Tải bản đầy đủ

Tài liệu Luận văn tốt nghiệp "Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6" ppt

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống
VoIPv6
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
1
MỤC LỤC
Lời Nói Đầu………………………………………………………… 1
Lời Cảm Ơn………………………………………………………… 2
Mục Lục………………………………………………………………3
Danh Mục Các Từ Viết Tắt………………………………………… 5
Danh mục Các hình Vẽ……………………………………………….8
Chương 1 : Tổng quan về VoIP………………………………………9
1.1 Khái niệm VoIP…………………………………………………9
1.2 Đặc điểm của điện thoại IP và mạng VoIP…………………… 11
1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP…………………………… 16
1.4 Cơ chế làm việc của VoIP…………………………………… 17
1.5 Các vấn đề chất lượng của VoIP……………………………….20
Chương 2 : Kiến trúc hệ thống VoIP…………………………………23
2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP…………………….23
2.2 Các thành phần của mạng VoIP……………………………… 24
Chương 3 : Các giao thức báo hiệu VoIP……………………………32

3.1 Giao thức báo hiệu H.323…………………………………… 32
3.2 Giao thức báo hiệu SIP……………………………………… 43
3.3 So sánh giao thức SIP và H.323……………………………….50
3.4 Giao thức SGCP……………………………………………….52
3.5 Giao thức MGCP………………………………………………52
Chương 4 : Tổng quan địa chỉ IPv6…………………………………54
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
2
4.1 Sự ra đời của IPv6…………………………………………….54
4.2 Sơ lược một số đặc điểm của IPv6……………………………56
4.3 Địa chỉ IPv6………………………………………………… 61
4.4 Hoạt động của địa chỉ IPv6………………………………… 68
Chương 5 : Thiết kế hệ thống VoIPv6…………………………… 76
5.1 Mô tả hệ thống……………………………………………… 76
5.2 Thực hiện…………………………………………………… 77
5.3 Kết quả……………………………………………………….78
Kết luận…………………………………………………………….82
Tài liệu tham khảo………………………………………………….83

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự
chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông thế giới, lợi ích mà nó mang
lại là rất lớn. Đối với người tiêu dùng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được
là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể. Còn đối với các nhà sản xuất,
cung cấp và khai thác mạng, truyền thoại qua mạng Internet mở ra
những thách thức mới nhưng cũng hứa hẹn khả năng lợi nhuận đáng
kể. Đây cũng là một bước đột phá trong việc tiến tới một xu thế mạng
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
3
viễn thông mới. Công nghệ VoIp có rất nhiều ưu điểm như: giảm cước
phí dịch vụ thoại đường dài; hỗ trợ nhiều cuộc gọi với băng tần thấp
hơn; nhiều hơn và tốt hơn các dịch vụ nâng cao; sử dụng có hiệu quả
nhất giao thức IP… Tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm về bảo
mật và kĩ thuật phức tạp.
Với tình trạng phát triển nhanhcủa các dịch vụ mạng, dải địa chỉ IPv4
đang ngày càng cạn kiệt, VoIP không thể phát huy hết sức mạnh vốn
có của nó. Để tận dụng hết những ưu điểm của truyền thoại qua mạng
Internet đồng thời giải quyết được nhược điểm của cả VoIP thế hệ cũ
và IPv4, thì việc nghiên cứu và thử nghiệm truyền thoại qua IPv6 đã
được rất nhiều công ty, tổ chức trên thé giới chú ý. Ở Việt Nam dù vẫn
còn nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng và nguồn lực song không thể nằm
ngoài xu thế phát triển chung đó của thế giới.

LỜI CẢM ƠN
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
4
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa: điện – điện tử,
đã tận tình dạy bảo và dìu dắt em trong suốt thời gian học tập tại trường
ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp, để em có được kiến thức và có
thể thực hiện cũng như hoàn thành đề tài này. Đặc biệt em xin chân
thành cảm ơn cô giáo Đặng Thị Hương Giang, là giáo viên hướng dẫn
đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn cho em trong suốt quá trình làm đề tài.
