Báo cáo tốt nghiệp: “Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat"

Chia sẻ: Nguyễn Ngọc Dũng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

864
lượt xem 366
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ khi tổ chức IETF (Internet Enginnering Task Force) công bố phiên bản SIP đầu tiên vào năm 1999 đến nay SIP đã trải qua nhiều biến đổi và cải tiến. Và phiên bản gần đây nhất là năm 2002. Hiện nay đã có hàng trăm nhà sản xuất bắt đầu kinh doanh máy chủ và điện thoại có tính năng SIP. SIP đóng vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng đa phương tiện như tin nhắn nhanh, video, game online…Đặc biệt hơn, thời gian gần đây cộng đồng VoIP đánh giá SIP là giao thức hàng đầu để...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tốt nghiệp: “Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat"

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Tel. (84-511) 736 949, Fax. (84-511) 842 771 Website: itf.ud.edu.vn, E-mail: cntt@edu.ud.vn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ NGÀNH : 05115 ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU GIAO THỨC SIP VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG VOICE CHAT Mã số : 02T2-24 Ngày bảo vệ : 13/06/2007 SINH VIÊN : TRẦN MINH ÁNH HUỲNH THANH QUANG LỚP : 02T2 CBHD : TS NGUYỄN THANH BÌNH ĐÀ NẴNG, 06/2007
LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Bình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua. Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép, nhưng chắc chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong sự thông cảm và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : 1 Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Thanh Bình.. 2 Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. 3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên, Trần Minh Ánh Huỳnh Thanh Quang
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................1 I. Đặt vấn đề.......................................................................................................1 II. Tóm tắt phương pháp triển khai, nội dung tóm tắt các chương tiếp theo ....1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................................3 I. Tổng quan về kỹ thuật VoIP và các yếu tố quan trọng đối với VoIP ..............3 I.1. VoIP là gì?...........................................................................................3 I.1.1. Các lợi ích của VoIP........................................................................3 I.1.2. Các ứng dụng của VoIP ..................................................................4 I.2. Các yếu tố quan trọng đối với VoIP ....................................................5 I.2.1. Thời gian trễ (Time Delay) ..............................................................5 I.2.2. Sự thay đổi thời điểm gói đến (Jitter)...............................................6 I.2.3. Điều chế xung theo mã PCM (Pulse Code Modulation) ..................6 I.2.4. Nén âm thanh ...................................................................................7 I.2.5. Khoảng lặng.....................................................................................9 I.2.6. Tiếng vọng (Echo)............................................................................9 I.2.7. Mất gói...........................................................................................10 I.2.8. Các giao thức vận chuyển ..............................................................10 II. Tìm hiểu giao thức SIP .............................................................................11 II.1. Giới thiệu...........................................................................................11 II.1.1. Lược sử SIP....................................................................................11 II.1.2. Vai trò và vị trí của SIP trong VoIP...............................................12 II.1.3. Các ưu điểm của SIP......................................................................13 II.2. Các đặc điểm của giao thức SIP ........................................................14 II.2.1. Thông điệp SIP (SIP messages) .....................................................14 II.2.2. Các thành phần của giao thức SIP (SIP Elements)........................16 II.3. Cấu trúc của giao thức SIP ................................................................17 II.4. Các giao thức liên quan .....................................................................17 II.4.1. Giao thức SDP (Session Description Protocol) .............................17 II.4.2. Giao thức RTP (Real-time Transport Protocol).............................20 II.4.3. Giao thức RTCP (Real-time Transport Control Protocol) .............22 II.5. Thiết lập cuộc gọi thông qua SIP.......................................................23 III. Đánh giá giao thức SIP và các bộ giao thức khác .....................................24 III.1. H323 ..................................................................................................24 III.2. So sánh SIP và H323 .........................................................................25 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .........................................................28 I. Mô hình Use – Case......................................................................................29 I.1. Mô hình UseCase hệ thống................................................................29 I.2. Danh sách Actors...............................................................................29 I.3. Danh sách UseCase ...........................................................................30 I.4. Đặc tả các UseCase chính..................................................................30
