng tần cần thiết. Trong mạng điện thoại thông thường tín hiệu được mã hoá theo luật A hoặc luật μ với tốc độ 64kbps. Với cách mã hoá này, cho phép khôi phục một cách tương đối trung thực các âm thanh trong giải tần thoại. Tuy nhiên trong ứng dụng thoại trên mạng IP yêu cầu truyền âm thanh với tốc độ càng thấp càng tốt. Từ đó đã xuất hiện một số kỹ thuật mã hoá và nén tín hiệu tiếng nói như G.723.1,G.729A,GSM... Về cơ bản các bộ mã hoá tiếng nói có ba loại: mã hoá dạng sóng (waveform), mã hoá nguồn (source) và mã hoá lai (hybrid) là sự kết hợp cả hai loại mã hoá dạng trên. Nguyên lý của mã hoá dạng sóng là mã hoá dạng của tín hiệu tuơng tự. Tại phía phát, bộ mã hóa sẽ nhận các tín hiệu tương tự liên tục và mã hoá thành tín hiệu số trước khi truyền đi. Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khôi phục tín hiệu tương tự từ luồng số thu được. Nếu không có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng nói khôi phục sẽ rất giống với dạng sóng tiếng nói gốc. Cơ sở của bộ mã hoá dạng sóng là: nếu người nghe nhận được một bản sao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất 8
lượng âm thanh sẽ rất tuyệt vời. Tuy nhiên trong thực tế, qúa trình mã hoá lại sinh ra tạp âm lượng tử (mà thực chất là méo dạng sóng ), nhưng nó thường đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói thu được. Ưu điểm của bộ mã hoá loại này là: độ phức tạp, giá thành thiết kế, độ trễ và công suất tiêu thụ thấp. Người ta có thể áp dụng chúng để mã các tín hiệu khác như: tín hiệu báo hiệu, tín hiệu tương tự ở giải tần âm thanh...và đặc biệt với những thiết bị ở một điều kiện nhất định thì chúng còn có khả năng mã hoá được cả tín hiệu audio. Bộ mã hoá dạng sóng đơn giản nhất là điều chế xung mã (PCM), điều chế Delta (DM)...Tuy nhiên, nhược điểm của bộ mã hoá dạng sóng là không tạo được tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit thấp (dưới 16 kbps). Nguyên lý bộ mã hoá nguồn là mã hóa theo kiểu phát âm (vocoder), ví dụ như bộ mã hoá dự báo tuyến tính (LPC). Đặc điểm của kiểu mã hoá này là giả thiết rằng: tín hiệu tiếng nói bao gồm cả âm hữu thanh và vô thanh. Đối với âm hữu thanh thì nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dãy xung, còn đối với các âm vô thanh thì nó sẽ là một nguồn nhiễu ngẫu nhiên. Trong thực tế, có rất nhiều cách để kích thích cơ quan phát âm. Nhưng để đơn giản hoá, người ta giả thiết rằng chỉ có một điểm kích thích trong toàn bộ giai đoạn lên giọng của tiếng nói, dù cho đó là âm hữu thanh hay vô thanh. Vào năm 1982, Atal đã đề ra một mô hình mới về kích thích, được gọi là kích thích đa xung. Trong mô hình này, không cần biết trước âm cần tạo ra là âm hữu thanh hay vô thanh và đó có phải là giai đoạn lên giọng hay không. Sự kích thích được mô hình hoá bởi một số xung (thông thường là 3 xung trên 5ms ) có biên độ và vị trí được xác định bằng cực tiểu hoá sai lệch, có tính đến trọng số thụ cảm, giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp. Phương pháp này có khả năng cho tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit quanh 10 kbps và thậm chí chỉ 4,8 kbps. Tín hiệu kích thích sẽ được tối ưu hoá một cách kỹ lưỡng và người ta sử dụng kỹ thuật mã hoá dạng sóng để mã hoá tín hiệu kích thích này một cách có hiệu quả. Bảng dưới đây trình bày về một số chuẩn mã hoá đang được sử dụng trong thực tế: 9