Và em xin cảm ơn tất cả các bạn trong và ngoài lớp điện tử 16 đã giúp
đỡ em rất nhiều trong quá trình tìm kiếm tài liệu và góp ý cho bài làm
của em được tốt hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình em
đã tạo điều kiện cho em học tập để hôm nay em có thể hoàn thành được
đề tài này.
Em xin chúc các thầy, cô và các bạn cùng gia đình em sức khỏe và
hạnh phúc!
Hà Nội tháng 4 năm 2010
Sinh viên : Phạm Thị Huyền.
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt
VOIP Voice over Internet Protocol Hình thức truyền thoại qua Internet
TCP/IP Transport control protocol /
Internet protocol
Giao thức truyền và sửa lỗi đối với
Các dữ liệu.
LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ
WAN Wide Area Network Mạng rộng
PSTN Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại công cộng
SIP Session Inititation Protocol Giao thức khởi tạo phiên
PBX Private Branche Xchange Tổng đài chi nhánh riêng
RTP Real Time Transport Protocol Vận chuyển thời gian thực
RTCP Real Time Transport control
Protocol
Điều khiển truyền thời gian thực
RSVP Reservation Protocol Giao thức giữ trước tài nguyên
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tin
UDP User Datagram Protocol Dữ liệu người sử dụng
IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4
IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6
PC Personnal Computer Máy tính cá nhân
GSM Global System for Mobie Hệ thống toàn cấu cho điện thoại
di động
PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Tiêu chuẩn viễn thông châu âu
GK Gatekeeper Cổng quản lý mạng
GW Gateway Cổng nối mạng
SCN Switching Network Mạng chuyển mạch
ISDN Integrated Service Digital
Network
Mạng dịch vụ tích hợp số
DSL Digital Subcribe Line Đăng ký kỹ thuật số dòng
OAM Operation And Maintenance Vận hành quản lý và bảo dưỡng
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
6
Management
MGW Media Gateway Cổng trung gian
DTMF Dual Tone Multi Frequency
SGW Singnalling Gateway Cổng báo hiệu
RAS Registration Admission And
Status
Tình trạng đăng nhập
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
DRQ Data Read Queue Hàng đọc dữ liệu
HTTP Hypertext Tranfer Protocol Giao thức chuyển siêu văn bản
IETF Internet Engineering Task Force Nhiệm vụ kỹ thuật Internet
UA User Agent Đại diện người sử dụng
ACK Acknow Ledgement Ghi nhận
SDP Sesion Descripion Protocol Phiên bản mô tả giao thức
SMTP Simple Mail Tranfer Protocol Di chuyển giao thức đơn giản
ITU International Telecommunication
Union
Liên đoàn viễn thông quốc tế
RTT Radio Teletype Máy vô tuyến điện báo
OPS Operations Per Second Hoạt động phụ
OSP Operator Station Test Nhà điều hành trạm thử nghiệm
CPL Character Per Line Ký tự trên dòng
NAT Network Address Translation Công nghệ thay thế địa chỉ
ID Information Divce Thiết bị thông tin mạng
MAC Media Access Control Kiểm soát truy cập phương tiện
truyền thông
DNS Domain Name Server Hệ thống tên miền
ISP Internet Service Provider Cung cấp dịch vụ Internet
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
RFC Request For Comments Tài liệu chuẩn cho Internet
MSN Multicast Solicited Node Trưng cầu nút
DAD Duplicate Address Detection Dò tìm địa chỉ trùng lặp
ICMP Internet Control Manager ment
Protocol
Chữa giao thức quản lý Internet
NS Network services Mạng lưới dịch vụ
RA Repeat to Address Lặp lại đến địa chỉ
DHCP Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình địa chỉ động
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
7
MTU Maximum Transmition Unit Đơn vị tối đa có thể truyền được
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mã hóa âm thanh…………………………………………………9
Hình 1.2 Mô hình truyền thoại qua IP…………………………………… 10
Hình 1.3 Cấu trúc phân lớp của hoạt động VoIP………………………… 11
Hình 1.4 Các múc độ đánh giá chất lượng thoại………………………… 21
Hình 3.1 Cấu trúc H.323………………………………………………… 32
Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323………………………………32
Hình 3.3 Mô tả hoạt động của H.323………………………………………37
Hình 3.4 Tiến trình đăng ký với gatekeeper……………………………….38
Hình 3.5 Tiến trình thiết lập kênh media………………………………… 39
Hình 3.6 Tiến trình thay đổi băng thông………………………………… 40
Hình 3.7 Thiết lập cuộc gọi nội vùng………………………………………41
Hình 3.8 Thiết lập cuộc gọi liên vùng…………………………………… 42
Hình 3.9 Tiến trình ngắt kết nối liên vùng…………………………………43
Hinh 3.10 Cấu trúc của SIP……………………………………………… 44
Hình 3.11 Thiết lập cuộc gọi qua Proxy Server……………………………48
Hình 3.12 Thiết lập cuộc gọi qua Redirect Server…………………………49
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
8
Hình 4.1 Định dạng IPv6 header………………………………………… 58
Hình 4.2 Địa chỉ Unicast toàn cầu…………………………………………63
Hình 4.3 Mô tả cấu trúc địa chỉ link-local…………………………………64
Hình 4.4 Mô tả cấu trúc địa chỉ Site-Local……………………………… 65
Hình 4.5 Mô tả cấu trúc địa chỉ Multicast…………………………………66
Hình 4.6 Mô tả cấu trúc địa chỉ Node Solicited………………………… 68
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VoIP
1.1 Khái niệm VoIP :
VoIP (viết tắt của Voice over Internet Protocol – nghĩa là “truyền giọng nói
trên giao thức IP”) là truyền tiếng nói của con người (thoại) qua mạng thông tin
sử dụng bộ giao thức TCP/IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu trên mạng LAN, WAN,
Internet với thông tin được truyền tải là mã hóa của âm thanh. VoIP là một trong
những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với
nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ.
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
9

Hình 1.1: mã hóa âm thanh
VoIP là một công nghệ mà cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thông
rộng thay vì dùng đường dây điện thoại tương tự (analog). Nhiều dịch vụ dùng
Voice over IP có thể chỉ cho phép bạn gọi người khác dùng cùng loại dịch vụ, tuy
nhiên cũng có những dịch vụ cho phép gọi những người khác dùng số điện thoại
như số nội bộ,đường dài, di động, quốc tế. Trong khi cũng có những dịch vụ chỉ
làm việc qua máy tính, hay loại điên thoại qua IP(IP phone) đặc biệt. Cũng có vài
dịch vụ cho phép dùng điện thoại truyền thống qua một bộ điều hợp (adaptor).
VoIP cho phép thực hiện cuộc dùng máy tính qua mạng dữ liệu như Internet.
VoIP chuyển đổi tín hiệu thoại từ điện thoại tương tự analog vào tín hiệu số
(digital) trước khi truyền qua Internet, sau đó chuyển đổi ngược lại ở đấu nhận.
Khi tạo một cuộc gọi VoIP dùng điện thoại với một bộ điều hợp, chúng ta sẽ
nghe âm mời gọi, quay số sẽ xảy ra sau tiến trình này. VoIP có thể cũng sẽ cho
phép tạo một cuộc gọi trực tiếp từ máy tính dùng loại điện thoại tương ứng hay
dùng microphone.
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
10
VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vì phải
được truyền qua mạng PSTN. Ngày nay nhiều công ty đã thực hiện giải pháp
VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chi nhánh
xa nhau.

Hình 1.2 Mô hình truyền thoại qua IP
Nhìn chung VoIP có thể vừa thực hiện mọi cuộc gọi như trên mạng điện thoại
kênh truyền thống PSTN, vừa đồng thời truyền dữ trên cơ sở mạng truyền dữ
liệu. Do các ưu điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ
nên VoIP ngày nay được triển khai một cách rộng rãi.
Công nghệ này bản chất là dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế công
nghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Nó ghép nhiều kênh thoại trên một
đường truyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet, vì
thế có thể giảm giá thành. Nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hóa tín hiệu
tiếng nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
11
tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của
bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu.
