KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6

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 khách hàng,
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 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 nhanh của 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 thế 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.
Đà Nẳng, tháng 11 năm 2011
Sinh viên : Nguyễn Kim Hải.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
1
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
MỤC LỤC
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
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
2
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
OAM Operation And Maintenance
Management
Vận hành quản lý và bảo dưỡng
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 Giao thức cấu hình địa chỉ động
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
3
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Protocol
MTU Maximum Transmition Unit Đơn vị tối đa có thể truyền được
API application programming interface giao diện lập trình ứng dụng
ATM asynchronous transfer mode phương thức truyền dẫn không đồng bộ
B-ISDN broadband ISDN Mạng số đa dịch vụ băng rộng
CS Canadian Standard Chuẩn Canada
CoS Corporation for Open Systems Tập đoàn các hệ thống mở
GSM Global System for Mobile
Communications
Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động
HLR Home Location Register Đăng kí vị trí nội vùng
IAX
interexchange carrier nhà khai thác liên tổng đài

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH
1.1. Một số khái niệm cơ sở
1.1.1. Khái niệm chuyển mạch
Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho
người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói cách khác, chuyển mạch
trong mạng viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức
năng chuyển tiếp thông tin.
1.1.2. Hệ thống chuyển mạch
Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút mạng, trong mạng
chuyển mạch kênh các nút mạng thường được gọi là hệ thống chuyển mạch
(Tổng đài), trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến
(Bộ định tuyến). Trong một số mạng đặc biệt, phần tử thực hiện nhiệm vụ
chuyển mạch có thể vừa đóng vai trò thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trò chuyển
mạch và chuyển tiếp thông tin.
1.1.3. Phân loại chuyển mạch
Các hệ thống chuyển mạch cấu thành mạng chuyển mạch, ta có hai dạng
mạng chuyển mạch cơ bản: Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.
Tuy nhiên, dưới góc độ truyền và xử lý thông tin, chuyển mạch còn có thể phân
thành bốn kiểu: chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và
chuyển mạch tế bào.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
4
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh) chỉ định riêng cho kết
nối trước khi quá trình truyền thông thực hiện. Như vậy, quá trình chuyển mạch
được chia thành 3 giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng. Để thiết
lập, giải phóng và điều khiển kết nối, mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ
thuật báo hiệu để thực hiện như một thành phần bắt buộc.

Ngược lại với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, dựa trên
nguyên tắc phân chia các lưu lượng dữ liệu thành các gói tin và truyền đi trên
mạng chia sẻ, mỗi gói tin là một thực thể độc lập chứa các thông tin cần thiết
cho quá trình xử lý thông tin trên mạng. Các giai đoạn thiết lập, truyền và giải
phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian và quyết định
đường đi được xác lập bởi thông tin trong tiêu đề gói tin.
1.1.4. Kỹ thuật lưu lượng TE
Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) được coi là một trong những
vấn đề quan trọng nhất trong khung làm việc của hạ tầng mạng viễn thông. Mục
đích của kỹ thuật lưu lượng là để cải thiện hiệu năng và độ tin cậy của các hoạt
động của mạng trong khi tối ưu các nguồn tài nguyên và lưu lượng. Nói cách
khác, TE là công cụ sử dụng để tối ưu tài nguyên sử dụng của mạng bằng
phương pháp kỹ thuật để định hướng các luồng lưu lượng phù hợp với các tham
số ràng buộc tĩnh hoặc động. Mục tiêu cơ bản của kỹ thuật lưu lượng là cân
bằng và tối ưu các điều khiển của tải và tài nguyên mạng thông qua các thuật
toán và giải pháp kỹ thuật.
1.1.5. Báo hiệu trong mạng viễn thông
Báo hiệu sử dụng các tín hiệu để điều khiển truyền thông, trong mạng viễn
thông báo hiệu là sự trao đổi thông tin liên quan tới điều khiển, thiết lập các kết
nối và thực hiện quản lý mạng. Các hệ thống báo hiệu có thể phân loại theo đặc
tính và nguyên tắc hoạt động gồm: Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng,
báo hiệu đường và báo hiệu thanh ghi, báo hiệu kênh liên kết và báo hiệu kênh
chung, báo hiệu bắt buộc, v..v. Các thông tin báo hiệu được truyền dưới dạng tín
hiệu điện hoặc bản tin. Các hệ thống báo hiệu trong mạng chuyển mạch điện
thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network) được đánh số từ
No1-No7.
1.1.6. Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng B-ISDN
Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng có nhiệm vụ cung cấp các cuộc nối
thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định hoặc bán cố định, các cuộc nối từ
điểm tới điểm hoặc từ điểm tới đa điểm và cung cấp các dịch vụ yêu cầu, các