Hình 1.2 Các chuẩn mã hoá thoại. Trong đó, các G.711 là thực hiện mã hoá PCM thông thường cho tốc độ 64 kbps, G.728 là kỹ thuật mã hoá CELP ở tốc độ 16 kbps với sự thay đổi độ trễ thấp, G.729 là kỹ thuật mã hoá CELP cho tốc độ 8 kbps, G.723.1 cho tốc độ rất thấp ở 5,3 kbps và 6,3 kbps là các chuẩn mã hoá được dùng phổ biến trong công nghệ VoIP. 10
CHƯƠNG II CÁC GIAO THỨC TRONG VoIP Trong một vài năm trở lại dây, công nghệ VoIP đã trở thành một công nghệ hứa hẹn mang lại các lợi ích to lớn cho xã hội, nhiều tổ chức đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các giao thức cho VoIP mà đáng quan tâm hơn cả là hai giao thức H.323 và SIP đang được tiến hành tại nhiều quốc gia trên thế giới. 2.1 Hệ thống VoIP H.323 2.1.1 Giới thiệu Chuẩn H.323 cung cấp nền tảng cho việc truyền thông thoại, video và dữ liệu qua các mạng dựa trên IP, bao gồm cả Internet. H.323 là khuyến nghị của ITU, nơi đưa ra các chuẩn truyền thông đa phương tiện trên các mạng LANs, các mạng này không đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS). H.323 có thể dùng cho nhiều cơ cấu mạng khác nhau: chỉ có audio (IP telephony), audio và video (videotelephony), audio và dữ liệu, tích hợp audio, video và dữ liệu. Nó cũng có thể dùng cho truyền thông đa điểm đa phương tiện. H.323 cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ và có thể dùng trong các lĩnh vực khác nhau. 11
H.323 system H.323 MCU H.323 H.323 Terminal Terminal IP Network H.323 H.323 Gatekeeper Terminal H.323 Gateway ISDN PSTN V.70 H.324 Speech H.320 Speech Terminal Tẻminal Terminal Terminal Terminal Hình 2.1 Các phần tử kết nối mạng H.323. 2.1.2 Lịch sử phát triển của H.323 Ban đầu H.323 là giao thức dành cho LANs (1996), chỉ là kết nối thoại trên mạng LAN. Sau đó là sử dụng trên mạng WAN, mạng VoIP riêng và sau cùng là giao thức trên Internet. Trước kia nó được các giao thức của IETF chấp nhận như RTP- cung cấp khả năng truyền thoại và video thời gian thực qua mạng IP trên toàn thế giới nhưng thực tế H.323 lớn hơn so với giao thức chỉ dành riêng cho mạng LAN. Nhận thức được điều này, ITU-T đã liên tục phát triển giao thức này. H.320 cũng tương tự như H.323 vì nó cũng cung cấp truyền thoại, video và dữ liệu song H.323 lại được thiết kế cho truyền thông qua mạng gói như Internet, LAN doanh nghiệp hay các mạng dựa trên IP khác trong khi H.320 chỉ thiết kế để dùng cho ISDN. Dù có nhiều lần bổ sung song điểm tập trung cần phải giải quyết vẫn là tính tương thích ngược. Mỗi version mới được đưa ra có nhiều đặc điểm nhưng vẫn không thoả mãn được tính phối hợp hoạt động. H.323 bao gồm các giao thức H.225.0-RAS, Q.931- H.245, RTP/RTCP và các bộ mã hoá và giải mã thoại, video, dữ liệu như các bộ mã hoá và giải mã thoại (audio) G.711, G.723.1, G.728..., cho video là H.261 và H.263, cho dữ liệu là T.120. Các dòng thông tin dữ liệu được truyền trên giao thức 12
RTP/RTCP. RTP mang thông tin thực còn RTCP mang thông tin điều khiển và trạng thái. Thông tin báo hiệu (ngoại trừ RAS) được truyền tin cậy trên giao thức TCP. Các giao thức sau xử lý về báo hiệu: • RAS: Quản lý việc đăng ký, chấp nhận và trạng thái dùng cho truyền thông giữa một điểm cuối H.323 với một gatekeeper. • Q.931: Quản lý việc thiết lập và điều khiển /kết thúc cuộc gọi. • H.225: Điều khiển cuộc gọi. • H.245: thảo luận về việc sử dụng kênh và các khả năng. • H.235: bảo mật và nhận thực. • H.450.x: các dịch vụ bổ trợ. 2.1.3 Sơ đồ mạng lưới Hình 2.2 Sơ đồ mạng lưới mạng VoIP. Hình trên cho thấy vị trí các phần tử cơ bản và kết nối của chúng trong mạng VoIP sử dụng chuẩn H.323 và kết nối tới các mạng ngoài. 2.1.4 Bộ giao thức H.323 H.323 cung cấp nhiều loại hình dịch vụ từ thoại đến video và dữ liệu, thông tin đa phương tiện. Lược đồ sau minh hoạ các giao thức H.323 khi so sánh với mô hình OSI. Với dịch vụ Audio có giao thức lớp ứng dụng là các chuẩn G (G.711, G.723, G.729) và Video có giao thức lớp ứng dụng là các chuẩn H (H.261, H.263), chúng 13
