Tìm hiểu công nghệ voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (854.78 KB, 55 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
ĐỒ ÁN
LẬP TRÌNH MẠNG
ĐỀ TÀI :
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VOICE IP VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG HỘI
THOẠI TRỰC TUYẾN
GVHD : THS. MAI VĂN HÀ
Đà Nẵng: 06/2013
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
Em xin chân thành cám ơn
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
MỤC LỤC
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Tên đề tài
“Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến.”
2. Tầm quan trọng của đề tài
Các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng bao gồm các dịch vụ truyền
thống và các dịch vụ mới. Cơ sở cho sự phát triển của chúng chính nhờ vào sự phát
triển của các công nghệ điện tử và công nghệ mạng. Một cách cụ thể hơn có thể nói
rằng sự đa dạng đó có được là nhờ vào các kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật chuyển mạch,
kỹ thuật phần mền… Do đó sự xuất hiện các công nghệ mới sẽ mạng lại những bước
đột phá cho các dịch vụ viễn thông để phục vụ cuộc sống tốt hơn.
Chúng ta có thể phân chia các dịch vụ viễn thông theo một quan điểm nào đó tuy
nhiên việc phân loại theo các công nghệ chuyển mạch tỏ ra trực quan nhất. Chúng ta
đã sử dụng 3 công nghệ chuyển mạch đó là: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và
chuyển mạch thông báo. Mỗi Loại chuhyển mạch có đặc trưng riêng do đó đi kèm với
nó là các dịch vụ viễn thông xác định.
Tuy nhiên, với xu hướng đa dịch vụ hoá đòi hỏi chúng ta phải giải quyết các loại
dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng. Để đáp ứng yêu cầu đó các nhà phát triển viễn
thông không ngừng không ngừng nghiên cứu các giải pháp mới có tính khả thi và đã
đạt được một số kết quả khả quan. Cụ thể là với một số dịch vụ truyền thống vốn đòi
hỏi khắt khe về thời gian thực cũng như chất lượng mà trước đây chỉ phù hợp với công
nghệ chuyển mạch kênh thì bây giờ với sự hỗ trợ của các kỹ thuật mới cho phép chúng
ta thực hiện chúng trên chuyển mạch gói bởi vì chỉ có chuyển mạch gói mới có thể đáp
ứng được yêu cầu của đa dịch vụ. Một trong những giải pháp đó là việc truyền tín hiệu
thoại trên giao thức internet (Voice Over IP). Do đó đề tài về công nghệ Voice IP sẽ
giúp chúng ta tìm hiểu công nghệ mới giúp cho việc tích hợp dịch vụ thoại truyền
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 3
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
thống vào mạng đa dịch vụ và đặc biệt hữu ích đối với những sịnh viên sắp bước vào
thực tế công nghệ.
3. Mục đích chọn đề tài
- Tìm hiểu về Công nghệ Voice IP.
- Xây dựng một ứng dụng truyền thoại demo về Voice IP.
1.
1.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về công nghệ Voice IP
1.1.1. Giới thiệu chung
1.1.1.1. Giới thiệu
Voice IP viết tắt bởi Voice Over Internet Protocol là dịch vụ ứng dụng cho phép
truyền tải các cuộc đàm thoại sử dụng hạ tầng mạng IP.
Nguyên tắc Voice IP gồm việc số hoá tín hiệu giọng nói, nén tín hiệu đã số hoá,
chia tín hiệu thành các gói và truyền những gói số liệu này trên nền IP. Đến nơi nhận,
các gói số liệu được ghép lại, giải mã ra tín hiệu analog để phục hồi âm thanh ban đầu.
Voice IP có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi như trên mạng điện thoại kênh
truyển thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu 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 Voice IP hiện
nay được triển khai một các rộng rãi.
Các cuộc gọi trong Voice IP dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cả chuyển mạch kênh
và chuyển mạch gói. Trong mỗi loại chuyển mạch trên đều có ưu, nhược điểm riêng
của nó. Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh giành riêng cho hai thiết bị đầu cuối thông
qua các node chuyển mạch trung gian. Trong chuyển mạch kênh tốc độ truyền dẫn
luôn luôn cố định (nghĩa là băng thông không đổi), với mạng điện thoại PSTN tốc độ
này là 64kbps, truyền dẫn trong chuyển mạch kênh có độ trễ nhỏ.
Trong chuyển mạch gói các bản tin được chia thành các gói nhỏ gọi là các gói,
nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng hệ thống lưu trữ và chuyển tiếp các gói tin
trong nút mạng. Đối với chuyển mạch gói không tồn tại khái niệm kênh riêng, băng
thông không cố định có nghĩa là có thể thay đổi tốc độ truyền, kỹ thuật chuyển mạch
gói phải chịu độ trễ lớn vì trong chuyển mạch gói không quy định thời gian cho mỗi
gói dữ liệu tới đích, mỗi gói có thể đi bằng nhiều con đường khác nhau để tới đích,
chuyển mạch gói thích hợp cho việc truyền dữ liệu vì trong mạng truyền dữ liệu không
đòi hỏi về thời gian thực như thoại, để sử dụng ưu điểm của mỗi loại chuyển mạch trên
thì trong Voice IP kết hợp sử dụng cả hai loại chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 4
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
1.1.1.2. Các dịch vụ của Voice IP
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng cung cấp các sản phẩm phần cứng lẫn
phần mềm để phục vụ cho công nghệ Voice IP như INTEL, RAD, DIALOGIC,
SISCO, VOCALTEC… Điều này làm cho chất lượng Voice IP ngày càng được cải
thiện. Các dịch vụ của Voice IP bao gồm:
- Thoại thông minh: điện thoại truyền thống chỉ bao gồm 12 phím để điều khiển.
Kể từ khi internet phủ khắp toàn cầu thì điện thoại đã được tăng thêm tính
thông minh. internet cung cấp các tiện ích điều khiển thoại một cách hiệu quả
-
hơn và tạo ra nhiều ứng dụng mới cho thoại.