Mục lục ii I.4.1. Đặc tả UseCase “DangKy” ...........................................................30 I.4.2. Đặc tả UseCase “DangNhap”.......................................................31 I.4.3. Đặc tả UseCase “ThayDoiThongTin” ...........................................32 I.4.4. Đặc tả UseCase “TextChat”..........................................................33 I.4.5. Đặc tả UseCase “VoiceChat” .......................................................34 I.4.6. Đặc tả UseCase “GoiFile”............................................................35 I.4.7. Đặc tả UseCase “QuanLyHeThong”.............................................35 I.4.8. Đặc tả UseCase “QuanLyThanhVien” ..........................................36 II. Biểu đồ lớp ...............................................................................................37 II.1. Phân tích Use-case “QuanLyHeThong” ............................................37 II.1.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................37 II.1.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................37 II.2. Phân tích Use-case “QuanLyThanhVien”..........................................37 II.2.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................37 II.2.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................38 II.3. Phân tích Use-case “DangKy”...........................................................38 II.3.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................38 II.3.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................38 II.4. Phân tích Use-case “DangNhap” .......................................................39 II.4.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................39 II.4.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................39 II.5. Phân tích Use-case “VoiceChat” .......................................................39 II.5.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................39 II.5.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................40 II.6. Phân tích Use-case “TextChat”..........................................................40 II.6.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................40 II.6.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................40 II.7. Phân tích Use-case “GoiFile” ............................................................41 II.7.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................41 II.7.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................41 II.8. Phân tích Use-case “ThayDoiThongTin” ..........................................41 II.8.1. Sơ đồ lớp đối tượng........................................................................41 II.8.2. Danh sách các lớp đối tượng .........................................................42 III. Biểu đồ tuần tự..........................................................................................43 III.1. Xử lý “DangKy”................................................................................44 III.1.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................44 III.1.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................44 III.1.3. Danh sách hành động ....................................................................45 III.2. Xử lý “DangNhap” ............................................................................45 III.2.1. Biểu đồ tuần tự..............................................................................45 III.2.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................46 III.2.3. Danh sách hành động ....................................................................46 III.3. Xử lý “KhoiDongHeThong”..............................................................47 III.3.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................47 III.3.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................47
Mục lục iii III.3.3. Danh sách các hành động..............................................................47 III.4. Xử lý “XemDanhSach” ....................................................................48 III.4.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................48 III.4.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................48 III.4.3. Danh sách các hành động..............................................................49 III.5. Xử lý “GoiDien”................................................................................49 III.5.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................49 III.5.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................50 III.5.3. Danh sách các hành động..............................................................50 III.6. Xử lý “NhanCuocGoi” ......................................................................51 III.6.