dịch vụ dành trước hoặc các dịch vụ yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B-ISDN
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa
phương tiện, đơn phương tiện, theo kiểu hướng liên kết hoặc phi liên kết và theo
cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng.
1.2. Các tổ chức tiêu chuẩn
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
5
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Các tiêu chuẩn cho phép các nhà cung cấp thiết bị phát triển các sản phẩm
theo một tập các đặc tính chung và người sử dụng cũng như các nhà cung cấp
dịch vụ có thể lựa chọn được các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp.
Hệ thống tiêu chuẩn được chia thành hai loại: Tiêu chuẩn thực tế và tiêu
chuẩn pháp lý. Tiêu chuẩn thực tế được phát triển bởi một nhà cung cấp thiết bị
hoặc một nhóm các nhà cung cấp được chấp thuận bởi các tổ chức tiêu chuẩn.
Tiêu chuẩn pháp lý được lập bởi thỏa thuận chung giữa các tổ chức tiêu chuẩn
Quốc gia hoặc Ủy ban tiêu chuẩn Quốc tế. Các tiêu chuẩn liên quan tới lĩnh vực
chuyển mạch thuộc về cả hai loại tiêu chuẩn trên, nhưng tập trung chủ yếu trong
hệ thống tiêu chuẩn pháp lý. Dưới đây là một số tổ chức tiêu chuẩn và diễn đàn
chính.
1.2.1. Liên minh viễn thông Quốc tế ITU
Liên minh viễn thông Quốc tế ITU (International Telecommunication
Union) là một tổ chức liên chính phủ gồm có các Quốc gia thành viên và Thành
viên lĩnh vực. Liên minh viễn thông Quốc tế ITU gồm 3 lĩnh vực chính: Lĩnh
vực thông tin vô tuyến ITU-R (Radiocommunication); Lĩnh vực tiêu chuẩn hóa
viễn thông ITU-T (Telecommunication Standardization); Lĩnh vực phát triển
viễn thông ITU-D (Development).
ITU-T được tổ chức bởi 15 nhóm nghiên cứu kỹ thuật và đưa ra các tiêu
chuẩn dưới dạng khuyến nghị. Các khuyến nghị của ITU-T trong series Q liên
quan tới báo hiệu và chuyển mạch. Ví dụ, Q.2931 mô tả thủ tục báo hiệu sử
dụng để thiết lập kênh ảo điểm-điểm qua giao diện người sử dụng-mạng trong

