LUẬN VĂN:XÂY DỤNG GIẢI PHÁP VoIP CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Chia sẻ: Lan Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

238
lượt xem 103
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet hiện nay, cùng với các dịch vụ đi kèm, công nghệ truyền giọng nói qua mạng Internet (VoIP) dần một thay thế công nghệ truyền giọng nói qua mạng điện thoại truyền thống. Với những ưu điểm của mình công nghệ VoIP sẽ ngày một phát triển trong tương lai. Và trường đại học với hạ tầng mạng đã được xây dựng tốt và hoàn thiện cũng đang hướng tới việc sử dung công nghệ VoIP...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN:XÂY DỤNG GIẢI PHÁP VoIP CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRƯỜNG …………………. KHOA………………………. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐ Báo cáo tốt nghiệp Đề tài: XÂY DỤNG GIẢI PHÁP VoIP CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
TÓM TẮT NỘI DUNG Với sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet hiện nay, cùng với các dịch vụ đi kèm, công nghệ truyền giọng nói qua mạng Internet (VoIP) dần một thay thế công nghệ truyền giọng nói qua mạng điện thoại truyền thống. Với những ưu điểm của mình công nghệ VoIP sẽ ngày một phát triển trong tương lai. Và trường đại học với hạ tầng mạng đã được xây dựng tốt và hoàn thiện cũng đang hướng tới việc sử dung công nghệ VoIP để dần thay thế mạng điện thoại truyền thống. Khóa luận với đề tài “Xây dựng giải pháp VoIP cho trường Đại học Công Nghệ” sẽ trình bày cái nhìn tổng quan về hệ thống VoIP, cũng như thiết lập thử nghiệm hệ thống VoIP với các thiết bị sẵn có ở Trung tâm Máy Tính trường Đại học Công nghệ, qua đó đánh giá khả năng của thiết bị có đáp ứng đủ nhu cầu để triển khai cho toàn bộ trường đại học Công Nghệ, cùng với đó đề xuất các giải pháp triển khai VoIP cho trường đại học công nghệ với hệ thống sẵn có. Luận văn cũng đề cập đến các giải pháp VoIP của hãng khác dựa trên hệ thống hạ tầng mạng sẵn có của trường đại học Công nghệ.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU....................................................................................................1 1.1. Lý do lựa chọn đề tài .............................................................................................1 1.2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................2 1.3. Phương hướng thực hiện đề tài ............................................................................2 1.4. Kết quả đề tài đã thực hiện được .........................................................................2 1.5. Bố cục khóa luận....................................................................................................3 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ VoIP ...........................................................................4 2.1. Khái niệm VoIP .....................................................................................................4 2.2. Nguyên tắc hoạt động của VoIP ...........................................................................5 2.2.1. Nguyên tắc hoạt động ...................................................................................5 2.2.2. Phiên hoạt động của VoIP............................................................................5 2.3. Mô hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP ....................................................9 2.4. Các giao thức của VoIP.......................................................................................11 2.4.1. Giao thức báo hiệu và điều khiển cuộc gọi ................................................12 2.4.2. Giao thức điều khiển và truyền tải voice data............................................14 2.5. Sự khác biệt của gọi qua giao thức IP với gọi điện thông thường:.................16 2.5.1. Điện thoại Analog thông thường ................................................................16 2.5.2. Điện thoại VoIP ..........................................................................................17 2.6. Lợi ích của VoIP ..................................................................................................18 2.7. Các hạn chế của VoIP .........................................................................................21 CHƯƠNG 3. TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG