Luận văn nghiên cứu giao thức sip và xây dựng ứng dụng voice chat 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Tel. (84-511) 736 949, Fax. (84-511) 842771
Website: itf.ud.edu.vn, E-mail:

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 khơng tránh khỏi những thiếu sót,
kính mong sự thơng cảm và tận tình chỉ bảo của q thầy cơ.


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 cơng 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 trị 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. Mơ hình Use – Case......................................................................................29
I.1. Mơ 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
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


Mục lục

iii

III.3.1. Biểu đồ tuần tự...............................................................................47
III.3.2. Biểu đồ cộng tác............................................................................47
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. Cơng cụ và mơi trường phát triển..............................................................64
KẾT LUẬN............................................................................................................65
I. Kết quả đạt được...........................................................................................65
II.
Hướng phát triển.......................................................................................65


Mục lục

iv


Mục lục

v

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 – Mơ 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 – Mơ tả các thành phần trên màn hình chat text............................................62
Bảng 27 – Mơ 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

vi

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 thơng điệp SIP........................................................................14
Hình 6 – Mã hố gói tin RTP/UDP/IP.........................................................................21
Hình 7 – Mơ hình thực hiện cuộc gọi giữa hai UAC thơng qua Proxy Server.............23
Hình 8 – Mơ hình Use-case của Actor User................................................................29

Hình 9 – Mơ 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


Mục lục

vii


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

Cơng nghệ thơng 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 khơng nằm ngồi 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 thơng 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


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 mơ 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.
I.1.

Tổng quan về kỹ thuật VoIP và các yếu tố quan trọng
đối với VoIP
VoIP là gì?

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 thơng qua truyền các gói tin thơng qua mạng IP. Bằng cách này, VoIP có thể sử
dụng tốc độ của phần cứng để hồn thành mục đích và có thể hữu dụng trên mơi
trường PC.
I.1.1.

Các lợi ích của VoIP

Giảm chi phí: Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet và do
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 thơng tin
cho phép chuẩn hố tốt hơn và giảm tổng số thiết bị. Cơ sở hạ tầng kết hợp này có thể
hỗ trợ việc tối ưu hố băng tần động.
Thống nhất: Vì con người là nhân tố quan trọng nhưng cũng dễ sai lầm nhất
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 tốn 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 thơng minh: Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu: rẻ,
phổ biến, dễ sử dụng, cơ động. Nhưng nó hồn tồn “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 thơng minh cho mạng điện thoại tồn 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
ngồi 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 khơng những được mở
rộng cho thoại mà cịn 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.
I.2.1.

Các yếu tố quan trọng đối với VoIP

Thời gian trễ (Time Delay)

Thời gian trễ là khoảng thời gian cần thiết để tiếng nói thốt 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 thơng. 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 vịng 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 khơng 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: q 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
0

100

Fax Relay, Broadcast
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 khơng 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 khơng đổi, ví dụ một khung tin sau
mỗi 20 ms. Các gói thoại này có thể trì hỗn và khơng 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

A
D1

Sender

B
D2=D1

C

Recipient

D3≠D2

Hình 2 – Sự thay đổi thời điểm gói đến
Hình vẽ cho thấy rằng thời gian cần để gởi gói A và B là bằng nhau (D1=D2).
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 khơng 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 khơng phải là trở ngại lớn và
bộ đệm jitter sẽ không làm tăng đáng kể tổng trễ. Bộ đệm jitter đơi khi cịn 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)

Mặc dù truyền thơng tín hiệu analog là lý tưởng cho thông tin con người,
nhưng truyền dẫn analog khơng bền vững và khó khơi 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, khơng 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 khơi 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.
Xung
lấy mẫu
Tín hiệu
thoại analog

Tín hiệu được
điều chế biên
độ xung PAM

Mạch lấy mẫu

Tín hiệu điều
chế xung theo
mã PCM

Lượng tử hóa
và nén/giải nén

Tín hiệu thoại
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 cịn là analog, chúng sẽ được chuyển sang dạng số hồn tồn 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 Telecom
munication 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
tồn 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 thơng thì việc chặn tất cả
Trần Minh Ánh – Huỳnh Thanh Quang, LỚP 02T2

7