môi trường ATM.
1.2.2. Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO
Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO (International Organization for
Standardization) gồm các Ủy ban tiêu chuẩn của các Quốc gia. Nhiệm vụ của tổ
chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO là xúc tiến việc tiêu chuẩn hóa và các hoạt động
liên quan trên toàn cầu nhằm tạo điều kiện thuận tiện trong trao đổi hàng hóa và
dịch vụ, phát triển sự hợp tác trên nhiều lĩnh vực. Tiêu chuẩn ISO đưa ra các tiêu
chuẩn hóa bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật, trong lĩnh vực viễn thông mô
hình hệ thống kết nối hệ thống mở OSI là một tiêu chuẩn phổ biến của ISO. ISO
hợp tác với Ủy ban điện tử Quốc tế IEC (International Electronical Commission)
để phát triển các tiêu chuẩn trong mạng máy tính và lập ra Ủy ban liên kết kỹ
thuật JCT1 để phát triển các tiêu chuẩn trong lĩnh vực công nghệ thông tin.
1.2.3. Viện kỹ thuật điện và điện tử IEEE
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering) là cộng đồng
chuyên gia kỹ thuật lớn nhất trên thế giới phát triển các tiêu chuẩn trong lĩnh vực
điện-điện tử và máy tính thông qua hiệp hội tiêu chuẩn IEEE-SA (Standards
Association).
1.2.4. Tổ chức đặc trách kỹ thuật Internet IETF
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
6
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
IETF (Internet Engineering Task Force) là một cộng đồng mở Quốc tế của
các nhà thiết kế mạng, điều hành mạng, các nhà cung cấp thiết bị và các nhà
nghiên cứu liên quan tới sự phát triển của kiến trúc Internet. Một số vùng chức
năng cơ bản của IETF như: Ứng dụng, Internet, quản lý mạng, các yêu cầu điều
hành, định tuyến, bảo mật, truyền tải và dịch vụ người sử dụng.
1.2.5. Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI
ETSI (European Telecommunications Standards Institute) là tổ chức tiêu
chuẩn hóa viễn thông, phi lợi nhuận và độc lập của châu Âu cũng như của thế
giới. Mục tiêu của ETSI nhằm hỗ trợ quá trình tiêu chuẩn hóa trong lĩnh vực

viễn thông, công nghệ thông tin và truyền thông toàn cầu thông qua các diễn
đàn, tạo điều kiện cho các thành viên chủ chốt đóng góp ý kiến xây dựng các
tiêu chuẩn.
1.2.6. Diễn đàn chuyển mạch đa phương tiện MSF
MSF (The Multimedia Switching Forum) cung cấp các tiêu chuẩn cho
chuyển mạch đa dịch vụ dựa trên nền tảng ATM, hỗ trợ các kiểu dịch vụ gồm
các dịch vụ IP và dịch vụ ATM cũng như là các dịch vụ khác.
1.2.7. Diễn đàn IP/MPLS
Diễn đàn IP/MPLS là một tổ chức Quốc tế phi lợi nhuận của các nhà cung
cấp dịch vụ, các nhà cung cấp thiết bị, các trung tâm đo kiểm và người dùng xí
nghiệp. Mục tiêu của diễn đàn tập trung vào các giải pháp phát triển và ứng
dụng trên hạ tầng công nghệ IP/MPLS.
1.3. Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch
Vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử
số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính. Tổng đài điện tử
số công cộng đầu tiên ra đời được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC
(Stored Program Control). Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương
mại điện tử số ra đời. Một trong những tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT-
Alcatel được sử dụng tại Pháp. Năm 1976 Bell giới thiệu tổng đài điện tử số
công cộng 4ESS. Năm 1980 tổng đài DMS100 của Northem Telecom dùng toàn
bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới. Hệ thống 5ESS của hãng AT&T đưa vào
năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch 4ESS và đã có các chức
năng tương thích với các dịch vụ mạng số tích hợp dịch vụ ISDN (Integrated
Service Digital Network).
Khoảng năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới công
nghệ thông tin, nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu
hướng hội tụ các mạng máy tính, truyền thông, điều khiển. Hạ tầng mạng viễn
thông đã trở thành tâm điểm quan tâm trong vai trò hạ tầng xã hội. Một mạng có
thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại, tốc độ cao và
đảm bảo được chất lượng dịch vụ QoS (Quality Of Service) đã trở thành cấp