VoIP .............................23 3.1. Mô tả hệ thống VoIP của Alcatel hiện có ở trường ĐHCN .............................23 3.1.1. Mô hình triển khai hệ thống VoIP ..............................................................23 3.1.2. Hệ thống đã triển khai ở trung tâm máy tính DHQG HN ..........................24 3.1.3. Các bước cấu hình tổng đài........................................................................24 3.1.4. Kết quả đã đạt được....................................................................................34 3.2. Đánh giá về hệ thống VoIP đã triển khai ..........................................................35 3.2.1. Khả năng của tổng đài hiện có ...................................................................35 3.2.2. Kết luận.......................................................................................................39 CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP VoIP CHO TRƯỜNG ĐHCN..........................................40
4.1. Thực trạng hệ thống mạng trường ĐHCN........................................................40 4.2. Thực trạng hệ thống điện thoại trường ĐHCN ................................................40 4.3. Nhu cầu của trường ĐHCN ................................................................................40 4.4. Các giải pháp VOIP tổng quan ..........................................................................40 4.4.1. Giải pháp kết nối mạng VoIP gián tiếp ......................................................40 4.4.2. Giải pháp kết nối mạng VoIP trực tiếp.......................................................41 4.4.3. Giải pháp kết nối VoIP tổng đài và máy nhánh .........................................42 4.4.4. Giải pháp kết nối các hệ thống VoIP dùng dịch vụ nhà cung cấp .............43 4.4.5. Giải pháp kết nối các hệ thống VoIP bằng xây dựng hệ thống riêng.........44 4.4.6. Sử dụng hệ hệ thống mã nguồn mở Asterik ................................................45 4.5. Giải pháp VoIP cho trường ĐHCN ...................................................................47 4.5.1. Giải pháp Alcatel ........................................................................................47 4.5.2. Mạng VoIP nội bộ .......................................................................................48 4.5.3. Kết nối mạng VoIP tới các chi nhánh (nếu có) ..........................................49 4.5.4. Kết nối tới các hệ thống VoIP khác ............................................................49 4.5.5. Các thiết bị điện thoại Alcatel sử dụng ......................................................49 4.6. Giải pháp của Cisco.............................................................................................52 4.6.1. Mô hình mạng .............................................................................................53 4.6.2. Các thiết bị IP phone Cisco ........................................................................53 4.7. Ưu điểm và nhược điểm của từng giải pháp .....................................................55 4.8. Kết luận về các giải pháp ....................................................................................56 KẾT LUẬN ..................................................................................................................58 PHỤ LỤC ..................................................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................62
BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết STT Viết đầy đủ Nghĩa tiếng việt tắt 1 PC Personal Computer Máy tính cá nhân 2 VoIP Voice over Internet protocol Thoại qua giao thức mạng 3 TTMT Trung tâm Máy Tính Trung tâm Máy Tính 4 ĐHCN Đại học Công Nghệ Đại học Công Nghệ 5 SIP Session Initation Prototcol Giao thức khởi tạo phiên Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch 6 PSTN Network kênh truyền thống Real-time Transport Giao thức giao vận thời gian 7 RTP Protocol thực 8 IP Internet Protocol Giao thức mạng 9 LAN Local Area Network Mạng cục bộ 10 VLAN Virtual LAN Mạng Lan ảo Realtime Transport Control Giao thức điều khiển giao vận 11 RTCP Protocol thời gian thực Internet Telephone Service Nhà cung cấp dịch vụ điện 12 ITSP Provider thoại qua Internet