Dịch vụ tính cước cho bị gọi (Toll free): Thoại qua internet cho phép thực hiện
-
việc tính cước cho người bị gọi.
Dịch vụ callback Web: dịch vụ này cho phép bạn tạo các trang Web với các
-
phím để thực hiện các cuộc gọi trên đó.
Dịch vụ FAX qua IP: cho phép người gửi FAX sử dụng dịch vụ internet faxing
sẽ tiết kiệm được cả về cước phí lẫn kênh thoại. Một trong những dịch vụ fax
-
được ưa chuộng đó là comfax.
Dịch vụ Call Center: gateway call center với công nghệ thoại qua internet cần
cho các nhà kiểm duyệt trang Web với các PC trang bị multimedial kết nối với
các bộ phân phối các cuộc gọi tự động (ACD). Một ưu điểm của thoại IP là khả
năng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng một kênh.
1.1.1.3. Ưu, nhược điểm của công nghệ Voice IP
1.1.1.3.1. Ưu điểm
Mặc dù chất lượng của mạng Voice IP chưa đáp ứng được yêu cầu theo đúng các
tiêu chuẩn cho mạng thoại truyền thống PSTN do ảnh hưởng của một số các thông số
đã nêu ở trên. Tuy nhiên Voice IP cũng thể hiện được những ưu điểm vượt trội của nó:
Giảm giá thành dịch vụ
Ưu điểm vượt trội của Voice IP so với mạng PSTN là giá thành dịch vụ của chúng,
đặc biệt là chi phí cho các cuộc gọi đường dài. Trước đây các cuộc gọi đường dài đòi
hỏi cấp phát cấp phát riêng một kênh kết nối, nên chi phí chi phí cho việc sử dụng tài
nguyên mạng của các cuộc gọi là rất lớn. Với việc sử dụng Voice IP, các cuộc gọi
đường dài chia sẽ băng thông với các dịch vụ khác trên đường kết nối IP. Cuộc gọi chỉ
sử dụng tài nguyên mạng khi thật sự có thông tin thoại cần truyền đi giữa các thêu bao.
Quá trình tách dò tín hiệu thoại được thực hiện nhờ vào các bộ tách dò tín hiệu thoại
(VAD – Voice Activity Detector) được trang bị trên các bộ mã hoá. Chi phí của các
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 5
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
cuộc gọi đường dài qua đường IP có thể chỉ được tính cho các kết nối từ thuê bao đến
các điểm cung cấp dịch vụ.
Đơn giản hoá cấu hình mạng
Với việc sử dụng mô hình truyền thoại Voice IP, cho phép quá trình truyền thoại và
dữ liệu trên cùng một mạng. Do vậy mà giảm được các chi phí cho việc lắp đặt thiết bị
cũng như vận hành hai mạng riêng biệt. Thêm vào đó nhờ sử dụng một cấu hình mạng
duy nhất cho việc cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ nên làm đơn giản hoá cấu hình
mạng, giảm số lượng thiết bị trên mạng.
Đảm bảo độ tin cậy và tính bảo mật cho các dịch vụ thoại
Độ tin cậy của mạng phản ảnh khả năng đáp ứng của mạng trong các trường hợp
có hư hỏng xảy ra đối với các đường truyền hay thiết bị trên mạng. Sử dụng các giao
thức định tuyến có khả năng dò các sai hỏng trên đường truyến và việc tìm kiếm một
đường truyền khác thay thế cho các đường truyền có sự cố cũng là một phương pháp
đảm bảo tính tin cậy của mạng. Đối với mạng Voice IP với việc sử dụng các thành
phần quản lý mạng có khả năng kiểm tra trạng thái của thiết bị kết nối trực tiếp đến nó,
cho phép mạng Voice IP có khả năng phát hiện hư hỏng tức thời và có cách xử lý thích
hợp.
Bên cạnh việc đảm bảo độ tin cậy cho mạng Voice IP thì việc đảm bảo tính an toàn
và bảo mật cho các cuộc đàm thoại cũng hết sức quan trọng. Để đảm bảo được tính an
toàn và bảo mật cho các gọi qua mạng, hệ thống Voice IP sử dụng các giao thức bảo
mật như RADIUS hay SSH. Bên cạnh đó việc sử dụng cơ chế đánh địa chỉ riêng hay
các phương thức lọc gói cũng cho phép đảm bảo được tính bảo mật của mạng thoại
Voice IP.
1.1.1.3.2. Nhược điểm
Chất lượng dịch vụ chưa cao
Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây dựng với mục đích truyền thoại thời gian
thực, vì vậy khi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi không được
đảm bảo trong trường hợp mạng xảy ra tắc nghẽn hoặc có độ trễ lớn. Tính thời gian
thực của tín hiệu thoại đòi hỏi chất lượng truyền dữ liệu cao và ổn định. Một yếu tố
làm giảm chất lượng thoại nữa là kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền. Nếu nén
xuống dung lượng càng thấp thì kỹ thuật nén càng phức tạp, cho chất lượng không cao
và đặc biệt là thời gian xử lý sẽ lâu, gây trễ.
Vấn đề tiếng vọng
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 6
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Nếu như trong mạng thoại, độ trễ thấp nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều thì
trong mạng IP, do trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại.
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 được 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
thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn
(để giảm được tốc độ bit xuống), 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) 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 để có tốc độ cao hơn hoặc phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS
(Quality of Service). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở
nên phức tạp.
1.1.2. Cấu trúc phân lớp của hệ thống voice IP
Voice IP là hệ thống truyền thoại sử dụng họ giao thức TCP/IP. Trong Voice IP, các
bộ xử lý số tín hiệu (digital signal processer – DSP) có chức năng mã hoá, phân đoạn
tín hiệu thoại thành các khung, sau đó thực thi quá trình đóng gói để thiết lập các gói
thoại có khả năng vận chuyển trên mạng thông qua việc sử dụng các giao thức thuộc
họ TCP/IP.