cùng với các giao thức RTCP, RAS, RTP dựa trên nền giao tức UDP ở lớp vận chuyển. - Với dịch vụ dữ liệu/fax: có chuẩn riêng, không dựa trên UDP, đó là T.120 cho dữ liệu và T.138 cho fax. - Với các dịch vụ bổ sung: chỉ nằm trong lớp vận chuyển có các giao thức báo hiệu và điều khiển, sử dụng TCP ở lớp vận chuyển phía dưới. Hình 2.3 Mô hình giao thức H.323 tương quan với mô hình OSI. Các khuyến nghị giao thức H khác của ITU hoạt động cùng H.323: H.235: Đặc tả tính bảo mật và mã hoá cho các đầu cuối theo H.323 và H.245. H.450.N: H.450.1 đặc tả khung công việc cho các dịch vụ bổ sung như các dịch vụ chuyển cuộc gọi, chuyển hướng cuộc gọi, giữ cuộc gọi, dừng cuộc gọi, đợi cuộc gọi, chỉ dẫn có tin nhắn chờ, nhận dạng tên, kết thúc cuộc gọi, yêu cầu cuộc gọi và chỉ dẫn cuộc gọi. H.246: Đặc tả liên mạng giữa các đầu cuối H với các đầu cuối chuyển mạch kênh. RTP (Real Transfer protocol): Giao thức vận chuyển thời gian thực cung cấp các chức năng vận chuyển phù hợp cho các ứng dụng truyền dữ liệu thời gian thực 14
như audio, video, hay dữ liệu mô phỏng qua các dịch vụ mạng như unicast hoặc multicast. RTP không chiếm giữ nguồn địa chỉ và không đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ thời gian thực. Nó được bổ sung vào dữ liệu UDP trong H.323. RTCP: Đảm bảo giao thức thời gian thực, nó cho phép giám sát luồng lưu lượng phân tán trong mạng và thực hiện các chức năng điều khiển luồng, nhận dạng luồng cho các lưu lượng thời gian thực. Các bản tin điều khiển: Bản tin báo hiệu Q.931, các bản tin thay đổi khả năng H.245, bản tin giao thức RAS được mang trên lớp TCP tin cậy. Hình 2.4 trình bày các chức năng giao thức của hệ thống VoIP sử dụng H.323 cho Audio. Điều khiển Hệ thống Audio In/Out Mạng IP (Internet) Mã Chuyển Chuyển Audio tả i đổi IP Hình 2.4 Các chức năng giao thức của hệ thống VoIP. • Chức năng điều khiển H.245 dùng kênh điều khiển H.245 để mang bản tin điều khiển đầu cuối-đầu cuối để quản lý hoạt động thực thể H.323. - Các bản tin: khả năng trao đổi, đóng và mở kênh logic, yêu cầu ưu tiên mode, bản tin điều khiển luồng, lệnh và chỉ thị chung. - Vị trí: thiết lập giữa hai điểm cuối, điểm cuối với MCU, điểm cuối và Gatekeeper. Kênh điều khiển H.245 được mang trên kênh logic 0, kênh logic này mở từ khi thiết lập kênh điều khiển H.245 đến khi kết thúc kênh này. - Có 4 loại bản tin H.245: Request, Response, Command, Indication. Bản tin Request và Response được sử dụng bởi các thực thể giao thức, bản 15