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................51 III.6.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................52 III.6.3. Danh sách các hành động..............................................................52 III.7. Xử lý “TextChat”...............................................................................53 III.7.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................53 III.7.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................54 III.7.3. Danh sách các hành động..............................................................54 III.8. Xử lý “LuuCuocGoi”.........................................................................55 III.8.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................55 III.8.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................55 III.8.3. Danh sách các hành động..............................................................55 III.9. Xử lý “GoiFile” .................................................................................56 III.9.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................56 III.9.2. Biểu đồ cộng tác ............................................................................56 III.9.3. Danh sách các hành động..............................................................57 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ....................................................................................58 I. Sơ đồ triển khai hệ thống ..............................................................................58 II. Thiết kế cơ sở dữ liệu................................................................................60 III. Thiết kế giao diện .....................................................................................60 III.1. Màn hình login Sip Client..................................................................60 III.2. Màn hình chính Sip Client.................................................................61 III.3. Màn hình chat text .............................................................................62 III.4. Màn hình đăng ký thành viên ............................................................63 III.5. Màn hình chính Sip Server ................................................................64 IV. Công cụ và môi trường phát triển .............................................................64 KẾT LUẬN ............................................................................................................65 I. Kết quả đạt được...........................................................................................65 II. Hướng phát triển .......................................................................................65
Mục lục iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1 – Điểm đánh giá MOS một số codec của ITU.................................................. 9 Bảng 2 – Một số điểm khác biệt giữa H323 và SIP .................................................... 26 Bảng 3 – Danh sách các UseCase của Actor User ...................................................... 30 Bảng 4 – Danh sách các UseCase của Actor Admin .................................................. 30 Bảng 5 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “QuanLyHeThong” .............. 37 Bảng 6 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “QuanLyThanhVien”............ 38 Bảng 7 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “DangKy”............................. 38 Bảng 8 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “DangNhap” ......................... 39 Bảng 9 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “VoiceChat” ......................... 40 Bảng 10 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “TextChat”.......................... 40 Bảng 11 – Danh sách các lớp đối tượng trong Use-case “GoiFile” ............................ 41 Bảng 12 – Danh sách lớp đối tượng trong Use-case “ThayDoiThongTin”................. 42 Bảng 13 – Danh sách các xử lý chính của hệ thống.................................................... 43 Bảng 14 – Danh sách các hành động của xử lý “DangKy”......................................... 45 Bảng 15 – Danh sách các hành động của xử lý “DangNhap” ..................................... 46 Bảng 16 – Danh sách các hành động của xử lý “KhoiDongHeThong” ...................... 47 Bảng 17 – Danh sách các hành động của xử lý “XemDanhSach” .............................. 49 Bảng 18 – Danh sách các hành động của xử lý “GoiDien” ........................................ 50 Bảng 19 – Danh sách các hành động của xử lý “NhanCuocGoi” ............................... 52 Bảng 20 – Danh sách các hành động của xử lý “TextChat” ....................................... 54 Bảng 21 – Danh sách các hành động của xử lý “LuuCuocGoi” ................................. 55 Bảng 22 – Danh sách các hành động xử lý “GoiFile” ................................................ 57 Bảng 23 – Danh sách các trường của bảng User ........................................................ 60 Bảng 24 – Mô tả các thành phần trên màn hình login Sip Client................................ 61 Bảng 25 – Mô tả các thành phần trên màn hình chính Sip Client ............................... 61 Bảng 26 – Mô tả các thành phần trên màn hình chat text ........................................... 62 Bảng 27 – Mô tả các thành phần trên màn hình đăng ký thành viên .......................... 63 Bảng 28 – Mô tả các thành phần trên màn hình chính Sip Server .............................. 64