Như vậy Voice IP là trình ứng dụng được xây dựng trên cơ sở hạ tầng của hệ thống
mạng TCP/IP. Một tập các giao thức báo hiệu được thiết lập để phục vụ cho quá trình
thiết lập kết nối và điều khiển cuộc đàm thoại. Các giao thức báo hiệu qui định cấu
trúc mạng Voice IP và tập các giao thức được sử dụng trong mạng, tùy theo mỗi giao
thức báo hiệu khác nhau mà ta có các cấu trúc mạng khác nhau cũng như quá trình báo
hiệu, thiết lập kết nối khác nhau. Tuy nhiên các mạng Voice IP đều giống nhau ở quá
trình mã hóa và gói hóa các tín hiệu thoại cũng như quá trình truyền các gói thoại
trong mạng IP. Các tín hiệu thoại sau khi được mã hoá và đóng gói được chuyển vận
giữa các đầu cuối sử dụng giao thức thời gian thực RTP (Realtime Transport Protocol).
RTP là giao thức cung cấp các phương thức phục vụ cho quá trình truyền thông các tín
hiệu thời gian thực qua mạng. RTP sử dụng UDP là phương tiện truyền tải cho các gói
tin của nó.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 7
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Các lớp dưới là cơ sở hạ tầng của mạng IP, là phương tiện cho các quá trình trao
đổi thông tin giữa các đầu cuối trên mạng.
Các thành phần cơ bản của Voice IP
Các thành cơ bản của một mạng Voice IP phụ thuộc vào loại giao thức báo hiệu mà
nó sử dụng. Tuy vậy các thành phần này đều được thiết lập trên một nguyên tắc chung.
Nhìn chung một mạng Voice IP gồm ba thành phần chính sau đây:
-
Các đầu cuối: là thành phần giao tiếp với người sử dụng, là phương tiện cung
-
cấp các dịch vụ thoại trực tiếp đến người sử dụng.
Cổng giao tiếp: thực hiện chức năng giao tiếp giữa mạng thoại truyền thống
PSTN và mạng Voice IP. Các chức năng của nó bao gồm: mã hoá tín hiệu,
-
chuyển đổi định dạng số, chuyển đổi giao thức báo hiệu…
Thành phần quản lý: thực hiện chức năng quản lý các thành phần thiết bị hiện
diện trên mạng…
Đối với các hệ thống Voice IP được thiết lập theo chuẩn H.323, các thành phần trên
tương đương với các đầu cuối_terminal (có thể là điện thoại IP, hay PC trang bị phần
mềm truyền thoại), gateway và gatekeeper.
Trên cơ sở sử dụng linh hoạt các thành phần này trong mạng, hệ thống Voice IP có
thể cung cấp các phương thức thực hiện cuộc gọi trong mạng khác nhau.
1.1.3. Các mô hình truyền thoại Voice IP
1.1.3.1. Mô hình truyền thoại PC - PC
Đây là mô hình phát triển đầu tiên của các hệ thống truyền thoại qua mạng IP. Hệ
thống này được thực hiện trên cơ sở sử dụng các phần mềm được phát triển riêng cho
việc truyền thoại giữa các máy tính. Các phần mềm này có các tính năng gói hoá các
tín hiệu thoại để có thể truyền qua hệ thống mạng IP đến máy đích. Quá trình xử lý
ngược lại sẽ được thực hiện tại máy đích nhằm chuyển đổi các gói thoại trở về dạng tín
hiệu thoại ban đầu để truyền đến tai người nghe.
Mô hình này thường được áp dụng trong phạm vi tổ chức hay công ty nhằm đáp
ứng các nhu cầu liên lạc mà không cần phải trang bị thêm hệ thống tổng đài nội bộ.
Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống Internet cùng với chất lượng
cơ sở hạ tầng mạng IP không ngừng được cải thiện. Nhiều dịch vụ sử dụng mô hình
này đã được phổ biến như: NetMeeting, VoiceChat,…
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 8
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Hình . Mô hình truyền thoại PC to PC
1.1.3.2.
Mô hình truyền thoại PC - Phone
Việc phát triển mô hình truyền thoại PC to PC cho thấy khả năng phát triển hệ
thống Voice IP trên diện rộng là rất khó khăn vì không cung cấp việc tích hợp với
mạng thoại hiện có đồng thời không thân thuộc với người sử dụng như mạng PSTN.
Để đáp ứng nhu cầu tích hợp với mạng thoại PSTN, mô hình truyền thoại PC to Phone
đã ra đời. Hệ thống này cung cấp cơ chế giao tiếp với mạng PSTN cũng như việc
chuyển đổi địa chỉ IP sang số điện thoại thông thường sử dụng trên mạng PSTN. Với
mô hình này cho phép thiết lập cuộc gọi từ một máy tính được trang bị phần mềm
truyền thoại trên mạng đến bất kì một máy điện thoại nào trên mạng PSTN thông qua
đường liên kết IP.
Để thực hiện cuộc gọi qua mạng như trên, hệ thống phải trang bị các gateway là
thành phần giao tiếp giữa mạng PSTN truyền thống với mạng Voice IP. Theo đó
gateway sẽ thực hiện chức năng chuyển đổi số IP sang số điện thoại tương ứng và
ngược lại, cũng như thực hiện các cơ chế chuyển đổi giao thức báo hiệu giữa hai mạng
IP và PSTN.
Hình . Mô hình truyền thoại PC to Phone
1.1.3.3.
Mô hình truyền thoại Phone - Phone
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 9
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Mô hình truyền thoại Voice IP được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là Phone to
Phone. Mô hình này thiết lập các giao tiếp hai chiều giữa mạng PSTN và mạng gói IP,
cung cấp các cơ chế chuyển đổi giao thức truyền thoại cũng như báo hiệu giữa mạng
thoại PSTN với mạng thoại qua IP.