Để thực hiện việc này, điện thoại IP thường được tích hợp sẵn các nghi thức
báo hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP ( IP PBX ) của
doanh nghiệp hay của nhà cung cấp dịch vụ. Điện thoại IP có thể ở dạng như một
điện thoại thông thường ( chỉ khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đường
dây thì điện thoại IP nối trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet ) hoặc phần
mềm thoại (soft-phone) cài trên máy tính.
Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP phổ biến hiện nay được mô tả giống như
cấu trúc phân lớp của mô hình TCP/IP và được biểu diễn như sau:

Hình 1.3 cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP
1.2 Đặc điểm của điện thoại IP và mạng VoIP:
Điện thoại IP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu,
khai thác tính linh hoạt trong quá trình phát triển các ứng dụng mới của giao thức
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
H.323
RTP, RTCP, RSVP
TCP, UDP
IPv4, IPv6
Network, Access
12
IP và nó được áp dụng trên mạng toàn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của công
nghệ mang đến nhưng ưu điểm như sau:
• Giảm chi phí cuộc gọi:
Ưu điểm nổi bật của điện thoại IP so với dịch vụ điện thoại hiện tại là
khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ với chất lượng chấp
nhận được. Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai, thì chi phí cho một
cuộc gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy nhập Internet.
Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyền
tải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao. Đồng thời, kỹ
thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64Kbps xuống thấp tới 8Kbps
kết hợp với tốc độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việc
truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng tài
nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ.
So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua
mạng IP:
+ PSTN: Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi
phí phải bỏ ra để duy trì cho một kênh 64kbps suốt từ đầu cuối này tới
đầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng đài. Chi phí này đối với
các cuộc gọi đường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn.
+ IP: Người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh
64kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phương. Nhà
cung cấp dịch vụ điện thoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đóng gói
tín hiệu thoại và gửi chúng đi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất
để tới được Gateway nối tới một mạng điện thoại khác có người liên
lạc đầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm đáng kể chi phí cuộc gọi
do phần lớn kênh truyền 64Kbps đã được thay thế bằng việc truyền
thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
13
• Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong điện thoại
IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể đi trên cùng
một mạng IP. Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư để xây dựng
những mạng riêng rẽ.
• Khả năng mở rộng: Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ thống
kín, thì rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong
mạng Internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới.
Chính tính mềm dẻo đó mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mở
rộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống.
• Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói
thông tin trong mạng IP truyền đến đích mà không cần một sự thiết lập
kênh nào. Gói tin chỉ cần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông
tin đó có thể đến được đích. Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trong
mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không cần phải
tập trung vào chức năng thiết lập kênh.
• Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh tài nguyên
băng thông cung cấp cho một cuộc thoại là cố định, nhưng trong điện
thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn
nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp thì
băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể,
nhưng khi lưu lượng của mạng cao thì mạng sẽ hạn chế băng thông của
từng cuocj gọi ở múc duy trì chất lượng thoại chấp nhận được nhằm
phục vụ cùng lúc được nhiều người nhất. Điểm này cũng là một yếu tố
làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP.Việc quản lý băng thông
một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ
cao cấp hơn như điện thoại hội nghị (là loại điện thoại để bàn VoIP
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
14
dựa trên SIP có khả năng mở rộng cao với công nghệ hàng đầu. Điện
thoại hội nghị mang lại âm thanh rõ nét tuyệt vời trong toàn bộ phòng
họp trên hệ thống điện thoại VoIP), điều mà với công nghệ chuyển
mạch cũ thì không thực hiện vì chi phí quá cao.
• Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra
nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại như: Cho biết thông tin về
người gọi tới hay một thuê bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc
mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất.
• Khả năng multimedia: Trong một cuộc gọi người sử dụng có thể vừa
nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ
liệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia.