Danh mục hình vẽ và bảng biểu Hình 2-1: Lấy mẫu tín hiệu giọng nói ..................................................................................7 Hình 2-2: Lượng tử hóa........................................................................................................7 Hình 2-3: Điều chế theo mã..................................................................................................8 Hình 2-4: Đóng gói gói tin ...................................................................................................9 Hình 2-5: Mô hình kiến trúc tổng quan mạng VoIP...........................................................10 Hình 2-6: Mô hình VoIP đơn giản......................................................................................11 Hình 2-7: Chuyển mạch kênh.............................................................................................16 Hình 2-8: Chuyển mạch gói ...............................................................................................17 Hình 2-9: Mô hình mạng và điện thoại truyền thống .........................................................19 Hình 2-10: Mô hình mạng điện thoại kết hợp voice ..........................................................19 Hình 2-11: Mô hình VoIP kết hợp analog..........................................................................20 Hình 3-1:: Mô hình VoIP triển khai ở TTMT ....................................................................23 Hình 3-2:: Các mode cấu hình cho tổng đài .......................................................................25 Hình 3-3: Add user và điện thoại cho tổng đài...................................................................26 Hình 3-4:: Tạo mailbox và lời chào cho từng mailbox ......................................................27 Hình 3-5: Cấu hình cho từng điện thoại .............................................................................27 Hình 3-6: Tạo danh sách gọi nhanh....................................................................................28 Hình 3-7: Danh bạ của tổng đài..........................................................................................28 Hình 3-8: Thời gian làm việc của hệ thống ........................................................................29 Hình 3-9: Tạo attendant group list......................................................................................30 Hình 3-10: Hệ thống voice mail unit..................................................................................30 Hình 3-11: Hệ thống chào tự động .....................................................................................30 Hình 3-12: Hệ thống chuyển máy nhánh tự động ..............................................................31 Hình 3-13: Menu transfer cuộc gọi ....................................................................................32 Hình 3-14: Tạo attendant group list....................................................................................33 Hình 3-15: Tạo nhóm Hunt group ......................................................................................33 Hình 3-16: Tạo nhóm Pick up group..................................................................................34 Hình 3-17: Cấu hình voice VLAN .....................................................................................34 Hình 3-18: Khả năng phần cứng của thiết bị ......................................................................35 Hình 3-19: Hệ thống board có sẵn trong thiết bị ................................................................36 Hình 3-20: Khả năng phần mềm của thiết bị......................................................................37 Hình 3-21: Khả năng liên kết multi-site của thiết bị ..........................................................38 Hình 3-22: Khả năng hỗ trợ hệ thống Vlan voice và data của thiết bị ...............................39 Hình 4-1: Giải pháp kết nối mạng VoIP gián tiếp..............................................................40 Hình 4-2: Giải pháp kết nối mạng VoIP trực tiếp ..............................................................41 Hình 4-3: Giải pháp kết nối tổng đài VoIP và các máy nhánh...........................................42 Hình 4-4: Giải pháp dùng ISTP..........................................................................................43 Hình 4-7: Mô hình mạng VoIP sử dụng hệ thống Alcatel .................................................48 Hình 1: Gọi từ Pc-PC..........................................................................................................59 Hình 2: Gọi từ điện thoại - PC............................................................................................59 Hình 3: Gọi từ điện thoại- điện thoại..................................................................................60 Bảng 1: Các icon và chức năng của điện thoại Alcatel mobile 100...................................61
LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi tới thầy Nguyễn Nam Hải lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em làm khóa luận tốt nghiệp. Em cũng xin cảm ơn các thầy ở trung tâm máy tính đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian làm khóa luận tại trung tâm máy tính. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Đại học Công Nghệ đã hết lòng dạy bảo, giúp đỡ em trong những năm học đại học, giúp em có những kiến thức và kinh nghiệm quý giá trong chuyên môn và cuộc sống. Những hành trang đó là một tài sản vô giá nâng bước cho em tới được với những thành công trong tương lai. Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Hà Nội, tháng 5 năm 2010 Sinh viên
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do lựa chọn đề tài Cùng với sự phát triển nhanh của mạng Internet, có rất nhiều dịch vụ sử dụng các giao thức IP cũng phát triển theo. Ngoài các dịch vụ về Web, Mail, FTP đã rất phát triển thì hiện nay các dịch vụ về Voice, Video trên nền IP cũng đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rất nhiều. Từ nhiều năm nay, VoIP là một công nghệ đang rất được thế giới quan tâm và ứng dụng ở trong thực tế vì những lợi ích mà nó đem lại. Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không chỉ đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng mà còn là cơ hội cải thiện các dịch vụ viễn thông trước kia với chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn. Đã từ lâu, mạng chuyển mạch kênh PSTN đã có một vai trò vô cùng quan trọng với sự phát triển của xã hội. Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng dịch vụ tốt, vùng dịch vụ rộng lớn trên khắp mọi lãnh thổ,… thì mạng PSTN cũng bộc lộ nhiều hạn chế như số lượng các dịch vụ hạn chế, sử dụng tài nguyên đường truyền không tối ưu, giá thành cao. Thế nhưng, ở các trường đại học Việt Nam, VoIP vẫn chưa được chú ý và đưa vào sử dụng nhiều. Nguyên nhân đầu tiên là để xây dựng được một vệ thống hoạt động tốt thì cần phải xây dựng một hạ tầng mạng tốt, và không phải trường nào cũng có điều kiện để xây dựng được một hệ thống như thế. Ngoài ra, kinh phí để xây dựng một hệ thống VoIP khá cao, các Ipphone có giá ngang gần một chiếc máy tính. Ngoài ra để xây dựng một hệ thống VoIP có thể hoạt động liên tục cần một nguồn điện ổn định cũng như nguồn điện dự phòng và nó sẽ làm tăng chi phí xây dựng hệ thống khá cao. VoIP là một giải pháp mới cho việc truyền tín hiệu giọng nói tích hợp song song với truyền dữ liệu, giúp giảm chi phí đáng kể cho những cuộc gọi đường dài trong nước cũng như quốc tế. Với những lợi ích mà VoIP đem lại, việc xây dựng hệ thống VoIP cho trường ĐHCN là một vấn đề cần thiết, đem lại không chỉ lợi ích trước mắt mà về lâu dài. Với những lợi thế về hạ tầng mạng rất tốt đã được xây dựng, hệ thống VoIP hoàn toàn có thể được xây dựng trên hệ thống mạng sẵn có mà không phải thay đổi nhiều đến cấu trúc mạng toàn trường. 1
Chính vì những lý do trên và để góp phần vào việc xây dựng được một hệ thống VoIP cho trường đại học công nghê nên em đã chọn đề tài “Xây dựng giải pháp VoIP cho trường đại học Công Nghệ”. 1.2. Mục tiêu của đề tài Mục đích của khóa luận là lắp đặt thử nghiệm hệ thống sẵn có, đánh giá khả năng của thiết bị tổng đài Alcatel sẵn có, để tiến tới có thể triển khai cho toàn bộ trường ĐHCN- DHQG Hà Nội hay không? Nếu vẫn dùng hệ thống tổng đài Alcatel thì cần phải nâng cấp thiết bị tổng đài thế nào để có thể đáp ứng được nhu cầu cho trường ĐHCN. Ngoài ra đưa thêm giải pháp thiết bị của hãng khác để có lựa chọn và phù hợp với hệ thống mạng đang sẵn có của trường. Ngoài ra phương hướng phát triển của trường ĐHCN là tích hợp các thiết bị di động vào trong hệ thống VoIP để giúp ta có thể sử dụng các thiết bị động như một chiếc điện thoại IP thông thường