Mô hình này gây được sự chú ý cho công nghệ truyền thoại qua IP vì nó tiếp cận
được với mọi tầng lớp người sử dụng với việc sử dụng máy điện thoại và cách quay số
thông thường để thực hiện cuộc gọi qua mạng IP.
Trong mô hình này người sử dụng dùng một mã số đặc biệt gọi là giá trị cổng kết
nối giữa PSTN và mạng IP rồi nhấn số điện thoại cần gọi. Quá trình chuyển đổi giao
thức giữa mạng thoại và mạng IP sẽ được thực hiện tại gateway.
Hình . Mô hình truyền thoại Phone to Phone
1.1.4. Mạng IP
Mạng Voice IP có thể được xem như một hệ thống tổng đài cung cấp các phương
tiện thực hiện cuộc gọi giữa các đầu cuối. Hệ thống này mang tính phân tán, nghĩa là
nó gồm nhiều bộ phận, thành phần được lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau. Để kết nối
các thành phần này với nhau mạng IP được sử dụng và đóng vai trò là tuyến mạng trục
trong việc phân phối thông tin giữa các thành phần trong hệ thống Voice IP.
Để thực hiện chức năng là tuyến trục trong hệ thống Voice IP, mạng IP phải đảm
bảo cho việc phân phối các gói thoại cũng như các gói báo hiệu đến các thành phần
của hệ thống Voice IP. Do sự khác nhau về tính chất của các gói báo hiệu và các gói
thoại mà mạng IP phải có cách xử lý chúng khác nhau. Bên cạnh đó mạng IP còn thực
hiện chức năng cơ bản của nó là truyền dữ liệu. Do vậy mà mạng IP cần phải xác lập
cơ chế ưu tiên cho từng loại lưu lượng truyền trên mạng cũng như các phương thức
chia sẽ tài nguyên mạng cho từng loại dịch vụ khác nhau.
Do Voice IP sử dụng IP là phương tiện truyền tải thông tin thoại, do đó nó thể hiện
sự khác biệt cơ bản trong phương thức truyền thoại với các hệ thống chuyển mạch
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 10
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
kênh. Mạng chuyển mạch kênh là mạng sử dụng cơ chế ghép kênh phân chia theo thời
gian TDM (Time Division Multiplexing) để cung cấp một kênh thông tin và toàn bộ
băng thông của kênh đó cho cuộc gọi được thiết lập qua mạng, bất kể có tín hiệu thoại
truyền trên kênh đó hay không. IP khác mạng chuyển mạch kênh ở chỗ nó dựa trên
nền tảng chuyển mạch gói, với việc thiết lập các kênh ảo để thực hiện việc truyền thoại
giữa các đầu cuối, các kênh thoại có thể cùng chia sẻ băng thông của đường truyền.
Mạng IP chỉ cấp băng thông cho cuộc gọi khi thật sự có thông tin cần gửi đi nếu không
nó sẽ dành băng thông cho các dịch vụ khác.
Các lớp dịch vụ (class of service) trên mạng IP sẽ đảm bảo rằng các gói của một
ứng dụng bất kì sẽ được cấp phát một mức ưu tiên nào đó cho việc truyền tải các tín
hiệu trên mạng. Việc phân định các mức ưu tiên nhằm xác định các phản ứng của
mạng đối với các gói dữ liệu của một loại dịch vụ nhất định trong các trường hợp xảy
ra sự cố trên mạng. Sự xác định các mức ưu tiên này là cần thiết cho ứng dụng truyền
thoại qua mạng IP vì nó đảm bảo rằng các dịch vụ thoại sẽ không bị ảnh hưởng bởi các
dòng lưu lượng dữ liệu cùng được chuyển vận trên mạng.
Như vậy có thể coi IP là phần lõi của hệ thống truyền thoại qua IP vì nó cung cấp
tất cả các phương tiện cho việc chuyển vận các gói thoại qua mạng. Mạng IP không
quan tâm đến nội dung thông tin của các gói thoại cũng như của các gói dữ liệu được
chuyển vận qua nó. Mà nó chỉ dựa vào việc phân định loại dịch vụ cần cung cấp để có
các cơ chế thích hợp trong việc thiết lập ưu tiên cho các gói thoại để đảm bảo tính chất
thời gian thực của thông tin thoại.
1.1.5. Quá trình thiết lập cuộc gọi qua mạng Voice IP
Việc thiết lập cuộc gọi qua mạng dữ liệu đòi hỏi việc thực thi các quá trình tương
tự mạng thoại truyền thống như cung cấp âm hiệu quay số, các âm hiệu hồi âm chuông
cũng như việc cung cấp tín hiệu chuông cho các tín hiệu đầu cuối trên mạng để thông
báo có cuộc gọi đến, … Quá trình xử lý cuộc gọi trong mạng Voice IP thông qua sử
dụng các giao thức được thiết lập trên cấu trúc phân lớp của hệ thống được mô tả bằng
các tiến trình sau:
-
Khi người sử dụng nhấc máy, thông tin về trạng thái nhấc máy được gửi đến
-
phần ứng dụng báo hiệu của hệ thống Voice IP được thiết lập ở lớp phiên.
Đáp ứng cho yêu cầu gởi đến, các ứng dụng ở lớp phiên sẽ phát âm hiệu mời
quay số đồng thời chờ thuê bao quay số.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 11
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
-
Thuê bao quay số điện thoại cần gọi, các số này được tổng hợp và lưu trữ trong
-
ứng dụng lớp phiên của Voice IP.
Sau khi đã nhận đủ số phù hợp với các thông số được cấu hình cho các đầu cuối
trên mạng, số điện thoại được chuyển đổi sang địa chỉ IP của một đầu cuối
tương ứng trên mạng thông qua bảng cơ sở dữ liệu được thiết lập trong hệ
thống. Đầu cuối này có các kết nối đến thuê bao bị gọi hay đến các tổng đài có
-
khả năng hoàn thành quá trình thiết lập cuộc gọi đến thuê bao bị gọi.