• Sử dụng hiệu quả: Như đã biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet và
sử dụng giao thức IP, ngày nay IP là giao thức mạng được sử dụng rộng
rãi nhất và có rất nhiều ứng dụng đang được khai thác trên cơ sở các
giao thức của mạng IP, VoIP có thể kết hợp sử dụng các ứng dụng này
để nâng cao hiệu quả sử dụng mạng. Kỹ thuật VoIP được sử dụng chủ
yếu kết hợp với các mạng máy tính do đó có thể tận dụng được sự phát
triển của công nghệ thông tin để nâng cao hiệu quả sử dụng, các phần
mềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc khai thác các dịch vujcua mạng VoIP.
Công nghệ thông tin càng phát triển thì việc khai thác càng có hiệu quả,
sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ mới hỗ trợ người sử dụng trong mọi lĩnh vực.
Tuy nhiên công nghệ IP cũng có những hạn chế như:
• Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng
chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không
thể tránh và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên
mạng. Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được cần phải có một
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
15
kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe như: tỉ số nén
lớn, có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc…
Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder-bộ mã hóa và giải
mã) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Đồng
thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ
mới để có tốc độ cao hơn và có cơ chế thực hiện chức năng QoS
(Quality of Service-chất lượng dịch vụ).
• Vấn đề bảo mật: Mạng Internet là mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp,
trông đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau
cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo
rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử
dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. Và nguy cơ nghe lén
cuộc gọi VoIP khá cao do các gói dữ liệu phải chuyển tiếp qua nhiều
trạm trung gian trước khi đến người nghe hoặc vấn đề truy cập trái phép
(unauthorized access attack), hacker có thể lợi dụng các lỗ hổng bảo
mật để xâm nhập vào hệ thống mạng.
• Ngoài ra: VoIP có thể gặp những vấn đề như không thể sử dụng được
dịch vụ khi cúp điện, không thể kết nối đến các dịch vụ khẩn như: cấp
cứu, báo cháy

) Ứng dụng của VoIP:
+ Internet Telephone: là thiết bị giống như điện thoại thông thường
nhưng có thể kết nối vào mạng máy tính đồng thời có thể hỗ trợ hoặc không
hỗ trợ kết nối vào mạng điện thoại công cộng PSTN. Internet Telephone còn
có khả năng truyền và nhận tín hiệu âm thanh trực tiếp từ các mạng số liệu, nó
có thể sử dụng được như một thiết bị truy cập Internet thông thường. Internet
Telephone trong tương lai sẽ phát triển mạnh với mô hình nhà cung cấp dịch
vụ.
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
16
+ Gateway IP – PSTN: Để có thể sử dụng mạng VoIP với mạng điện
thoại công cộng PSTN thì gateway IP – PSTN là một cổng kết nối cho phép
trao đổi các thông tin trên hai mạng. Gateway có thể trực tiếp hai mạng nói
trên hoặc có thể sử dụng kết hợp với các PBX. Gateway IP – PSTN có hai
giao diện chính đó là: giao diện với mạng PSTN và giao diện với mạng
Internet. Gateway có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu cũng như chuyển đổi
và xử lý các bản tin báo hiệu sao cho phù hợp với các giao diện
+ Các ứng dụng mở rộng: Trên cơ sở gateway IP – PSTN, chúng ta có
thể phát triển thiết kế gateway IP – mobile để có thể trực tiếp trao đổi thông
tin giữa mạng di động với mạng Internet. Điều này có ý nghĩa hết sức to lớn
trong thời điểm thông tin di động đang phát triển trên khắp toàn cầu. Người sử
dụng máy di động không chỉ có thể liên lạc được mà còn có khả năng truy
nhập thông tin và sử dụng các dịch vụ Internet. Có thể mở rộng kết hợp với
các ứng dụng web phone. Ngoài ra có thể phát triển các ứng dụng VoIP như
truyền hình hội thảo hay điện thoại có hình.
Như vậy điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềm
năng. Trong tương lai điện thoại IP sẽ cung cấp các dich vụ hiện có của điênj
thoại trong mạng PSTN và các dịch vụ mới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích cho
đông đảo người dùng. Tuy nhiên điện thoại IP với tư cách là một dịch vụ sẽ
không trở nên hấp dẫn hơn PSTN vì nó chạy trên mạng IP. Khách hàng chỉ chấp
nhận loại dịch vụ này vì nó đưa ra được một chi phí thấp và những tính năng vượt
trội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại.