Mục lục v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 – Thời gian trễ của một số truyền dẫn............................................................... 5 Hình 2 – Sự thay đổi thời điểm gói đến........................................................................ 6 Hình 3 – Sơ đồ điều chế xung theo mã......................................................................... 7 Hình 4 – VoIP stack ................................................................................................... 12 Hình 5 – Cấu trúc một thông điệp SIP........................................................................ 14 Hình 6 – Mã hoá gói tin RTP/UDP/IP........................................................................ 21 Hình 7 – Mô hình thực hiện cuộc gọi giữa hai UAC thông qua Proxy Server............ 23 Hình 8 – Mô hình Use-case của Actor User ............................................................... 29 Hình 9 – Mô hình Use-case của Actor Admin............................................................ 29 Hình 10 – Sơ đồ các lớp của Use-case “QuanLyHeThong” ....................................... 37 Hình 11 – Sơ đồ các lớp của Use-case “QuanLyThanhVien” .................................... 37 Hình 12 – Sơ đồ các lớp của Use-case “DangKy”...................................................... 38 Hình 13 – Sơ đồ các lớp của Use-case “DangNhap” .................................................. 39 Hình 14 – Sơ đồ các lớp của Use-case “VoiceChat” .................................................. 39 Hình 15 – Sơ đồ các lớp của Use-case “TextChat” .................................................... 40 Hình 16 – Sơ đồ các lớp của Use-case “GoiFile” ....................................................... 41 Hình 17 – Sơ đồ các lớp của Use-case “ThayDoiThongTin” ..................................... 41 Hình 18 – Biểu đồ tuần tự xử lý “DangKy” ............................................................... 44 Hình 19 – Biểu đồ cộng tác xử lý “DangKy” ............................................................. 44 Hình 20 – Biểu đồ tuần tự xử lý “DangNhap”............................................................ 45 Hình 21 – Biểu đồ cộng tác xử lý “DangNhap” ......................................................... 46 Hình 22 – Biểu đồ tuần tự xử lý “KhoiDongHeThong” ............................................. 47 Hình 23 – Biểu đồ cộng tác xử lý “KhoiDongHeThong” ........................................... 47 Hình 24 – Biểu đồ tuần tự xử lý “XemDanhSach” ..................................................... 48 Hình 25 – Biểu đồ cộng tác xử lý “XemDanhSach”................................................... 48 Hình 26 – Biểu đồ tuần tự xử lý “GoiDien” ............................................................... 49 Hình 27 – Biểu đồ cộng tác xử lý “GoiDien” ............................................................. 50 Hình 28 – Biểu đồ tuần tự xử lý “NhanCuocGoi” ...................................................... 51 Hình 29 – Biểu đồ cộng tác xử lý “NhanCuocGoi”.................................................... 52 Hình 30 – Biểu đồ tuần tự xử lý “TextChat” .............................................................. 53 Hình 31 – Biểu đồ cộng tác xử lý “TextChat”............................................................ 54 Hình 32 – Biểu đồ tuần tự xử lý “LuuCuocGoi” ........................................................ 55 Hình 33 – Biểu đồ cộng tác xử lý “LuuCuocGoi” ...................................................... 55 Hình 34 – Biểu đồ tuần tự xử lý “GoiFile”................................................................. 56 Hình 35 – Biểu đồ cộng tác xử lý “GoiFile”............................................................... 56 Hình 36 – Sơ đồ triển khai hệ thống ........................................................................... 58 Hình 37 – Sơ đồ quá trình gởi và nhận âm thanh giữa hai Sip_Client........................ 59 Hình 38 – Màn hình Login của Sip Client.................................................................. 60 Hình 39 – Màn hình chính Sip Client ......................................................................... 61 Hình 40 – Màn hình chat text ..................................................................................... 62 Hình 41 – Màn hình đăng ký thành viên hệ thống...................................................... 63 Hình 42 – Màn hình chính Sip Server ........................................................................ 64
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IETF Internet Engineering Task Force ISDN Integrated Services Digital Network ITU International Telecommunication Union PSTN Public Switch Telephone Network VoIP Voice Over Internet Protocol SNMP Simple Network Mangement Protocol PCM Pulse Code Modulation PAM Pulse Amplitude Modulation SNR Signal to Noise Ratio MOS Mean Opinion Score QoS Quality of Service VAD Voice Activity Detection UDP User Datagram Protocol TCP Transmission Control Protocol RTP Realtime Transport Protocol RTCP Realtime Transport Control Protocol OSI Open Systems Interconnection SIP Session Initiation Protocol SDP Session Description Protocol RAS Registration, Admission and Status SSL Secure Sockets Layer URI Universal Resource Identifier IP Internet Protocol MEGACO Media Gateway Control Protocol UAS User Agent Server UAC User Agent Client LAN Local Area Network