khi được kết nối vào mạng VoIP. Với việc sử dụng các điện thoại di động, ta có thể kết nối vào mạng VoIP ở bất cứ nơi nào thông qua mạng 3G hoặc GPRS, điều đó làm giảm chi phí cuộc gọi. Và với việc sử dụng thiết bị điện thoại di động, chỉ cần duy trì hệ thống tổng đài luôn luôn có điện là ta sẽ luôn luôn kết nối được với tổng đài. Trung tâm máy tính hiện có một bộ tổng đài Alcatel OmniPCX Office, bộ tổng đài có thể dùng làm file server, hoặc gateway internet, nhưng quan trọng nhất là hệ thống VoIP được tích hợp trong đó. Trường ĐHCN đã có sẵn một hạ tầng hệ thống mạng tốt và hoàn toàn có thể triển khai hệ thống VoIP trên hạ tầng có sẵn. 1.3. Phương hướng thực hiện đề tài Nghiên cứu về hệ thống VoIP và cách thức hoạt động của hệ thống. Đề ra giải pháp cũng như mô hình mạng VoIP cho trường ĐHCN. Nghiên cứu phương pháp triển khai hệ thống VoIP của Alcatel và sử dụng các thiết bị điện thoại. Triển khai và đưa vào hoạt động thử nghiệm các thiết bị của tổng đài để có thể đánh giá chất lượng của hệ thống. Đánh giá hệ thống khi đưa vào hoạt động trong phạm vi trường ĐHCN. 1.4. Kết quả đề tài đã thực hiện được Trình bày cái nhìn tổng quan về hệ thống VoIP. 2
Đề xuất được giải pháp xây dựng hệ thống VoIP cho trường đại học Công Nghệ dựa trên cơ sở lý thuyết. Triển khai thử nghiệm thành công hệ thống VoIP sử dụng thiết bị Alcatel tại trung tâm máy tính. Đưa ra được các vấn đề khi triển khai hệ thống VoIP trên trường ĐHCN sẽ gặp phải. 1.5. Bố cục khóa luận Dựa vào phương hướng thực hiện đề tài, trong nội dung của bài khóa luận tốt nghiệp này, em xin được giới thiệu các nội dung chính sau: Chương 1: Đặt vấn đề - Đưa ra lý do chọn đề tài cũng như phương hướng và kết quả khóa luận đã đạt được. Chương 2: Tổng quan về hệ thống VoIP - giới thiệu các khái niệm cũng như các giao thức và cách thức hoạt động của hệ thống VoIP. Chương 3: Mô tả hệ thống VoIP đã triển khai và đánh giá hệ thống VoIP đã triển khai. Chương 4: Đưa ra giải pháp VoIP cho trường ĐHCN. Kết luận Phụ lục Tài liệu tham khảo 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ VoIP 2.1. Khái niệm VoIP VoIP là một công nghệ sử dụng băng thông internet và các kết nối IP để truyền âm thanh thời gian thực. Bằng các thiết bị chuyển đổi, tín hiệu âm thanh (voice signal) sẽ được đóng gói thành thành các gói dữ liệu (data packets) và được truyền thông qua môi trường mạng Internet trong môi trường VoIP, sau đó các gói dữ liệu voice lại được chuyển thành tín hiệu âm ở thiết bị người nhận. Đầu năm 1995 công ty VOCALTEC đưa ra thị trường sản phẩm phần mềm thực hiện cuộc thoại qua Internet đầu tiên trên thế giới. Sau đó có nhiều công ty đã tham gia vào lĩnh vực này. Tháng 3 năm 1996, VOLCALTEC kết hợp với DIALOGIC tung ra thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN và Internet. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính đã sớm ra đời và thực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng Internet. Việc truyền thoại qua internet đã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. (trích dẫn từ Internet). VoIP sử dụng kỹ thuật số vì vậy để đảm bảo chất lượng cuộc gọi, hệ thống yêu cầu kết nối băng thông tốc độ cao như DSL hoặc cable. Ứng dụng hay được sử dụng của VoIP là các dịch vụ điện thoại dựa trên Internet có chuyển mạch điện thoại. Với ứng dụng này, để thực hiện cuộc gọi, ta vẫn phải quay số để thực hiện cuộc. Thế nhưng nó cũng tiết kiệm được khá nhiều chi phí. 4
VoIP (Voice over Internet Protocol) đã tạo nên một bước tiến lớn trong công nghệ thông tin cũng như trong hệ thống truyền thông . VoIP cho phép bạn truyền tiếng nói qua Internet tới mọi nơi trên thế giới và không phải trả cước viễn thông. Mặc dù những khái niệm về các giao thức cũng như hoạt động của VoIP là đơn giản, tuy nhiên việc thực hiện và ứng dụng các giao thức cũng như chuyển đổi tín hiệu trong VoIP là phức tạp. Để gởi voice, thông tin phải được đóng gói thành những gói (packet) giống như dữ liệu. Ta có thể dùng kĩ thuật nén gói để tiết kiệm băng thông, thông qua những tiến trình codec (compressor/de-compressor). Có rất nhiều loại giao thức dùng thực hiện dịch vụ VoIP, những giao thức báo hiệu (signaling) VoIP phổ biến là SIP và H323. Cả SIP và H323 đều dùng để để thiết lập giao tiếp cho những ứng dụng đa phuơng tiện (multimedia) như audio, video và những giao tiếp dữ liệu khác. Nhưng H323 chủ yếu được thiết kế cho những dịch vụ đa phuơng tiện, trong khi SIP thì phù hợp cho dịch vụ VoIP. RTP (Real-time Transport Protocol) định nghĩa định dạng chuẩn của gói tin cho việc phân phối audio và video qua Internet. 