thiết trên nền tảng của một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ
ATM (Asynchronous Transfer Mode). Các hệ thống chuyển mạch điện tử số
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
7
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
cũng phải dần thay đổi theo hướng này cùng với các chỉ tiêu kỹ thuật, giao thức
mới. Một ví dụ điển hình là các hệ thống chuyển mạch kênh khi cung cấp các
dịch vụ Internet sẽ có độ tin cậy khác so với các cuộc gọi thông thường với thời
gian chiếm dụng cuộc gọi lớn hơn rất nhiều. Sự thay đổi của hạ tầng mạng
chuyển đổi sang mạng thế hệ sau NGN đã và đang tác động rất lớn tới các hệ
thống chuyển mạch, sau đây trình bày một số vấn đề liên quan tới mạng NGN và
các đặc điểm của quá trình hội tụ mạng của hạ tầng mạng công cộng. Mạng
chuyển mạch kênh công cộng PSTN và IP (Internet Protocol) đang dần hội tụ tới
cùng một mục tiêu nhằm hướng tới một hạ tầng mạng tốc độ cao có khả năng
tương thích với các ứng dụng đa phương tiện tương tác và đảm bảo chất lượng
dịch vụ. Hình 1.1. chỉ ra xu hướng hội tụ trong hạ tầng mạng công cộng:

Hình 1.1. Xu hướng hội tụ công nghệ mạng công cộng
Từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cận sang phương thức
truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiện và QoS, sau đó chuyển
hướng sang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiện
nay. Trong khi đó Internet đưa ra một tiếp cận hơi khác với PSTN qua giải pháp
triển khai kiến trúc phân lớp dịch vụ CoS (Class Of Service) và hướng tới đảm
bảo chất lượng dịch vụ QoS thông qua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân
biệt dịch vụ DiffServ, các chiến lược của Internet theo hướng tương thích với IP,
mạng quang và hướng tới mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát
GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switch). Công nghệ chuyển mạch
nhãn đa giao thức MPLS ra đời vào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp hai phương
thức chuyển mạch hướng kết nối (ATM, FR) với công nghệ chuyển mạch phi
kết nối (IP).

SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
8
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Trong môi trường mạng hiện nay, sự phân cấp hệ thống thiết bị biên (nội
hạt), thiết bị quá giang và thiết bị lõi trong mạng cung cấp các dịch vụ PSTN vẫn
đang tồn tại. Các mạng bao trùm như FR, ATM và Internet đang được triển khai
song song và tạo ra nhu cầu kết nối liên mạng. Các truy nhập cộng thêm gồm
cáp đồng, cáp quang và truy nhập không dây đang được triển khai làm đa dạng
và tăng mật độ truy nhập từ phía mạng truy nhập.
Sự tăng trưởng của các dịch vụ truy nhập đã tạo nên sức ép và đặt ra 3 vấn
đề chính đối với hệ thống chuyển mạch băng rộng đa dịch vụ: Truy nhập băng
thông rộng, sự thông minh của thiết bị biên và truyền dẫn tốc độ cao tại mạng
lõi.
Với môi trường mạng PSTN trước đây, các thiết bị lõi mạng chịu trách
nhiệm chính trong điều hành và quản lý và điều này được thay đổi chức năng
cho các thiết bị gờ mạng trong môi trường NGN.
Các hệ thống chuyển mạch phải có độ mềm dẻo lớn nhằm tương thích và
đáp ứng các yêu cầu tăng trưởng lưu lượng từ phía khách hàng. Vì vậy, cơ chế
điều khiển các hệ thống chuyển mạch đã được phát triển theo hướng phân lớp và
module hóa nhằm nâng cao hiệu năng chuyển mạch và đảm bảo QoS từ đầu cuối
tới đầu cuối. Hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS (Call Server) và hướng triển
khai phân hệ đa dịch vụ IP (IMS) được trình bày dưới đây chỉ ra những sự thay
đổi lớn trong lịch sử phát triển hệ thống chuyển mạch.
1.3.1. Chuyển mạch mềm và hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS
Hướng tiếp cận máy chủ cuộc gọi CS được hình thành trong quá trình
chuyển đổi các hạ tầng mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói trong
mạng PSTN. Để thực hiện quá trình chuyển đổi và truyền thoại trên nền IP, một
giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bị lai có thể chuyển mạch thoại ở cả
dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi. Thiết bị bộ điều
khiển cổng đa phương tiện MGC (Media Gateway Controller) được coi là thành