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU I. Đặt vấn đề Công nghệ thông tin đóng vai trò ngày càng quan trọng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống, đặc biệt là trong việc truyền thông tin. Ngày nay, cùng với sự triển của công nghệ thông tin nói chung, Internet đã làm biến đổi một phần thế giới. Sự phát triển của Internet tạo ra sự gần gũi giữa các miền vùng, các nước khác nhau về mặt khoa học công nghệ cũng như nhu cầu thông tin xã hội. Nhu cầu trao đổi thông tin của con người đang bùng nổ. Các mạng Internet tốc độ cao làm cho việc trao đổi các đa phương tiện ngày càng dễ dàng hơn đã tác động và làm thay đổi nhiều đến các cách truyền thông tin truyền thống của con người. Các ứng dụng truyền thông dựa trên Internet đang được phát triển rất mạnh. Để đáp ứng được sự phát triển này thì các giao thức mới, các tiêu chuẩn mới về Internet cũng được đưa ra với mục đích tạo ra chất lượng phục vụ tốt hơn. Và sự ra đời của giao thức SIP cũng không nằm ngoài mục đích đó. Từ khi tổ chức IETF (Internet Enginnering Task Force) công bố phiên bản SIP đầu tiên vào năm 1999 đến nay SIP đã trải qua nhiều biến đổi và cải tiến. Và phiên bản gần đây nhất là năm 2002. Hiện nay đã có hàng trăm nhà sản xuất bắt đầu kinh doanh máy chủ và điện thoại có tính năng SIP. SIP đóng vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng đa phương tiện như tin nhắn nhanh, video, game online…Đặc biệt hơn, thời gian gần đây cộng đồng VoIP đánh giá SIP là giao thức hàng đầu để điều khiển truyền tín hiệu qua Internet. Bên cạnh ứng dụng điện thoại Internet, hiện nay SIP cũng được triển khai trong thương mại điện tử. Chính vì vậy, chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat” nhằm tìm hiểu, nghiên cứu giao thức SIP từ đó xây dựng một hệ thống trao đổi thông tin giữa các người sử dụng với nhau thông qua việc trao đổi âm thanh, hình ảnh và gởi file dữ liệu dựa trên giao thức này. II. Tóm tắt phương pháp triển khai, nội dung tóm tắt các chương tiếp theo Nội dung đề tài bao gồm hai phần chính. Phần thứ nhất nghiên cứu lý thuyết về VoIP và giao thức SIP. Phần thứ hai sử dụng công cụ UML 2.0 phân tích hệ thống và thiết kế các xử lý cho bài toán bài toán. Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 1
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat Công cụ sử dụng xây dựng ứng dụng là môi trường MFC Visual C++ 6.0 tạo giao diện người sử dụng và các xử lý của hệ thống. Hệ thống đồng thời kết nối đến hệ quản trị MySQL có nhiệm vụ quản lý cơ sở dữ liệu về người sử dụng đã đăng ký thành viên hệ thống. Nội dung báo cáo bao gồm 5 chương: Chương 1: Mở đầu Giới thiệu đề tài Tóm tắt phương pháp triển khai Chương 2: Cơ sở lý thuyết Tổng quan về kỹ thuật VoIP và các yếu tố quan trọng đối với VoIP Tìm hiểu giao thức SIP Chương 3: Phân tích thiết kế hệ thống Xây dựng mô hình Use-case của hệ thống Xây dựng biểu đồ lớp cho các Use-case Xây dựng biểu đồ tuần tự và biểu đồ cộng tác các xử lý chính Chương 4: Xây dựng ứng dụng Sơ đồ triển khai hệ thống Thiết kế cơ sở dữ liệu Thiết kế giao diện Công cụ và môi trường phát triển Chương 5: Kết luận Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Tổng quan về kỹ thuật VoIP và các yếu tố quan trọng đối với VoIP I.1. VoIP là gì? Formatted: Noidung-Doan VoIP là từ viết tắt của Voice Over Internet Protocol. Đúng như tên gọi của chúng, phương thức truyền âm thanh này sử dụng phương pháp truyền tín hiệu âm thanh thông qua truyền các gói tin thông qua mạng IP. Bằng cách này, VoIP có thể sử dụng tốc độ của phần cứng để hoàn thành mục đích và có thể hữu dụng trên môi trường PC. I.1.1. Các lợi ích của VoIP Formatted: Noidung-Doan, Indent: Giảm chi phí: Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet và do First line: 0 pt đó tiết kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax. Người ta ước tính có khoảng 70% các cuộc gọi đến Châu Á là để gửi fax, phần lớn trong số đó có thể được thay thế bởi FoIP (Fax over IP). Sự chia sẻ chi phí thiết bị và thao tác giữa những người sử dụng thoại và dữ liệu cũng tăng cường hiệu quả sử dụng mạng bởi lẽ dư thừa băng tần trên mạng của người này có thể được sử dụng cho một người khác. Đơn giản hoá: Một cơ sở hạ tầng tích hợp hỗ trợ tất cả các hình thức thông tin cho phép chuẩn hoá tốt hơn và giảm tổng số thiết bị. Cơ sở hạ tầng kết hợp này có thể hỗ trợ việc tối ưu hoá băng tần động. Thống nhất: Vì con người là nhân tố quan trọng nhưng cũng dễ sai lầm nhất Formatted: Noidung-Doan, Indent: First line: 0 pt trong một mạng viễn thông, mọi cơ hội để hợp nhất các thao tác, loại bỏ các điểm sai sót và thống nhất các điểm thanh toán sẽ rất có ích. Trong các tổ chức kinh doanh, sự quản lý trên cơ sở giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP (Simple Network Management Protocol) có thể được cung cấp cho cả dịch vụ thoại và dữ liệu sử dụng VoIP. Việc sử dụng thống nhất giao thức IP cho tất cả các ứng dụng hứa hẹn giảm bớt phức tạp và tăng cường tính mềm dẻo. Các ứng dụng liên quan như dịch vụ danh bạ và dịch vụ an ninh mạng có thể được chia sẻ dễ dàng hơn. Nâng cao ứng dụng: Thoại và fax chỉ là các ứng dụng khởi đầu cho VoIP, các lợi ích trong thời gian dài hơn được mong đợi từ các ứng dụng đa phương tiện và đa dịch vụ. Chẳng hạn các giải pháp thương mại Internet có thể kết hợp truy cập Web với việc truy nhập trực tiếp đến một nhân viên hỗ trợ khách hàng... Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 3