Lớp phiên sau đó sẽ thực thi một trong số các giao thức báo hiệu như H.323,
SIP,… để thiết lập một kênh phát và một kênh thu cho mỗi hướng thông qua
-
mạng IP.
Nếu các cuộc gọi được gửi đến tổng đài để xử lý thì tổng đài có chức năng
chuyển tiếp cuộc gọi đến thuê bao bị gọi. Nếu mạng được cấu hình sử dụng
giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) thì giao thức này sẽ có chức
năng quản lý các tài nguyên trên mạng để đảm bảo chất lượng của các dịch vụ
-
trên mạng.
Cơ chế mã hoá và giải mã tín hiệu được thực thi ở lớp trình diễn cài đặt trên hai
đầu cuối để thực thi quá trình gói hoá tín hiệu thoại được truyền qua mạng. Các
thông tin được mã hoá của cuộc hội thoại sẽ được truyền qua mạng sử dụng tập
-
giao thức RTP, UDP và IP.
Voice IP sử dụng hệ thống báo hiệu trong băng, theo đó tất cả các chỉ thị cho
tiến trình của cuộc gọi cũng như các thông tin báo hiệu khác phục vụ cho tiến
trình thiết lập kết nối giữa hai đầu cuối đều được truyền qua các đường thoại
ngay khi kênh thoại được thiết lập giữa hai đầu cuối. Các thông tin báo hiệu
-
được nhận biết qua các cổng thoại và được xử lý ở lớp phiên tại các đầu cuối.
Khi bất kì một đầu cuối nào gác máy chỉ thị rằng cuộc hội thoại kết thúc, việc
quản lý tài nguyên cấp phát cho cuộc gọi của RSVP được xoá bỏ và phiên liên
lạc kết thúc. Các đầu cuối lại trở về trạng thái rỗi, sẵn sàng cho các cuộc gọi
tiếp theo.
1.1.6. Cách thức hoạt động của mạng Voice IP
1.1.6.1. 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
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 12
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
(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 và giải mã.
Tín hiệu đện thoại analog (giọng nói con người) được đặt vào đầu vào của thiết bị
codec và được chuyển đổi thành chuỗi số nhị phân ở đầu ra. Sau đó quá trình này thực
hiện trở lại bằng cách chuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng qui
trình codec.
Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa (digitizing) một tín hiệu tương tự
(analog):
•
Lấy mẫu (Sampling)
•
Lượng tử hóa (Quantization)
•
Mã hóa (Encoding)
•
Nén giọng nói (Voice Compression)
Multiplexing: Ghép kênh là qui trình chuyển một số tín hiệu dồng thời qua một
phương tiện truyền dẫn.
PAM (pulse-amplitude modulation)- điều chế biên độ xung
TDM (Time Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo thời gian: Phân
phối khoảng thời gian xác định vào mỗi kênh, mỗi kênh chiếm đường truyền cao tốc
trong suốt một khaỏng thời gian theo định kì.
FDM (Frequency Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗi
kênh được phân phối theo một băng tần xác định, thông thường có bề rộng 4Khz cho
dịch vụ thoại.
PCM (Pulse code modulation)- Điều chế theo mã: là phương pháp thông dụng
nhất chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital ( và ngược lại) để có thể vận
chuyển qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số.
Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình chính:
•
Lấy mẫu
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 13
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
•
Lượng tử hoá
•
Mã hoá.
Tiến trình này hoạt động như sau:
Giai đoạn đầu tiên cuả PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số
hoá), nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dưới dạng chuỗi PAM. Các mẫu PAM có
dãi biên độ nối tiếp nhau, sau đó phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các
khoảng.
Tất cả các mẫu với các biên độ nào đó nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệt
nào thì được gán cùng mức giá trị cuả khoảng đó. Công việc này được gọi là “lượng tử
hoá”.
Cuối cùng trong bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu được lương tử hoá được
biểu diễn bởi các mã nhị phân.
1.1.6.2.
Lấy mẫu
Hình . Lấy mẫu
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.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 14
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
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.
Do đó 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 nhũng 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 hay 8000 mẫu được lấy trong một giây, khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125
micro giây.
1.1.6.3.
Lượng tử hóa (Quantization)
Hình . Lượng tử hóa
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.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 15
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Sự phục hồi hình dạng tín hiệu ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại.
1.1.6.4.
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 nữa trên hay nữa dưới của dãy, bit thứ hai
chỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục.
Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại.
Dùng bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông. Với tùy chọn này thí
một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi dồng thời.
1.1.6.5.
Nén giọng nói (Voice Compression)
Mặc dù kỉ 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.
Một số ví dụ hệ thống mã hóa tiếng nói tốc độ thấp:
CVSD( Continuously variable slope delta modulaton) Kỹ thuật này là một dẫn xuất
của điều chế delta, trong đó một bit đơn dùng để mã hóa mỗi mẫu PAM hoặc lớn hơn
hoặc nhỏ hơn mẫu trước đó. Vì không hạn chế bởi 8 bit, mã hóa có thể họat đông ở tốc
độ khác nhau vào khỏang 20 Kps.
ADPCM( Adaptive differential PCM): Kỹ thuật này là một dẫn xuất của PCM
chuẩn, ở đó sự khác biệt giữa các mẫu liên tiếp nhau được mã hóa, thay vì tất cả các
mẫu điều được mã hóa, được truyền trên đường dây. CCITT có đề nghị một chuẩn
ADPCM 32 Kps, 24 Kps, 16Kbs cho mã hóa tiếng nói.