tin Request yêu cầu một hành động xác định của máy thu, bao gồm cả những đáp ứng ngay lập tức. Bản tin Response đáp ứng lại yêu cầu tương ứng. Bản tin Command yêu cầu một hành động nhưng không yêu cầu đáp ứng. Bản tin Indication chỉ ra một thông báo và không yêu cầu bất cứ một hành động hoặc đáp ứng nào. Đầu cuối H.323 sẽ đáp ứng tất cả yêu cầu và lệnh H.245 và truyền chỉ thị phản ánh trạng thái của đầu cuối. - Đầu cuối có khả năng phân tích tất cả các bản tin H.245 multimedia System Control Message, gửi và nhận tất cả các bản tin để thực hiện các chức năng đã được yêu cầu và các chức năng tuỳ chọn đã được hỗ trợ bởi đầu cuối. Đầu cuối H.323 sẽ gửi bản tin Function Not Support để đáp ứng bản tin Request, Response hoặc Command mà nó không hiểu được. ● Chức năng báo hiệu của RAS dùng bản tin H.225 để đăng ký, thừa nhận, thay đổi độ rộng băng tần, trạng thái và thủ tục mở gói giữa điểm cuối và Gatekeeper. Kênh báo hiệu RAS độc lập với kênh báo hiệu cuộc gọi và điều khiển H.245. Thủ tục mở kênh logic H.245 không được dùng để thiết lập kênh báo hiệu RAS. Trong môi trường mạng không có Gatekeeper, kênh báo hiệu RAS không được sử dụng. Trong môi trường mạng có Gatekeeper, kênh báo hiệu được mở giữa điểm cuối và Gatekeeper. Kênh báo hiệu RAS được mở trước để thiết lập bất kỳ kênh khác giữa những điểm cuối H.323. ● Chức năng báo hiệu cuộc gọi H.225 để thiết lập kết nối giữa hai điểm cuối H.323 sử dụng các bản tin trong khuyến nghị H.225 và các bản tin được hỗ trợ Q.931. Một kênh điều khiển cuộc gọi tin cậy (TCP) được tạo ra qua mạng IP trên một cổng TCP. Cổng này phát đi các bản tin điều khiển cuộc gọi Q.931 để kết nối, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Kênh báo hiệu cuộc gọi độc lập với kênh RAS và kênh điều khiển H.245. Thủ tục mở kênh logic H.245 không được dùng để thiết lập kênh H.245 và bất kỳ kênh logic nào khác giữa nhiều điểm cuối H.323. Trong hệ thống không có Gatekeeper, kênh báo hiệu được mở giữa hai điểm cuối liên quan tới cuộc gọi. Trong hệ thống có Gatekeeper, kênh báo hiệu cuộc gọi được mở giữa hai điểm cuối và Gatekeeper hoặc giữa các điểm cuối mà Gatekeeper chọn. 16
2.1.5 Các thiết bị cấu thành hệ thống H.323 Hình 2.5 Các thiết bị thành phần của hệ thống VoIP dựa trên H.323. Hình 2.5 cho biết các thiết bị thành phần cơ bản cấu thành một mạng VoIP dựa trên giao thức H.323. Theo khuyến nghị H.323, mạng VoIP có thể có 4 thiết bị cơ bản: đầu cuối H.323, Gatekeeper, Multipoint Control Unit và Gateway. 2.1.5.1 Thiết bị đầu cuối H.323 Thiết bị đầu cuối H.323 là các điểm cuối phía khách hàng, cung cấp giao diện trực tiếp giữa người dùng và mạng. Mạng VoIP sẽ cung cấp các khả năng truyền thông thời gian thực hai chiều giữa đầu cuối với đầu cuối khác, với Gateway hay MCU để trao đổi các tín hiệu điều khiển chỉ thị, audio, hình ảnh động hay dữ liệu giữa hai thiết bị. Hình 2.6 mô tả một cách tổng quát các khối chức năng của một đầu cuối H.323 bao gồm giao diện thiết bị người dùng, mã hoá audio, lớp H.225, chức năng điều khiển hệ thống và giao diện với mạng gói. Tất cả các đầu cuối thoại H.323 bắt buộc phải có một khối điều khiển hệ thống, lớp H.225.0, giao diện mạng và bộ mã hoá audio. 17
Khối điều khiển hệ thống cung cấp báo hiệu cho mục đích vận hành cấc đầu cuối H.323, nó cung cấp các chức năng như điều khiển cuộc gọi, thay đổi băng tần theo yêu cầu, chức năng tạo các bản tin thu phát mô tả và mở các kênh logic. Lớp H.225.0 thực hiện chức năng định dạng audio, thiết lập và mở các kênh logic chuyển đổi thông tin luồng dữ liệu vào các bản tin điều khiển báo hiệu. Hình 2.6 Thiết bị đầu cuối H.323. Giao diện mạng có chức năng chuyển đổi dạng bản tin H.323 thành dạng thích hợp trong mạng IP sử dụng các dịch vụ TCP, UDP. Như vậy nó phải hỗ trợ: • Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225. • Giao thức báo hiệu kênh điều khiển H.245. • Các giao thức RTP/RTCP cho các gói phương tiện. • Các bộ mã hoá/giải mã thoại: là phần tử bắt buộc trong thiết bị đầu cuối H.323. Các chuẩn mã hoá thường gặp là G.711, G.728 và G.723.1. Không bắt buộc có các bộ mã hoá/giải mã Video. Bộ này có chức năng mã hoá tín hiệu Video từ nguồn để truyền đi và giải mã tín hiệu Video 18