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat I.1.2. Các ứng dụng của VoIP Giao tiếp thoại sẽ vẫn là dạng giao tiếp cơ bản của con người. Mạng điện thoại công cộng không thể bị đơn giản thay thế, thậm chí thay đổi trong thời gian tới. Mục đích tức thời của các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại IP là tái tạo lại khả năng của điện thoại với một chi phí vận hành thấp hơn nhiều và đưa ra các giải pháp kỹ thuật bổ sung cho mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network). Điện thoại có thể được áp dụng cho gần như mọi yêu cầu của giao tiếp thoại, từ một cuộc đàm thoại đơn giản cho đến một cuộc gọi hội nghị nhiều người phức tạp. Chất lượng âm thanh được truyền cũng có thể biến đổi tuỳ theo ứng dụng. Ngoài ra, với khả năng của Internet, dịch vụ điện thoại IP sẽ cung cấp thêm nhiều tính năng mới. Điện thoại thông minh: Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu: rẻ, phổ biến, dễ sử dụng, cơ động. Nhưng nó hoàn toàn “ngớ ngẩn”, chỉ có một số phím để điều khiển. Trong những năm gần đây, người ta đã cố gắng để tạo ra thoại thông minh, đầu tiên là các thoại để bàn, sau là đến các server. Nhưng mọi cố gắng đều thất bại do sự tồn tại của các hệ thống có sẵn. Internet sẽ thay đổi điều này. Kể từ khi Internet được triển khai, nó đã được sử dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu. Giữa mạng máy tính và mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ. Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển các cuộc thoại một cách tiện lợi hơn. Chúng ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet. Dịch vụ điện thoại web: "World Wide Web" đã làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách hàng của các doanh nghiệp. Điện thoại Web hay " bấm số" (click to dial) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể đưa thêm các phím bấm lên trang web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ. Dịch vụ bấm số là cách dễ nhất và an toàn nhất để đưa thêm các kênh trực tiếp từ trang Web của chúng ta vào hệ thống điện thoại. Truy cập các trung tâm trả lời điện thoại. Truy nhập đến các trung tâm phục vụ khách hành qua mạng Internet sẽ thúc đẩy mạnh mẽ thương mại điện tử. Dịch vụ này sẽ cho phép một khách hàng có câu hỏi về một sản phẩm được chào hàng qua Internet được các nhân viên của công ty trả lời trực tuyến. Dịch vụ fax qua IP: Nếu chúng ta gửi nhiều fax từ PC, đặc biệt là gửi ra nước ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet faxing sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được tiền và cả kênh thoại. Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC của chúng ta qua kết nối Internet. Hàng năm, thế giới tốn hơn 30 tỷ USD cho việc gửi fax đường dài. Nhưng ngày nay Internet fax đã làm thay đổi điều này. Việc sử dụng Internet không những được mở rộng cho thoại mà còn cho cả dịch vụ fax. Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 4
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet, có hai vấn đề cơ bản : Những người sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có chương trình phần mềm được cung cấp bởi các công ty dịch vụ. Cấu hình này cung cấp cho người sử dụng khả năng sử dụng thoại qua Internet thay cho sử dụng điện thoại để bàn truyền thống. Kết nối một gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành. Cấu hình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống như việc mở rộng hệ thống điện thoại hiện hành của chúng ta. I.2. Các yếu tố quan trọng đối với VoIP I.2.1. Thời gian trễ (Time Delay) Formatted: Noidung-Doan Thời gian trễ là khoảng thời gian cần thiết để tiếng nói thoát ra khỏi miệng người nói và đến được tai người nghe. Có 3 dạng trễ vốn có trong hệ thống điện thoại ngày nay: trễ do lan truyền, trễ do nối tiếp hóa, trễ do xử lý. Trễ lan truyền do tốc độ tín hiệu trong mạng các mạng truyền thông. Ánh sáng chạy qua chân không với tốc độ 300.000 km/s, và các điện tử di chuyển trong cáp đồng xấp xỉ 200.000 km/s. Một mạng cáp kéo dài liên tục qua nửa vòng trái đất một chiều có trễ lan truyền khoảng 70ms. Lượng trễ này không đáng kể nhưng nếu cộng thêm trễ xử lý có thể làm chất lượng thoại không đảm bảo đến mức không chấp nhận được. Trễ xử lý liên quan đến nhiều yếu tố, có thể do việc xử lý, việc truy cập đường truyền, hoặc do định tuyến trên mạng như là: quá trình đóng gói, nén gói tin, chuyển mạch…gây ra bởi các thiết bị chuyển tiếp qua mạng. Các trễ xử lý có thể ít tác động đến các mạng điện thoại truyền thống nhưng nó trở nên là vấn đề lớn trong các mạng chuyển mạch gói. Khi các gói được giữ trong một hàng đợi vì nghẽn trên giao tiếp ngõ ra, từ đó dẫn đến trễ xếp hàng. Có một số hệ điều hành giải quyết rất tốt việc di chuyển và xác định đích của gói. Chúng ta nên giữ giá trị trễ này nhỏ hơn 10ms bất cứ khi nào có thể bằng các giải thuật xếp hàng tối ưu. Chất lượng vệ tinh Chất lượng cao Fax Relay, Broadcast 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Hình 1 – Thời gian trễ của một số truyền dẫn. Một vài loại trễ là dài nhưng có thể chấp nhận được bởi không có sự lựa chọn nào khác. Trong truyền dẫn vệ tinh, phải mất đến gần 250 ms để hoạt động truyền đến được vệ tinh, và cần 250 ms để quay về mặt đất. Điều này làm tổng trễ lên đến trên Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 5