Chuẩn PCM thì cũng được biết như chuẩn ITU G.711
Tốc độ G.711: 64 Kps=(2*4 kHz)*8 bit/mẫ
Tốc độ G.726: 32 Kps=(2*4 kHz)*4 bit/mẫ
Tốc độ G.726: 24 Kps=(2*4 kHz)*3 bit/mẫ
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 16
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Tốc độ G.726: 16 Kps=(2*4 kHz)*2 bit/mẫu
Hình . Packetizing voice
Mỗi một khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia thành
những phần nhỏ, để đặt vào gói IP, Voice IP thì không hiệu qua 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 cuả 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 10us đến 30 us (trung bình là 20us) để đặt dữ liệu thoại
vào bên trong gói tin, ví dụ phần dữ liệu thoại(voice data) vơí kích thước 160 byte
không nén cần khoảng 20us để đặt phần dữ liệu thoại vào bên trong gói tin. Số lượng
dữ liệu thoại bên trong gói tin cần cân bằng giữa sự hiệu quả trong sử dụng băng thông
và chất lượng của cuộc thoại.
1.1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Voice IP
Chất lượng của âm thanh được khôi phục qua mạng điện thoại là mục tiêu cơ bản
của dịch vụ, mặc dù các chỉ tiêu chuẩn đã được ITU phát triển. Có 3 nhân tố có thể
ảnh hưởng sâu sắc tới chất lượng của dịch vụ thoại:
1.1.7.1. Sự trễ
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 17
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Dịch vụ thoại cũng như các dịch vụ thời gian thực khác có giới hạn nghiêm ngặt về
độ trễ trong việc truyền tải các gói thoại giữa các đầu cuối. Nếu độ trễ quá lớn có thể
gây ra các ảnh hưởng xấu đến chất lượng của tín hiệu thoại như ngắt quãng quá trình
đàm thoại hay gây ra tiếng vang (echo).
Các nguyên nhân gây trễ trên mạng Voice IP:
1.1.7.1.1.
Trễ thuật toán (Codec delay)
Đây là độ trễ do các bộ codec tạo ra và là thời gian thực thi của các thuật toán mã
hóa. Độ trễ mã hóa phụ thuộc vào từng loại thuật toán mã hóa. Các thuật toán mã hóa
càng đơn giản và cho tốc độ bit lớn thì thời gian thực thi càng ngắn, do đó độ trễ thấp.
Tiêu chuẩn
Giải thuật
Tốc độ
Trễ mã hóa
Trễ giải mã
mã hóa
nén
Kbit/s
(ms)
(ms)
G.711
PCM
64
0
0
G.729
CS_ACELP
8
7.5
7.5
G.723.1
ACELP
5.3/6.4
18.75
18.75
Bảng . Trễ thuật toán của một số tiêu chuẩn mã hóa
1.1.7.1.2.
Trễ do tạo gói (Paketization delay)
Các loại gói thường bao gồm hai hay nhiều mẫu thoại, do vậy mà phía phát phải
chờ trong khoảng thời gian bằng bội số thời gian tạo mẫu thoại trước khi có thể phát
gói đi. Đây là độ trễ gây ra do quá trình gói hóa thoại. Quá trình đóng gói thoại được
thực hiện nhằm giảm sự hao phí băng thông cho phần tiêu đề được gởi kèm theo các
tín hiệu thoại.
Để giảm độ trễ, các gói thoại trong mạng Voice IP thường có kích thước nhỏ. Tuy
vậy nếu kích thước của gói thoại quá nhỏ sẽ làm tăng sự hao phí băng thông trên mạng
do phần tiêu đề gởi kèm theo mỗi gói chiếm tỉ lệ lớn trên tổng kích thước của mỗi gói.
Chuẩn RFC qui định rằng chu kì gói hóa ngầm định đối với dịch vụ trên mạng
Voice IP là 20ms. Tuy vậy một số tiêu chuẩn mã hóa có thể có các qui định khác, như
tiêu chuẩn G.723.1 tạo các khung thoại có độ dài 30ms và mỗi khung sẽ được phát đi
như một gói thoại với sự bổ sung phần tiêu đề của kênh RTP.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 18
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
1.1.7.1.3. Trễ do lan truyền (Propagation delay)
Độ trễ do lan truyền là thời gian để các tín hiệu lan truyền trên đường truyền giữa
các đầu cuối. Thông thường độ trễ này là không đáng kể vì tốc độ lan truyền của tín
hiệu tương đối lớn. Độ trễ này chỉ được tính đến trong độ trể của toàn mạng khi cự ly
của đường truyền lớn.
1.1.7.1.4. Trễ chuyển phát gói (Serialization delay)
Quá trình chuyển phát gói cũng là một nguyên nhân gây ra độ trễ lớn trên mạng.
Nó là thời gian cần thiết để chuyển phát một gói dữ liệu lên đường truyền vật lý từ một
nút mạng. Độ trễ này phụ thuộc vào tốc độ giao tiếp của các đường truyền vật lý mà hệ
thống sử dụng. Tốc độ của các đường vật lý càng cao thì độ trễ càng thấp.
Thêm vào đó độ trễ này còn tăng lên theo số nút mạng mà gói sẽ đi qua, vì mỗi nút
mạng đều thực thi quá trình chuyển phát gói lên đường liên kết giữa nó với nút mạng
lân cận.
Mặc dù độ trễ do chuyển phát gói là không loại bỏ được nhưng nếu sử dụng các
giao tiếp có tốc độ cao, và hạn chế các đường liên kết mà các gói đi qua thì có thể tối
thiểu được độ trễ này.
1.1.7.1.5. Trễ hàng đợi (Queuing delay)
Độ trễ hàng đợi là thời gian mà các gói thoại phải nằm chờ trong các bộ đệm trước
khi nó được phát đi. Thời gian trễ này là một đại lượng biến thiên được qui định bởi
lưu lượng tải trên mạng. Khi lưu lượng tải qua mạng thấp, các gói thoại có thể được
chuyển phát đi ngay mà không cần phải đưa vào bộ đệm. Tuy vậy khi lưu lượng đi qua
một nút mạng lớn, tốc độ xử lý của các nút mạng không đáp ứng được tốc độ luồng
lưu lượng đến, các gói phải chờ trong các hàng đợi, độ trễ hàng đợi có thể làm cho
tổng độ trễ trên toàn mạng lớn.