phần mấu chốt trong giải pháp kỹ thuật chuyển mạch mềm Softswitch.
Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện
chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải
nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau. Theo thuật ngữ chuyển mạch
mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng đa phương tiện
MG (Media Gateway), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng
đa phương tiện MGC.
Chuyển mạch mềm thực hiện các chức năng tương tự chuyển mạch kênh
truyền thống nhưng với năng lực mềm dẻo và tính năng ưu việt hơn. Các ưu
điểm của chuyển mạch mềm mang lại là do việc chuyển mạch bằng phần mềm
dựa trên cấu trúc phân tán và các giao diện lập trình ứng dụng mở.
Trong chuyển mạch truyền thống, phần cứng chuyển mạch luôn đi kèm với
phần mềm điều khiển của cùng một nhà cung cấp. Điều này làm tăng tính độc
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
9
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
quyền trong việc cung cấp các hệ thống chuyển mạch, không cung cấp một môi
trường kiến tạo dịch vụ mới, làm giới hạn khả năng phát triển các dịch vụ mới
của các nhà quản trị mạng. Khắc phục điều này, chuyển mạch mềm đưa ra giao
diện lập trình ứng dụng mở API (Application Programable Interface), cho phép
tương thích phần mềm điều khiển và phần cứng của các nhà cung cấp khác
nhau.
Chuyển mạch mềm được xây dựng trên cơ sở mạng IP, xử lý thông tin một
cách trong suốt, cho phép đáp ứng nhiều loại lưu lượng khác nhau. Được xây
dựng theo cấu hình phân tán, tách các chức năng khác khỏi chức năng chuyển
mạch cũng làm cho nhiệm vụ chuyển mạch trở nên đơn giản hơn và do đó năng
lực xử lý mạnh mẽ hơn. Công nghệ chuyển mạch mềm làm giảm tính độc quyền
của các nhà cung cấp, góp phần tăng tính cạnh tranh và do đó giảm giá thành của
hệ thống chuyển mạch mềm.
1.3.2. Hướng tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP (IMS)

Để thực hiện hội tụ giữa mạng di động với mạng cố định theo hướng IP hóa
hoàn toàn, mạng thế hệ kế tiếp NGN ứng dụng tới mạng 3G trong nhiều cách.
Vào năm 2000, 3GPP (3
rd
Generation Partnership Project) đã thiết lập các đặc
tính của WCDMA R4 (Wireless Code Division Multiple Access Release 4), đó
là lần đầu tiên đưa ra khái niệm chuyển mạch mềm vào trong hệ thống mạng lõi
di động. Sự thay đổi này ảnh hưởng tới kiến trúc mạng, các giao diện mạng, sự
phát triển của các dịch vụ trong hệ thống thông tin di động hướng sự phát triển
của 3G tới NGN. NGN và 3G đưa ra rất nhiều giao thức. 3G và NGN không chỉ
cung cấp các dịch vụ như thoại mà còn là các dịch vụ đa phương tiện thông qua
các giao diện dịch vụ mở.
1.4. Vai trò và vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông
1.4.1. Các thành phần của mạng viễn thông (Telecommunications network)
Là một tập hợp bao gồm các nút mạng và các đường truyền dẫn kết nối
giữa hai hay nhiều điểm xác định để thực hiện các cuộc trao đổi thông tin giữa
chúng. Mạng viễn thông cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ viễn thông cho
khách hàng, từ những dịch vụ truyền thống như điện thoại, Fax, truyền số liệu
cho đến các dịch vụ mới như Internet, VOD, thương mại điện tử, …
1.4.1.1. Thiết bị đầu cuối
Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng để giao tiếp với
mạng cung cấp dịch vụ. Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều
hãng khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (ví dụ như máy điện thoại, máy fax,
…). Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi
thành các tín hiệu điện và ngược lại.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
10
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6