2.2. Nguyên tắc hoạt động của VoIP 2.2.1. Nguyên tắc hoạt động Giọng nói của ta là những tín hiệu analog. Và để chuyển sang được tín hiệu số ta phải dùng những thuật toán đặc biệt. Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổi khác nhau như VoIP phone hay softphone. nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần một thiết bị chuyển đổi là Telephony Adapter (TA). Sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng vào gói tin và gửi trên mạng IP. Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển (control) cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối… và RTP là giao thức truyền tải voice data. 2.2.2. Phiên hoạt động của VoIP Thiết lập cuộc gọi: trong quá trình này, để người gọi và người nhận kết nối được với nhau cần xác định đúng vị trí của người gọi và yêu cầu một kết nối để liên lạc với người nhận. Khi địa chỉ người nhận được xác định là tồn tại trên các server thì các server đó sẽ thiết lập một kết nỗi giữa hai người cho quá trình trao đổi dữ liệu voice diễn ra. 5
Xử lý tín hiệu gọng nói: Tín hiệu giọng nói (analog) sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu số (digital) rồi được nén lại nhằm tiết kiệm đường truyền (bandwidth) sau đó sẽ được mã hóa (tăng độ bảo mật). Các voice samples sau đó sẽ được chèn vào các gói dữ liệu để được vận chuyển trên mạng. Giao thức RTP sẽ dùng cho các gói voice.Một gói tin RTP có các field header để có thể chứa các thông tin cần thiết cho việc biên dịch lại các gói tin sang tín hiệu voice ở thiết bị người nhận cuộc gọi. Các gói tin voice được truyền đi bởi giao thức UDP. Ở thiết bị cuối, tiến trình được thực hiện ngược lại. 2.2.2.1. Số hóa tín hiệu Analog (Tham khả, trích dẫn http://planet.com.vn/hotro/kienthuc/dichvumang/voip/mlnews.2007- 12-03.9465319138) Để biểu giọng nói con người ở dạng analog thành dạng digiteal cần một số lượng lớn các giá trị digital để biểu diễn biên độ (amplitude), tần số (frequency) và pha (phase), và việc chuyển đổi nó thành dạng số nhị phân (zero và one) là rất khó. Vì vậy những thiết bị được gọi là codec (coder-decoder) hay là thiết bị mã và giải mã được phát triển để giải quyết vấn đề trên. Tín hiệu đện thoại analog (giọng nói con người) được đặt vào đầu vào của thiết bị codec và được chuyển đổi thành chuỗi số nhị phân ở đầu ra. Sau đó quá trình này thực hiện trở lại bằng cách chuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng qui trình codec. Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa (digitizing) một tín hiệu tương tự (analog): Lấy mẫu (Sampling) Lượng tử hóa (Quantization) Mã hóa (Encoding) Nén giọng nói (Voice Compression) PAM (Pulse-amplitude Modulation)- điều chế biên độ xung FDM (Frequency Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗi kênh được phân phối theo một băng tần xác địmnh, thông thường có bề rộng 4Khz cho dịch vụ thoại. 6
PCM (Pulse code modulation)- Điều chế theo mã: là phương pháp thông dụng nhất chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital (và ngược lại) để có thể truyền qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số. Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình chính: lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. Tiến trình này hoạt động như sau: Giai đoạn đầu tiên cuả PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số hoá), nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dưới dạng chuỗi PAM, sau đó phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng. Trong bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu được lương tử hoá được biểu diễn bởi các mã nhị phân • Lấy mẫu (Sampling) Hình 2-1: Lấy mẫu tín hiệu giọng nói Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10Khz. Tuy nhiên, hầu hết năng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này. Các kênh điện thoại thường giới hạn băng tần trong khoảng từ 300 đến 3400Hz. Tuy nhiên trong thực tế sẽ có một ít năng lương nhiễu được chuyển qua dưới dạng các tần số cao hơn tần số hiệu dụng 3400Hz. Với phổ tần số cao nhất cho thoại là 4000Hz hay 8000 mẫu được lấy trong một giây, khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125 micro giây. 2.2.2.2. Lượng tử hóa Hình 2-2: Lượng tử hóa 7
Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác cho mỗi mẫu được lấy. Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với biên độ (theo chiều cao) của mẫu. Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối với biên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượt mỗi mẫu sẽ được so sánh với một tập hợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp xỉ với nó. Qui định rằng tất cả các mẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử được xem có cùng giá trị. Sau đó giá trị gán được dùng trong hệ thống truyền. Sự phục hồi hình dạng tín hiệu ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại. Hình 2-3: Điều chế theo mã 2.2.2.3. Mã hóa (Encoding) Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức hay giá trị. Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu. Bảy bít còn lại biểu diễn cho độ lớn, bit đầu tiên chỉ nửa trên hay nửa dưới của dãy, bit thứ hai chỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục. Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại. Dùng bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông. Với tùy chọn này thí một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi dồng thời. 2.2.2.4. Nén giọng nói (Voice Compression) Mặc dù kĩ thuật mã hóa PCM 64 Kps là phương pháp được chuẩn hóa, nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt. Các phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM, nhờ 8
đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số. Chắc hẳn, các mã hóa tốc độ thấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và méo tần số. • Packetizing voice Hình 2-4: Đóng gói gói tin Mỗi một khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia thành những phần nhỏ, để đặt vào gói IP, VoIP thì không hiệu quả cho những gói tin nhỏ, trong khi những gói tin lớn thì tạo ra nhiều độ trễ, do ảnh hưởng của vài loại header mà kích thước của dữ liệu thoại (voice data ) cũng sẽ ảnh hưởng. Nếu gói bị mất nhiều hay đến đích không đúng thứ tự sẽ làm cho cuộc thoại bị ngắt quãng. Thông thường, cần khoảng 10us đến 30 us (trung bình là 20us) để đặt dữ liệu thoại vào bên trong gói tin, ví dụ phần dữ liệu thoại (voice data) với kích thước 160 byte không nén cần khoảng 20us để đặt phần dữ liệu thoại vào bên trong gói tin. Số lượng dữ liệu thoại bên trong gói tin cần cân bằng giữa sự hiệu quả trong sử dụng băng thông và chất lượng của cuộc thoại 2.3. Mô hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP Trước khi đi vào nghiên cứu cụ thể các giao thức truyền tải được sử dụng trong mạng VoIP, chúng ta đi vào xem xét mô hình tổng quan của mạng VoIP. Từ đó, chúng ta sẽ thấy được vị trí và vai trò của các giao thức này trong mạng. 9
Hình 2-5: Mô hình kiến trúc tổng quan mạng VoIP Trong mô hình này là sự có mặt của hai thành phần chính trong mạng VoIP đó là: •IP Phone (hay còn gọi là SoftPhone): là thiết bị giao diện đầu cuối phía người dùng với mạng VoIP. Cấu tạo chính của một IP Phone gồm hai thành phần chính: o Thành phần báo hiệu mạng VoIP: Sử dụng giao thức H.323 hoặc giao thức SIP (trình bày ở phần dưới) o Thành phần truyền tải media: sử dụng RTP để truyền luồng media với chất lượng thời gian thực và được điều khiển theo giao thức RTCP. •VoIP Server: tùy thuộc vào loại giao thức báo hiệu sử dụng, là đầu não chỉ huy mọi hoạt động của mạng. Server có thể tích hợp tất cả các chức năng (SoftSwitch) hoặc nằm tách biệt trên các Server chức năng khác nhau (Location Server, Registrar Server, Proxy Server,…). Nhưng về mô hình chung thì VoIP Server thực hiện các chức năng sau: o Định tuyến bản tin báo hiệu 10
o Đăng kí, xác thực người sử dụng o Dịch địa chỉ trong mạng o VoIP Server trong mạng như Bản tin báo hiệu được định tuyến thông qua VoIP Server còn tùy thuộc vào từng giao thức cụ thể lại có sự khác nhau nhất định. • Mô hình ứng dụng tổng đài VoIP Hình 2-6 là mô hình VOIP đơn giản, nó chỉ bao gồm tổng đài vừa đóng vai trò là một VoIP Gateway, vừa đóng vai trò là một VoIP server. Bên cạnh đó là các thiết bị đầu cuối trong hệ thống. Hình 2-6: Mô hình VoIP đơn giản 2.4. Các giao thức VoIP VoIP cần 2 loại giao thức: Signaling protocol và Media Protocol. 11