Để đảm bảo độ trễ đối với các gói thoại là thấp nhất,mạng IP cần xác lập cơ chế ưu
tiên trong việc xử lý và phân phát gói thoại.
1.1.7.2.
Sự biến thiên độ trễ (Jitter)
Như đã đề cập ở chương 5, Jitter là độ chênh lệch về khoảng cách giữa các gói ở
đầu thu so với khoảng cách chuẩn qui định. Khi các khung được phát qua một mạng
IP, tổng thời gian trễ mà mỗi khung trải qua có thể khác nhau. Sở dĩ như vậy là vì các
gói thoại được xử lý hoàn toàn độc lập nên tổng độ trễ hàng đợi, thời gian xử lý,
truyền phát gói có thể biến đổi tùy thuộc vào tải tổng thể trong mạng cũng như cấu
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 19
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
trúc của mạng. Do đó mặc dù các khung thoại đều do cùng một nguồn tạo ra tại các
khoảng thời gian đều đặn, thì phía đích thường vẫn không thu được các khung này
trong các khoảng thời gian bằng nhau vì sự chênh lệch về độ trễ của các gói trong
mạng.
Jitter sẽ làm cho các đầu cuối thu không xử lý kịp trong trường hợp khoảng cách
giữa các gói thoại quá ngắn và đồng thời cũng có thể làm cho phía thu hiểu nhầm các
gói bị mất khi khoảng cách giữa các gói quá lớn.
Phương pháp chung để xử lý đối với jitter là giữ các khung thoại tại bộ đệm cho
phép các khung chậm nhất cũng tới kịp thời để được đọc theo một thứ tự đúng trong
những khoảng thời gian xác định. Lượng jitter càng lớn thì một số khung càng được
giữ lâu trong bộ đệm và sẽ tạo ra thêm thời gian trễ. Độ trễ này gọi là độ trễ gây ra do
bộ đệm jitter.
Để giảm thiểu độ trễ gây ra do bộ nhớ đệm, bộ nhớ đệm jitter thích nghi được sử
dụng. Nguyên tắc hoạt động của bộ nhớ này là nếu lượng jitter trong mạng nhỏ thì
kích thước bộ đệm sẽ nhỏ. Nếu jitter tăng lên do tải của mạng tăng thì kích thước bộ
đệm sẽ tự động tăng để bù lại.
Như vậy, jitter trong mạng sẽ làm xấu chất lượng thoại ở mức độ nó làm tăng trễ từ
đầu cuối tới đầu cuối do có bộ đệm. Đôi khi nếu jitter quá lớn, bộ nhớ đệm có thể cho
phép mất một số khung để duy trì thời gian trễ gây ra bởi hiện tượng jitter không quá
lớn.
1.1.7.3. Mất gói
1.1.7.3.1. Ảnh hưởng của mất gói
Như đã đề cập ở phần đầu, mất gói là hiện tượng không thể tránh được do cơ chế
phân phối không kết nối cũng như không đảm bảo tính tin cậy của mạng IP. Khác với
các dịch vụ truyền dữ liệu, mất gói có thể được khắc phục nhờ các cơ chế phát lại gói
được thiết lập ở lớp truyền tải, như sử dụng giao thức TCP chẳng hạn. Trong thông tin
thoại, do tính chất thời gian thực của chúng, không cho phép sử dụng cơ chế phát lại vì
sẽ làm tăng độ trễ của mạng.
Trong thông tin thoại, mặc dù xác suất mất gói có thể được chấp nhận ở một mức
độ nhất định tuy vậy mất gói đồng nghĩa với việc mất đi các mẫu thoại có thể dẫn đến
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 20
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
đứt quãng trong quá trình đàm thoại. Do vậy mà chất lượng của mạng thoại còn chịu
ảnh hưởng bởi cách xử lý của các đầu cuối đối với phần khung bị xóa.
1.1.7.3.2.
Phương pháp xử lý mất gói
Trong trường hợp đơn giản nhất, các đấu cuối sẽ bỏ qua các khe trống trong dòng
thoại nếu một mẫu thoại bị mất. Nghĩa là các nội dung thoại chứa trong các mẫu thoại
bị mất sẽ bị bỏ qua. Điều này có thể chấp nhận được nếu xác suất mất gói thấp vì
thông tin thoại không yêu cầu độ chính xác cao.
Tuy nhiên nếu quá nhiều khung bị mất, tiếng nói sẽ bị đứt đoạn với các âm tiết
hoặc các từ bị mất, một phương pháp có thể được sử dụng để khôi phục lại các đoạn
thoại bị mất là phát lại mẫu thoại ngay trước đó. Phương pháp này làm việc tốt nếu chỉ
có vài mẫu bị mất trong toàn bộ quá trình đàm thoại và không liên tục. Để đối phó với
các lỗi nhóm, tương ứng nhiều mẫu thoại bị mất, người ta thường phải dùng phương
pháp nội suy. Dựa vào các mẫu thoại trước đó, bộ giải mã sẽ dự đoán các khung bị mất
có thể là gì. Kĩ thuật này được gọi là kỹ thuật che dấu sự mất gói (Packet Loss
Concealment).
2.
Các giao thức sử dụng trong hệ thống truyền thoại Voice IP
1. Các giao thức lớp truyền tải
1. Giao thức TCP (Transmission Control Protocol)
Giao thức TCP được dùng làm giao thức kết nối với độ tin cậy cao giữa hai host
trong mạng máy tính hiện nay. Trong ứng dụng truyền thoại Voice IP, giao thức TCP
được dùng làm phương tiện vận chuyển các gói báo hiệu nhờ có độ tin cậy cao. TCP
cung cấp các khả năng:
-
Cơ sở truyền dữ liệu: TCP có thể truyền liên tục các dòng octec theo hướng bất
-
kì giữa hai host trên mạng bằng cách đóng gói các octec.