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat 500 ms. Mặc dù như vậy là vượt quá cho phép nhưng vẫn có nhiều cuộc đàm thoại diễn ra hằng ngày qua vệ tinh. Trong một mạng không quản lý được nghẽn, trễ hàng đợi có thể lên đến 2s, kết quả là mất gói. Khoảng thời gian này là không thể chấp nhận được trong bất kỳ mạng điện thoại nào. Một yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến tổng thời gian trễ là jitter. I.2.2. Sự thay đổi thời điểm gói đến (Jitter) Phát biểu đơn giản của jitter là sự thay đổi khoảng thời gian giữa các gói. Jitter là vấn đề chỉ tồn tại trong mạng chuyển mạch gói. Người gởi mong đợi truyền các gói thoại một cách tin cậy vào một khoảng thời gian không đổi, ví dụ một khung tin sau mỗi 20 ms. Các gói thoại này có thể trì hoãn và không đến đích vào các thời điểm cách đều nhau như đã gởi đi. Độ lệch giữa thời điểm mong đợi và thời điểm nhận được gói thực sự là jitter. A B C Sender A B C Recipient D1 D2=D1 D3≠D2 Hình 2 – Sự thay đổi thời điểm gói đến Formatted: Noidung-Doan, Indent: Hình vẽ cho thấy rằng thời gian cần để gởi gói A và B là bằng nhau (D1=D2). First line: 0 pt Gói C nhận được vào thời điểm trễ hơn so với dự định. Đây là lý do tồn tại bộ đệm jitter, bộ đệm này che đi sự thay đổi thời gian trễ giữa các gói. Cần lưu ý là jitter và trễ không phải là một, cho dù có nhiều jitter sẽ làm tăng tổng thời gian trễ trong mạng. Bởi vì càng có nhiều jitter thì cần có nhiều bộ đệm jitter để bù vào các khoảng thay đổi thời gian giữa các gói. Nếu mạng được quản lý tốt thì jitter trong mạng không phải là trở ngại lớn và bộ đệm jitter sẽ không làm tăng đáng kể tổng trễ. Bộ đệm jitter đôi khi còn được gọi là hàng đợi động (dynamic queue). Hàng đợi có thể tăng lên hay giảm xuống theo hàm mũ tùy vào thời gian giữa các gói. Mặc dù bộ đệm tĩnh vẫn được dùng, nhưng bộ đệm jitter động là tốt nhất. Các bộ đệm jitter tĩnh thì sẽ quá lớn và quá nhỏ, từ đó khiến cho chất lượng thoại giảm sút bởi nhiều gói bị mất hay thời gian trễ quá mức. Bộ đệm động sẽ tăng hay giảm dựa vào sự thay đổi của vài gói sau cùng. I.2.3. Điều chế xung theo mã PCM (Pulse Code Modulation) Formatted: Noidung-Doan, Indent: Mặc dù truyền thông tín hiệu analog là lý tưởng cho thông tin con người, First line: 0 pt nhưng truyền dẫn analog không bền vững và khó khôi phục lại thông tin từ đường dây bị nhiễu. Trong mạng điện thoại thế hệ đầu, khi truyền dẫn analog được chuyển qua Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 6
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat các bộ khuếch đại để bơm tín hiệu lên, không chỉ có tiếng nói được phóng to lên mà các tín hiệu nhiễu cũng được khuếch đại lên và làm ảnh hưởng đến cuộc gọi. Đối với các mẫu digital, với các bit 0 và 1, việc kiểm soát lỗi và khôi phục tín hiệu rất dễ dàng. Do đó, các tín hiệu analog được tái tạo từ các mẫu digital vẫn giữ nguyên chất lượng trung thực. Điều này dẫn đến sự ra đời các kỹ thuật số hóa. Như đã biết tiếng nói có tần số nằm trong dải âm tần nhỏ hơn 4kHz. Để chuyển đổi các tín hiệu này sang dạng số, theo lý thuyết lấy mẫu của Nyquist thì biên độ của tín hiệu phải được lấy mẫu là 8000 lần trong một giây. Tín hiệu được Tín hiệu điều Xung điều chế biên chế xung theo lấy mẫu độ xung PAM mã PCM Tín hiệu Lượng tử hóa Tín hiệu thoại Mạch lấy mẫu thoại analog và nén/giải nén được số hóa Hình 3 – Sơ đồ điều chế xung theo mã Tín hiệu lấy mẫu trước hết được chuyển sang một dòng xung, biên độ mỗi xung bằng với biên độ của tín hiệu analog tại thời điểm lấy mẫu. Các tín hiệu này được gọi là tín hiệu được điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation). Tín hiệu PAM vẫn còn là analog, chúng sẽ được chuyển sang dạng số hoàn toàn bằng cách lượng tử hóa các tín hiệu PAM, trong đó có một bit chỉ dấu của tín hiệu (âm và dương). Điều này có nghĩa là có 256 mức khác nhau được dùng. Tín hiệu sau cùng được gọi là tín hiệu điều chế theo xung mã PCM và có tốc độ 64kbps (8000 mẫu/giây, mỗi mẫu 8 bit), đây là tốc độ có sẵn của các kênh số (digital channel). I.2.4. Nén âm thanh Hai dạng cơ bản của nén 64kbps PCM được dùng phổ biến là a-law và µ-law. Các phương pháp giống nhau trong đó cả hai đều dùng nén logarit để đạt được 12 đến 13 bit chất lượng PCM tuyến tính theo 8 bit, nhưng chúng khác nhau ở một số chi tiết nhỏ. Hiện tại các nước vùng Bắc Mỹ dùng µ-law, các nước Châu Âu dùng a-law. Một số tiêu chuẩn do Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) cung cấp phổ biến nhất cho điện thoại và điện thoại số bao gồm các chuẩn bắt đầu với ký tự G. Chuẩn nén âm thanh G711 Chuẩn G.711 là một chuẩn nén âm thanh được sử dụng rộng rãi cho các hội nghị âm thanh. Chuẩn này mô tả phương pháp mã hoá và giải mã âm thanh với tốc độ 64kbps. Mỗi mẫu âm thanh là một số nhị phân có tám bit được sử dụng cho phạm vi toàn cầu. ITU đưa ra hai quy luật mã hóa là mã hóa theo quy luật a và mã hóa theo quy luật µ. Khi sử dụng luật mã hóa µ trong mạng truyền thông thì việc chặn tất cả Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 7