nhận được để đưa tới thiết bị hiện thị. Các chuẩn thường dùng là H.261, và H.263. 2.1.5.2 Gateway H.323 Gateway (GW) là một điểm cuối trong mạng thực hiện các chức năng chuyển đổi về báo hiệu và dữ liệu, cho phép các mạng hoạt động dựa trên các giao thức khác nhau có thể phối hợp với nhau. Trong mạng VoIP, Gateway H.323 cho phép kết nối mạng VoIP với các mạng khác. Nó cung cấp các khả năng truyền thông thời gian thực và song hướng giữa các đầu cuối H.323 trong mạng gói với các đầu cuối trong mạng khác hay với các Gateway khác. Trong khuyến nghị H.323, Gateway H.323 là một phần tử tuỳ chọn và được sử dụng như là một cầu nối giữa các đầu cuối H.323 với các đầu cuối H.310 (cho B-ISDN), H.320 (ISDN), H.321 (ATM), H.324M (Mobile). Các chức năng chính của Gateway là: • Cung cấp phiên dịch giữa các thực thể trong mạng chuyển gói (ví dụ mạng IP) với mạng chuyển mạch kênh (ví dụ PSTN). • Các Gateway cũng có thể phiên dịch khuôn dạng truyền dẫn, phiên dịch các tiến trình truyền thông, phiên dịch giữa các bộ mã hoá/giải mã hoặc phiên dịch giữa các đầu cuối theo chuẩn H.323 và các đầu cuối không theo chuẩn này. • Ngoài ra, nó còn tham gia vào việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi. Các thành phần của một Gateway được mô tả trong hình sau: Hình 2.7 Chức năng cơ bản của Gateway H.323. a. Media Gateway: MGW 19
Media Gateway (MGW) cung cấp phương tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hoá. Nó chuyển đổi giữa các mã truyền trong mạng IP (truyền trên RTP/UDP/IP) với mã hoá truyền trong mạng SCN (PCM, GSM)… MGW bao gồm các chức năng sau: • Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp địa chỉ IP cho các kênh thông tin truyền và nhận. • Chức năng chuyển đổi luồng: chuyển đổi giữa các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng SCN bao gồm việc chuyển đổi mã hoá và triệt tiếng vọng. • Chức năng dịch mã hoá: định tuyến các luông thông tin giữa mạng IP và mạng SCN. • Bảo mật thông tin: đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin kết nối với GW. • Kết cuối chuyển mạch kênh: bao gồm tất cả các phần cứng và giao diện cần thiết để kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh, nó phải bao gồm các bộ mã hoá và giải mã PCM luật A và PCM luật µ. • Kết cuối chuyển mạch gói: chứa tất cả các giao thức liên quan đến việc kết nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói bao gồm các bộ mã hoá/giải mã có thể sử dụng được. Theo chuẩn H.323 thì nó bao gồm RTP/RTCP và các bộ mã hoá giải mã như G.711, G.723.1, G.729… • Giao diện với mạng SCN: Kết cuối các kênh mang (ví dụ như DSO) từ mạng SCN và chuyển nó sang trạng thái có thể điều khiển bởi chức năng xử lý kênh thông tin. • Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN: chuyển đổi giữa kênh mang thông tin thoại, fax, dữ liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói. Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp ví dụ như: nén tín hiệu thoại, triệt tiếng vọng, triệt khoảng lặng, mã hoá, chuyển đổi tín hiệu fax và điều tiết tốc độ modem tương tự. Thêm vào đó, nó cũng thực hiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hoá tín hiệu thoại không mã hoá tín hiệu 20