1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP
1.3.1 Mô hình PC to PC
Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một
microphone, một speraker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua
modem hoặc card mạng. Mỗi máy tính được cung cấp một địa chỉ IP và hai máy
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
17
tính, vậy là đã có thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet.
Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa và giải mã, nén và giải
nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy
tính nối với cùng một mạng mới có khả năng trao đổi thông tin với nhau.
1.3.2 Mô hình PC to phone
Mô hình PC to phone là một mô hình được cái tiến hơn so với mô hình PC
to PC. Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi
đến mạng PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và
mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị đặc biệt dó là gateway.
Đây là mô hình cơ sở để dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN
cũng như các mạng GSM hay đa dịch vụ khác.
1.3.3 Mô hình phone to phone
Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to phone, sử dụng Internet làm
phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với
mạng Internet thông qua các gateway. Khi tiến hành cuộc gọi, mạng PSTN sẽ kết
nối đến gateway gần nhất, tại đây địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTN
sang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích. Đồng thời
gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau
đó mã hóa, nén, đóng gói lại và gửi qua mạng. Mạng đích cũng được kết nối với
gateway và tại đó địa chỉ lại được chuyển đổi trở thành địa chỉ PSTN và tín hiệu
được giải nén, giải mã, rồi chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào
mạng PSTN đến đích.
1.4 Cơ chế làm việc của VoIP:
Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó
là những tín hiệu analog. Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số dùng
thuật toán đặc biệt để chuyển đổi. Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổi
khác nhau như IP phony hay soft phone, nếu dùng điện thoại analog thông
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
18
thường thì cần một Telephone Adapter (TA). Sau đó giọng nói được số hóa sẽ
được đóng vào gói tin và gởi trên mạng IP. Trong suốt tiến trình một giao thức
như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển cuộc gọi như là thiết lập, quay số,
ngắt kết nối… và RTP thì được dùng cho tính năng đảm bảo độ tin cậy và duy trì
chất lượng dịch vụ trong quá trình truyền.
1.4.1 Số hóa tín hiệu Analog:
Biểu diễn tín hiệu tương tự(analog) thành dạng số (digital) là công việc khó
khăn. Vì bản thân dạng âm thanh như giọng nói con người ở dạng analog do đó
cần một số lượng lớn các giá trị digital để biểu diễn biên độ (amplitude), tần
số(frequency) và pha (phase), chuyển đổi những giá trị đó thành dạng số nhị phân
(zero và one) là rất khó khăn. Cần thiết cần có cơ chế dùng để thực hiện sự
chuyển đổi này và kết quả của sự phát triển này là sự ra đời của những thiết bị
được gọi là codec (coder-decoder) hay là thiết bị mã hóa và giải mã. Tín hiệu đện
thoại analog 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 quy trình codec.
1.4.2 Lấy mẫu (Sampling):
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. Do
đó để tiết kiệm băng thông trong các hệ thống truyền được ghép kênh theo FDM
và cả TDM. 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. Vì thế phổ tẩn số có
thể được mở rộng đến 4Khz, theo lý thuyết Nyquist: khi một tín hiệu thì được lấy
mẫu đồng thời ở mỗi khoảng định kì và có tốc độ ít nhất bằng hai lần phổ tần số
cao nhất, sau đó những mẫu này sẽ mang đủ thông tin để cho phép việc tái tạo lại
chính xác tín hiệu ở thiết bị nhận. Với phổ tần số cao nhất cho thoại là 4000Hz
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
19
hay 8000 mẫu được lấy trong một giây, khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125 micro
giây.
1.4.3 Lượng tử hoá (Quantization):
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.
1.4.4 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 thì một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi đồng thời.
1.4.5 Nén giọng nói(Voice Compression):
Mặc dù kĩ thuật mã hóa PCM 64 Kps hiện hành 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 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.