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat các tín hiệu ký tự 0 là yêu cầu nhất thiết. Giá trị lượng tử hóa là kết quả của luật mã hóa. Bất cứ sự chuyển đổi cần thiết giữa các quốc gia đều sử dụng quy luật µ. Khi tín hiệu ký tự được truyền tuần tự trong một tầng vật lý, bit số 1 (bit dấu) được truyền trước tiên và bit số 8 (bit ít có ý nghĩa nhất) được truyền cuối cùng. Chuẩn nén âm thanh G723 Chuẩn G.723 giới thiệu một bộ nén có thể dùng để nén tín hiệu thoại hoặc những tín hiệu âm thanh khác của các dịch vụ đa phương tiện ở tốc độ bit rất thấp. Trong thiết kế của chuẩn này, nguyên lý ứng dụng làm việc ở tốc độ truyền bit rất nhỏ. Bộ mã hóa này được tích hợp hai tốc độ khác nhau: 5.3 và 6.3kbps. Cả hai tốc độ đều hỗ trợ bởi bộ mã hóa và giải mã. Chúng có thể chuyển đổi qua lại tại bất kì khung truyền (30 ms) nào. Với tốc độ 6.3 kbps chất lượng âm thanh tốt hơn. Bộ mã hóa này nén thoại với chất lượng cao ở cả hai tốc độ nhưng ít sử dụng kỹ thuật phức tạp. Các tín hiệu âm thanh khác sau khi được nén cho âm thanh có chất lượng không thực lắm. Về độ trễ, bộ mã hóa này mã hóa tín hiệu thoại và những tín hiệu âm thanh khác bằng những khung 30 ms, thêm độ trễ của phần chuyển đổi giữa các khung 7.5 ms, thời gian trễ tổng cộng là 37.5 ms. Chuẩn nén âm thanh G729 Chuẩn nén âm thanh G729 là chuẩn nén mới nhất được ITU đưa ra. Những đặc điểm của chuẩn : chuẩn này sử dụng thuật toán mã hoá 8 kbps. Một trong những chuẩn dùng cho mọi ứng dụng bao gồm cả không dây. Các chuẩn cùng được phát triển với chuẩn này là G729A, G729D, G729E. Các ưu điểm của chuẩn G729: o Chất lượng của dịch vụ : bởi vì độ trễ của chuẩn này là 10 ms, nên nó được Formatted: Dau cham, Indent: First line: 0 pt dùng trong truyền âm thanh. Chất lượng của âm thanh không phụ thuộc vào khoảng cách giữa các máy điện thoại. o Tính tương thích : Bởi vì nâng cấp mạng để tăng khả năng băng thông là rất tốn kém. Do vậy các nhà cung cấp sẽ sử dụng những chuẩn chung để tương thích với những nhà phát triển khác. o Tính kinh tế : các công ty muốn tăng khả năng truyền âm thanh, dữ liệu, nâng cao chất lượng và giảm giá thành nên áp dụng chuẩn này. Ngoài ra còn các chuẩn khác như G.726, G.728… Formatted: Noidung-Doan, Indent: Điểm đánh giá bình quân First line: 0 pt Có thể kiểm thử chất lượng tiếng nói theo hai cách: chủ quan do con người thực hiện hoặc khách quan do máy tính thực hiện. Các loại mã được phát triển và hiệu chỉnh dựa vào các đo lường chất lượng tiếng nói một cách chủ quan. Các đo lường khách quan chuẩn, như tổng méo của sóng hài và tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR (signal to noise ratio) không phù hợp với cảm nhận của con người. Cảm nhận của con người mới chính là mục tiêu của hầu hết các Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 8
Nghiên cứu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng Voice Chat kỹ thuật nén tiếng nói. Một thông số chủ quan được dùng để xác định chất lượng là điểm đánh giá bình quân MOS (mean opinion score). MOS test cung cấp cho một nhóm người nghe. Người nghe cho mỗi mẫu một điểm theo thang điểm từ 1 (xấu) đến 5 (rất tốt). Điểm đánh giá MOS cho một số chuẩn của ITU được liệt kê trong bảng sau Bảng 1 – Điểm đánh giá MOS một số codec của ITU Phương pháp nén Tốc độ bit (Kbps) Kích thước mẫu (ms) Điểm MOS G711 64 0.125 4.1 G723 6.3 30 3.9 G726 32 0.125 3.85 G729 8 10 3.92 I.2.5. Khoảng lặng Trong các mạng PSTN ngày nay, một kênh song công 64Kbps được thiết lập giữa người nghe và người nói. Một cuộc gọi thông thường có đến 50% tổng băng thông bị lãng phí. Lượng băng thông lãng phí trong thực tế có thể nhiều hơn nếu ta tiến hành lấy mẫu thống kê các khoảng lặng và tạm dừng trong các mẫu tiếng nói hội thoại của con người. Khi dùng VoIP ta có thể sử dụng phần băng thông lãng phí này cho các mục đích khác khi dùng sự phát hiện hoạt động thoại VAD (Voice Activity Detection). VAD làm việc trên cơ sở phát hiện độ lớn tiếng nói theo decibel (dB) và quyết định khi nào thì cắt bỏ tiếng nói ra khỏi hoạt động đóng khung tin. Thông thường khi VAD phát hiện một sự suy giảm biên độ của tiếng nó, nó đợi một khoảng thời gian cố định trước khi dừng việc cài đặt khung tin âm thanh vào các gói. Khoảng thời gian cố định này được gọi là hangover thường là 200ms. Tuy nhiên VAD cũng gặp khó khăn trong việc xác định khi tiếng nói bắt đầu và kết thúc, trong việc phân biệt tiếng nói với nhiễu nền. Nếu chúng ta ở trong một căn phòng ồn ào thì VAD không thể phân biệt đâu là tiếng nói đâu là tạp âm. Điều này còn được gọi là SNR. Trong trường hợp này, VAD tự cấm ngay từ khi bắt đầu cuộc gọi. VAD cũng không phát hiện được khi nào bắt đầu của tiếng nói. Bắt đầu của câu nói đầu tiên thường bị xén gọi là front-end speech clipping. Bình thường người nghe không chú ý đến khoảng bị xén này. I.2.6. Tiếng vọng (Echo) Echo trong cuộc đàm thoại là một hiện tượng có thể gây phiền phức không thể chịu được. Trong mạng điện thoại truyền thống, echo thông thường bị gây ra bởi sự không phù hợp trở kháng từ sự chuyển mạng bốn dây sang vòng cục bộ hai dây. Echo trong mạng PSTN được kiểm soát bởi các bộ triệt echo và kiểm soát chặt chẽ sự không phù hợp trở kháng tại các điểm phản hồi. Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2 9