Signaling Protocol: là các giao thức điều khiển việc thiết lập cuộc gọi. Các loại signaling protocols bao gồm: H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248 và các loại giao thức có bản quyền riêng như UNISTIM, SCCP, Skype, CorNet-IP,… . Media Protocols: điều khiển việc truyền tải voice data qua môi trường mạng IP. Các loại Media Protocols như: RTP (Real-Time Protocol), RTCP (RTP control Protocol), SRTP (Secure Real-Time Transport Protocol), và SRTCP (Secure RTCP). Các nhà sản xuất, hoặc các nhà cung cấp dịch vụ VoIP có thể sử dụng các giao thức riêng hay các giao thức mở dựa trên nền giao thức tiêu chuẩn quốc tế là H.323 và SIP và để các thiết bị kết nối được với nhau thì phải cùng chung một chuẩn. Ví dụ Nortel sử dụng giao thức UNISTIM (Unified Network Stimulus), Cisco sử dụng giao thức SCCP (Signaling Connection Control Part) vì thế hai giao thức không thể liên liên hệ được với nhau. 2.4.1. Giao thức báo hiệu và điều khiển cuộc gọi 2.4.1.1. Bộ giao thức H.323 H.323: là giao thức được phát triển bởi ITU-T (International telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector). Giao thức này chuyển đổi các cuộc hội thoại voice, video, hay các tập tin và các ứng dụng đa phương tiện cần tương tác với PSTN. Là giao thức chuẩn, bao trùm các giao thức trước đó như H.225,H.245, H.235,… . Giao thức H.323 có 4 thành phần: Terminal( thiết bị đầu cuối): một PC hoặc một IP phone đang sử dụng giao thức H.323. Gateway: kết nối mạng H.323 với các mạng khác như SIP, PSTN,…Gateway chuyển đổi các giao thức trong việc thiết lập và chấm dứt các cuộc gọi, chuyển đổi các media format giữa các mạng khác nhau. GateKeeper: có vai trò là những điểm trung tâm (focal points) trong mô hình mạng H.323, các dịch vụ nền sẽ quyết định việc cung cấp địa chỉ (addressing),phân phát băng thông (bandwidth),cung cấp tài khoản, thẩm định quyền (authentication) cho các terminal và gateway… . Mutipoint control unit (MCU): hỗ trợ việc hội thoại đa điểm (conference) cho các máy đầu cuối( terminal 3 máy trở lên ). 12
Phương thức hoạt động của H.323 network: Khi một phiên kết nối được thực hiện, việc dịch địa chỉ (address translation) sẽ được một gateway đảm nhận. Khi địa chỉ IP của máy đích được xác nhận, một kết nối TCP sẽ được thiết lập từ địa chỉ nguồn tới người nhận thông qua giao thức Q.931 (là một phần của bộ giao thức H.323). Ở bước này, cả 2 nơi đều tiến hành việc trau đổi các tham số bao gồm các tham số mã hoá (encoding parameters) và các thành phần tham số liên quan khác. Các cổng kết nối và phân phát địa chỉ cũng được cấu hình. 4 kênh RTCP và RTP được kết nối, mỗi kênh có một hướng duy nhất. RTP là kênh truyền dữ liệu âm thanh (voice data) từ một thực thể sang một thực thể khác. Khi các kênh đã được kết nối thì dữ liệu âm thanh sẽ được phát thông qua các kênh truyền này thông qua các RTCP instructions. 2.4.1.2. Giao thức SIP SIP: (Session Initiation Protocol) được phát triển bởi IETF (Internet Engineering Task Force) MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) Working Group (theo RFC 3261). Đây là một giao thức kiểu diện ký tự (text-based protocol_ khi client gửi yêu cầu đến Server thì Server sẽ gửi thông tin ngược về cho Client), đơn giản hơn giao thức H.323. Nó giống với HTTP, hay SMTP. Gói tin (messages) bao gồm các header và phần thân (message body). SIP là một giao thức ứng dụng (application protocol) và chạy trên các giao thức UDP, TCP và STCP. Các thành phần trong SIP network: Cấu trúc mạng của SIP có những điểm khác so với giao thức H.232. Một mạng SIP bao gồm các End Points, Proxy, Redirect Server, Location Server và Registrar. Người sử dụng phải đăng ký với Registrar về địa chỉ của họ. Những thông tin này sẽ được lưu trữ vào một External Location Server. Các gói tin SIP sẽ được gửi thông qua các Proxy Server hay các Redirect Server. Proxy Server dựa vào tiêu đề “to” trên gói tin để liên lạc với server cần liên lạc rồi gửi các pacckets cho máy người nhận. Các redirect server đồng thời gửi thông tin lại cho người gửi ban đầu. Phương thức hoạt động của SIP network: SIP là mô hình mạng sử dụng kiểu kết nối ba bước (three way handshake method) trên nền TCP. Ví dụ trên, ta thấy một mô hình SIP gồm một Proxy và hai end points. SDP (Session Description Protocol) được sử dụng để mang gói tin về thông tin cá nhân (ví dụ như tên người gọi). Khi Bob gửi một INVITE cho proxy server với một thông tin SDP. Proxy Server sẽ đưa yêu cầu này đến máy của Alice. Nếu Alice đồng ý, 13