1.4.6 Packetizing voice:
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
20
Mỗi 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 thưóc cuả dữ liệu thoại (voice data ) cũng
sẽ ảnh hưởng. Ví dụ header của IP, UDP, RTP là 40 byte, nếu gói tin voice
cũng chỉ khoảng 40 byte thì hoàn toàn không hiệu quả, kích thước gói tin
lớn nhất có thể trong môi trường Ethernet là 1500 byte, dùng 40 byte cho
header còn lại 1460 byte có thể sử dụng cho phần dữ liệu thoại, tương đương
với 1460 mẫu (samples) không được nén hay thời gian để đặt phần dữ liệu
vào gói tin. Nếu gói bị mất nhiều hay đến đích không đúng thứ tự sẽ làm cho
cuộc thoại bị ngắt quãng. Thông thường, cần khoảng 10
µ
s đến 30
µ
s
(trung bình là 20
µ
s) để đặt dữ liệu thoại vào bên trong gói tin, ví dụ phần
dữ liệu thoại (voice data) vơí kích thước 160 byte không nén cần khoảng 20
µ
s 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.
1.5 Các vấn đề chất lượng của VoIP:
Đòi hỏi cơ bản nhất của hệ thống VoIP là phải có chất lượng thoại tương
đương với chất lượng thoại trong mạng PSTN. Chất lượng thoại được chia
thành các cấp độ khác nhau, việc đánh giá chất lượng thoại còn mang tính
chủ quan nhưng cũng có một số tham số được dùng để đánh giá chất lượng
thoại. Có 3 tham số chính quyết định chất lượng thoại đó là : trễ, trượt và
mất gói.

SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
21

Chất lượng như nói chuyện trực tiếp
Chất lượng điện thoại
Có thể hiểu được ý nhưng chất lượng chưa tốt lắm
Không hiểu hết từ nhưng hiểu ý của người nói
Không hiểu được từ và ý của người nói
Hình 1.4 Các mức độ đánh giá chất lượng thoại
• Trễ (Delay):
Trễ là một nhân tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại, thời gian trễ lớn làm
giảm chất lượng thoại rất nhiều. Mỗi hệ thống truyền thông chỉ cho phép một giới
hạn trễ nhất định, khi thời gian trễ trong hệ thống vượt quá 400ms thì chất lượng
cuộc liên lạc là không chấp nhận được. Thời gian trễ có thể chấp nhận được nằm
trong khoảng từ 200ms đến 400ms. Muốn đạt được chất lượng cuộc gọi tốt thì
thời gian trễ yêu cầu không quá 200ms. Thời gian trễ được phân chia thành 2 loại
là thời gian trễ cố định (như thời gian trễ truyền dẫn) và trễ biến đổi (như thời
gian trễ do xếp hàng đợi ở router). Yêu cầu giảm trễ là rất cần thiết trong hệ
thống VoIP để có thể nâng cao chất lượng dịch vụ.
• Trượt (Jitter):
Trượt là sự chênh lệch về thời gian đén của các gói trong mạng gây ra do sự
chênh lệch thời gian truyền dẫn của các gói thoại theo các đường khác nhau từ
nguồn đến đích. Để có thể tái tạo tiếng nói một cách chính xác trung thực thì bên
bên thu cần phải loại bỏ Jitter. Phương pháp được sử dụng để loại bỏ Jitter hiện
đang được sử dụng là dùng bộ đệm. Các gói sau khi nhận sẽ được lưu trong bộ
đệm và sẽ được xử lý lần lượt. Dùng bộ đệm sẽ tránh được những thời gian trễ
lớn của các gói tin. Nhưng bù lại thì bộ đệm làm tăng thêm thời gian trễ trong hệ
thống, thời gian trượt càng lớn thì dung lượng bộ đệm cũng phải lớn. Nhưng bộ
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
22
đệm càng lớn thì thời gian trễ gây ra càng lớn. Do vậy việc tính toán dung lượng
của bộ đệm thích hợp với từng hệ thống là rất cần thiết, sao cho tránh được trượt
mà thời gian trễ không làm giảm chất lượng của hệ thống.