Hình 1.2. Các thành phần của mạng viễn thông

1.4.1.2. Hệ thống chuyển mạch
Hệ thống chuyển mạch là thành phần cốt lõi của mạng viễn thông có chức
năng thiết lập đường truyền giữa các thuê bao (đầu cuối).
Tùy theo vị trí của hệ thống chuyển mạch trên mạng, người ta chia thành
tổng đài chuyển tiếp quốc tế, tổng đài chuyển tiếp liên tỉnh và tổng đài nội hạt
hoặc router biên, router lõi.
1.4.1.3. Thiết bị truyền dẫn
Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các
tổng đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác.
Thiết bị truyền dẫn được phân loại thành thiết bị truyền dẫn thuê bao, nối
thiết bị đầu cuối với một tổng đài nội hạt, và thiết bị truyền dẫn chuyển tiếp, nối
giữa các tổng đài. Dựa vào môi trường truyền dẫn, thiết bị truyền dẫn có thể
được phân loại gồm thiết bị truyền dẫn hữu tuyến sử dụng cáp kim loại, cáp sợi
quang và thiết bị truyền dẫn vô tuyến sử dụng không gian làm môi trường truyền
dẫn.
1.4.2. Vai trò của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông
Hệ thống chuyển mạch (tổng đài, Node chuyển mạch) có chức năng chính
là thiết lập đấu nối giữa thiết bị đầu cuối phát với thiết bị đầu cuối thu dựa vào
địa chỉ mạng (số thuê bao). Hệ thống chuyển mạch được đặt ở các vị trí nút
mạng. Nó bao gồm tập hợp các phương tiện kỹ thuật để thực hiện việc thu, xử lý
và phân phối các thông tin chuyển tới từ các kênh thông tin kết nối với hệ thống
chuyển mạch.
Các chức năng được thực hiện bởi một hệ thống chuyển mạch, hay một
phân hệ của nó cung cấp các tính năng dịch vụ cho khách hàng. Khi hạ tầng
mạng thay đổi, việc thiết kế các hệ thống chuyển mạch càng trở nên phức tạp
hơn để có thể cung cấp các phương tiện bổ sung cho phép các mạng có khả năng
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
11
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
cung cấp nhiều dịch vụ phong phú và chất lượng tới khách hàng và giúp cho

việc vận hành cũng như bảo dưỡng trở nên dễ dàng hơn.
Mặc dù các hệ thống chuyển mạch hiện đại có phức tạp nhưng nó vẫn thực
hiện đầy đủ các chức năng cơ bản của một hệ thống chuyển mạch. Hệ thống
chuyển mạch trong mạng viễn thông đã trở thành một thành phần phức tạp nhất,
tập trung cao nhất hàm lượng công nghệ hiện đại, hàm lượng chất xám và hàm
lượng các chức năng xử lý thông tin.
1.4.3. Vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng viễn thông
1.4.3.1. Vị trí của hệ thống chuyển mạch trong mạng PSTN
Hình 1.3. Vị trí của tổng đài trong mạng PSTN
GW : Gateway – Tổng đài quốc tế
TE : Transit Exchange – Tổng đài chuyển tiếp quốc gia
HLE : Host Local Exchange – Tổng đài nội hạt
REL : Remote Local Exchange – Tổng đài xa (Tổng đài vệ tinh
Sub : Subcriber – Thuê bao
Mạng PSTN là mạng viễn thông công cộng được chuẩn hóa do ITU, công
nghệ nền tảng là công nghệ chuyển mạch kênh. Hệ thống chuyển mạch được đặt
tại các node mạng và được gọi là tổng đài. Tùy theo vị trí, chức năng của tổng
đài mà trong mạng phân chia thành các loại:
− Tổng đài cổng quốc tế
− Tổng đài chuyển tiếp vùng Toll
− Tổng đài chuyển tiếp nội hạt Tandem
− Tổng đài nội hạt Local
1.4.3.2. Vị trí của các hệ thống chuyển mạch trong mạng GSM
Chức năng chuyển mạch chính trong mạng thông tin di động toàn cầu GSM
được thực hiện bởi hệ thống con chuyển mạch (SS). Nó bao gồm một số các
khối chức năng:
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
12
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Tổng đài chuyển mạch trung tâm MSC: Thực hiện các công việc liên quan