• Mất gói (packet loss):
Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin đều được chuyển
giao. Các gói tin có thể bị mất trong trường hợp mạng bị quá tải, nghẽn mạng
hoặc do đường kết nối không đảm bảo. Yêu cầu tỉ lệ mất gói là nhỏ hơn 10%. Do
hạn chế của thời gian trễ nên các giao thức truyền bảo đảm không thích hợp để
giải quyết vấn đề này. Để duy trì chất lượng thoại ở múc chấp nhận được mặc dù
không thể tránh khỏi các nguyên nhân bất thường trong mạng, một số kỹ thuật đã
được đưa ra. Đó là kỹ thuật thay thế các gói tin mất bằng những khoảng im lặng.
Người ta cũng giảm số lượng các gói truyền qua mạng bằng kỹ thuật nén tín hiệu.
Sử dụng bộ phận phát hiện tích cực thoại, khi hai bên không tích cực thoại thì
không trao đổi thông tin và phát tạp âm dễ chịu, sử dụng phương pháp này làm
tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền. Ngoài ra cần nâng cao độ tin cậy của đường
truyền như tăng tốc độ kênh truyền, tăng dung lượng hệ thống thiết bị truyền dẫn.
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
23
CHƯƠNG 2 : KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP
2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP :
2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP :
Theo tiêu chuẩn của tổ chức ETSI, cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể gồm
các phần sau:
- Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP.
- Mạng xương sống, mạng truy nhập Ip.
- Gateway điều khiển phương tiện.
- Gateway phương tiện.
- Gateway báo hiệu.
- Gatekeeper (GK).
- Mạng chuyển mạch (SCN).
- Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng điện thoại SCN.
- Các dịch vụ đầu cuối (Back-end service).
2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP:
Các giao diện chuẩn của mạng VoIP gồm có:
- Giao diện A: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối H.323 và GK.
- Giao diện B: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối với gateway
phương tiện.
- Giao diện C: Giao diện giữa gateway điều khiển phương tiện và
gatekeeper.
- Giao diện D: giao diện giữa hai GK.
- Giao diện E: có hai loại giao diện E là E
a
và E
b
, trong đó E
a

giao diện giữa gateway phương tiện và mạng chuyển mạch, còn
E
b
là là giao diện giữa gateway báo hiệu với mạng SCN.
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
24
- Giao diện F: Giao diện giữa Back-end service và gateway điều
khiển phương tiện.
- Giao diện G: Giao diện giữa Back-end service và GK.
- Giao diện H: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhập
IP.
- Giao diện I: Giao diện giữa mạng truy nhập IP và mạng xương
sống IP.
- Giao diện J: Giao diện giữa gateway báo hiệu và gateway điều
khiển phương tiện.
- Giao diện K: Giao diện giữa gateway điều khiển phương tiện và
gateway phương tiện.
Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giống như giao
tiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW. Có thể mỗi GK quản lý một vùng, có thể nhiều
GK chia nhau quản lý từng phần của một vùng trong trường hợp một vùng có
nhiều GK. Trong vùng quản lý của GK, các tín hiệu báo hiệu có thể được chuyển
tiếp qua một hoặc nhiều GK. Do đó các GK phải có khả năng trao đổi các thông
tin với nhau khi cuộc gọi có liên quan đến nhiều GK. Có thể sử dụng nhiều cách
thức để nối hai GK hoặc một GK và một GW như: dành riêng, không dành riêng,
theo khoảng thời gian hoặc theo nhu cầu.
2.2 Các thành phần của mạng VoIP:
2.2.1 Thiết bị đầu cuối:
Một thiết bị đầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP, nó có
thể được kết nối với mạng sử dụng một trong các giao diện truy nhập. Một thiết
bị đầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc gọi
tới một thuê bao khác trong mạng chuyển mạch. Các cuộc gọi sẽ được nằm dưới
sự giám sát của Gk của thiết bị đầu cuối mà thuê bao đã được đăng ký. Một thiết
bị đầu cuối có thể bao gồm các khối chức năng sau:
SVTH: Phạm Thị Huyền ĐT16
25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×