đến thiết lập/giải phóng cuộc gọi, quản lý thuê bao, đấu nối với các mạng khác
để thực hiện các cuộc gọi liên mạng. MSC quản lý các BTS và được trang bị các
cơ sở dữ liệu cho phép nhanh chóng cập nhật các thông tin về thuê bao, vị trí
thuê bao để có các đáp ứng phù hợp (HLR, VLR).
Tổng đài chuyển mạch cửa ngõ GMSC: Kết nối với các mạng khác như
mạng điện thoại cố định hay mạng Internet. GMSC thực hiện điều khiển các
cuộc gọi từ mạng di động vào mạng điện thoại cố định và ngược lại.

Hình 1.4. Vị trí của tổng đài trong mạng GSM
1.4.3.3. Vị trí của các hệ thống chuyển mạch trong mạng NGN
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
13
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Hình 1.5. Cấu trúc mạng NGN
Công nghệ nền tảng của NGN là chuyển mạch gói, vì vậy các hệ thống
chuyển mạch trong mạng NGN là các thiết bị định tuyến Router. Các khối trong
tổng đài hiện nay được phân chia thành các lớp mạng riêng lẽ, các lớp này liên
kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.
Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch PSTN đã
được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Sự thông minh đó nằm
trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm hay bộ điều khiển cổng
phương tiện MGC (Media Gateway Controller) hay tác nhân cuộc gọi (Call
Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới.
. Đặc điểm của NGN
Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) thay thế các thiết bị
chuyển mạch phần cứng (Hardware) cồng kềnh. Các mạng của từng dịch vụ
riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài
duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ Softswitch được ví như “trái
tim” của NGN.
Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động. Các loại tín hiệu được

truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến lên sử
dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS.
Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: mạng truyền dẫn quang với
công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing).
2.4. Cấu trúc NGN
Hình 1.6. Cấu trúc lớp mạng của NGN
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
14
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Cấu trúc NGN bao gồm 5 lớp chức năng:
− Lớp truy nhập dịch vụ (service access layer).
− Lớp truyền tải dịch vụ (service transport/core layer).
− Lớp điều khiển (control layer).
− Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer).
− Lớp quản lý (management layer).
Lớp truy nhập dịch vụ: Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các kết nối
với các thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc
cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy
nhập vô tuyến cố định …).
Lớp truyền tải dịch vụ: Bao gồm các nút chuyển mạch (AMT+IP) và các hệ
thống truyền dẫn (SDH, WDM) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến
cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều
khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển.
Lớp điều khiển: Bao gồm các hệ thống điều khiển nối cuộc gọi giữa các
thuê bao qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (AMT+IP) của lớp truyền
tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp điều khiển có chức năng kết
nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ. Các chức năng như quản lý,
chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển.
Lớp ứng dụng/dịch vụ: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ

mạng thông minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng
Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển … Trong môi trường phát
triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này.
Lớp quản lý: Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Các chức năng
quản lý được chú trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh.
2.5. Các thành phần của NGN
Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp chức năng và các thành phần chính
của NGN được mô tả trong hình 2.2.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
15
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Hình 1.7. Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN
Theo hình 2.2. ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy
nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media
Gateway) nằm ở biên của mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN là
Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi là mạng lõi). Softswitch điều
khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức. Hình 2.3.
liệt kê chi tiết các thành phần NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến
mạng công cộng (PSTN).
Hình 1.8. Các thành phần chính trong NGN
Thiết bị Softswitch: Là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ
điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng
NGN hoặc xuyên qua nhiều mạng khác (PSTN, ISDN). Softswitch còn được gọi
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
16
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
là Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway
Controller – MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông Media Gateway).
Thiết bị Softswitch có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các
cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway).

Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:
− Ngang hàng (peer-to-peer): Giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao
thức sử dụng là BICC hay SIP.
− Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway, giao thức
sử dụng là MGCP hay Megaco/H.248.
Cổng truyền thông: Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG-Media Gateway)
là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định
dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc
từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói. Việc chuyển đổi này được điều khiển
bằng Softswitch. MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu. MG cung
cấp phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình ảnh giữa
mạng truyền thống PSTN và mạng IP.
Cổng truy nhập: Cổng truy nhập (AG – Access Gateway) là một dạng của
MG. Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và
giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM. Trong NGN, cổng truy nhập được
điều khiển từ Softswitch qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248. Lúc này, lưu
lượng thoại từ thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP.
Cổng báo hiệu: Cổng báo hiệu (Signalling – Gateway – SG) đóng vai trò
như cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 – Signalling System 7, giao
thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị Softswitch
trong mạng IP. Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn MG điều khiển các mạch
thoại thiết lập bởi cơ chế SS7.
Mạng trục IP: Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ
ATM hoặc MPLS. Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu
hướng. Các dịch vụ và ứng dụng trên NGN được quản lý và cung cấp bởi các
máy chủ dịch vụ (server). Các máy chủ này hoạt động trong mạng thông minh
(IN – Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
17
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ VoIP
2.1Khái 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

Hình 2.1: 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).
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.
VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vì phải được
truyền qua mạng PSTN.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
18
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Hình 2.2 Mô hình truyền thoại qua IP
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 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:
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
19
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6


Hình 2.3 cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP
2.2 Đặc điểm của điện thoại IP và mạng VoIP:
• 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.
• 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.
• 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.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
H.323
RTP, RTCP, RSVP
TCP, UDP
IPv4, IPv6
Network, Access
20
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
• 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.
• 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.
• Nhiều tính năng dịch vụ: 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, xem hình
ảnh của người nói chuyện bên kia….
Tuy nhiên công nghệ IP cũng có những hạn chế như:
• Kỹ thuật phức tạp: Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được cần phải có
một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe như: tỉ số nén lớn,
tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder-bộ mã hóa và giải mã)
phải đủ nhanh. 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, trong
đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng
chung một cơ sở hạ tầng.
• 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
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
21
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6

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.
+ 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.
+ 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. Ngoài ra có thể phát triển các ứng dụng VoIP như truyền
hình hội thảo hay điện thoại có hình.
2.3 Các hình thức truyền thoại qua IP
2.3.1 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 tính, vậy là đã
có thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet.
2.3.2 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.
2.3.3Mô 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.
2.4 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.
2.4.1 Số hóa tín hiệu Analog:
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B

22
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
Biểu diễn tín hiệu tương tự thành dạng số 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, tần sốvà pha, chuyển đổi những giá trị đó thành dạng số nhị
phân 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 hay là thiết bị
mã hóa và giải mã.
2.4.2 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.
2.4.3 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.
2.4.4 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
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B

23
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông. Với tùy chọn này thì một kênh có thể mang
nhiều cuộc gọi đồng thời.
2.4.5 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.
2.4.6 Packetizing voice:
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 thước của dữ liệu thoại (voice data ) cũng sẽ ảnh hưởng. 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.
2.5 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. Có 3 tham số chính quyết định chất lượng
thoại đó là : trễ, trượt và mất gói.

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
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
24
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6

Hình 2.4 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. 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 đến 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
• Mất gói (packet loss):
Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin đều được chuyển giao. Yêu
cầu tỉ lệ mất gói là nhỏ hơn 10%. 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.
SVTH: Nguyễn Kim Hải VT2B
25