Độ tin cậy: trong trường hợp data bị mất, bị hư, bị lặp lại hoặc sai thứ tự ban
đầu, data phải được truyền lại. Nếu đầu thu nhận đúng dữ liệu sẽ gởi tín hiệu
khẳng định ACK (Acknowledgment) về đầu phát. Nếu đầu gởi không nhận
được ACK, data sẽ được phát lại. Tại đầu thu, các octec cũng được đánh số thứ
tự để sắp xếp lại các đoạn đến sai trật tự và loại bỏ các đoạn bị trùng lặp. Data
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 21
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
bị hư có thể sửa sai bằng cách thêm trường checksum vào mỗi đoạn phát đi và
-
khiểm tra lại tại đầu thu, nếu không tương hợp data sẽ bị loại bỏ.
Kiểm tra dòng: TCP cung cấp cho đầu thu khả năng kiểm tra số byte đã phát đi
ban đầu từ nguồn. Sau mỗi đoạn dữ liệu nhận được thành công, đầu thu phản
-
hồi một cửa sổ chứa dãy các số tuần tự đánh số các octec nhận được.
Phân kênh: Để cho phép nhiều quá trình đồng xảy ra trong một host duy nhất,
TCP kết hợp tổ hợp các địa chỉ kết hợp giữa địa chỉ mạng IP và địa chỉ port tạo
thành các địa chỉ socket riêng biệt cho phía thu và phía phát. Mỗi cặp địa chỉ
-
kết hợp xác định một kết nối duy nhất.
Kết nối: Khi có yêu cầu kết nối từ hai phía, hai bên phải hình thành kết nối
logic trước khi truyền dữ liệu đi. Khi hoàn tất việc truyền thông, kết nối được
-
giải tỏa trở về trạng thái rỗi để tiếp tục thực hiện các kết nối khác nếu có.
Độ ưu tiên và tính bảo mật: lớp ứng dụng có thể yêu cầu thêm hai đặc tính này
bằng cách thêm một số trường thích hợp vào header của gói TCP.
Source Port
Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment Number
Data
Offset
Reserved
Control
Window
bits
Checksum
Urgent Pointer
Option + Padding
Data
Bảng . Cấu trúc một TCP header
-
Source Port : 16 bit, cổng nguồn.
Destination Port : 16 bit, cổng đích.
Sequency Number : 32 bit, số thứ tự của octec data đầu tiên trong đoạn này.
Acknowlegment Number : 32 bit, nếu bit kiểm tra ACK được bật, trường này
-
chứa số thứ tự của đoạn kế tiếp cần nhận.
Data Offset : 4 bit, số từ 32 được sử dụng trong TCP header nhằm xác định vị
-
trí đầu tiên của dữ liệu trong gói.
Reserved : 6 bit, dự trữ, thường đặt giá trị 0.
Control bits : 8 bit
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 22
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
-
+
URG : Urgent Pointer field significant, con trỏ chỉ dấu hiệu khẩn cấp.
+
ACK : Acknowledgment field significant, trường phát tín hiệu ACK.
+
EOL : End of Letter, tín hiệu kết thúc văn bản gởi.
+
RST : Reset the connection, thiết lập lại kết nối.
+
SYN : synchronize sequency number, đồng bộ các số tuần tự.
+
FIN : No more data from sender, báo hiệu không còn data để gởi.
Window : 16 bit, số octec data bắt đầu bằng octec được đề cập trong trường
-
Acknowledgment.
Checksum :16 bit, mã kiểm soát lỗi theo phương pháp CRC cho toàn bộ đoạn.
Urgent Pointer : 16 bit, trỏ tới số tuần tự của octec đi theo sau dữ liệu khẩn, cho
bên nhận biết độ dài của đoạn dữ liệu khẩn. Vùng này chỉ có hiệu lực khi bit
-
URG được bật kên 1.
Option : độ dài bit thay đổi, nằm cuối TCP header và có độ dài là bội số của 8
bit.
- Padding : độ dài thay đổi, xác định vị trí kết thúc vùng header.
Số tuần tự (sequency number)
Mỗi octec data trong gói TCP gởi đi đều được đánh số tuần tự và được xác nhận tại
đầu thu bằng tín hiệu ACK. Mỗi đoạn cũng mang một số ACK là số thứ tự của octec
data kế tiếp sẽ được gởi đi theo hướng ngược lại. Khi TCP gởi một đoạn nó đồng thời
chép một bản sao của đoạn đó vào hàng chờ phát lại và khởi động bộ định thời, nếu
nhận được tín hiệu ACK từ phía thu, bản sao sẽ bị loại bỏ khỏi hàng đợi. Nếu chưa
nhận được tín hiệu ACK sau thời gian tối đa cho phép (time out) bản sao sẽ được phát
lại.
Số tuần tự được đánh số trong giới hạn từ 0 tới 2^32 – 1 số. Số thứ tự nhỏ nhất
được đánh số ở octec data đầu tiên ngay sau header.
Khi một kết nối mới được thiết lập, số thứ tự bắt đầu được cung cấp gồm 32 bit.
Việc khởi tạo giới hạn trong chu kì 32 bit xung clock trong đó các bit thấp được tăng
lần lượt sau 4 micro giây. Do đó chu kì khởi tạo được lặp lại sau 4,55 giờ. Vì các đoạn
dữ liệu không tồn tại trong mạng không quá vài chục phút nên khả năng số tuần tự bị
trùng lặp là không hề có.
Đối với mỗi kết nối đều có số tuần tự nhận và gởi. Chuỗi số thứ tự gởi khởi tạo
được nhận biết trong quá trình khởi tạo kết nối.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 23
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Đối với kết nối được thiết lập hoặc khởi tạo ban đầu, cả hai TCP thu và phát đều
phải đồng bộ số thứ tự octec data. Cơ chế “bắt tay ba bước” là cần thiết vì các số thứ
tự không gắn cùng với xung clock trong mạng. Nơi nhận tín hiệu đồng bộ đầu tiên
không có cách nào để nhận biết đoạn data đó có phải là gói cũ bị delay hay không trừ
khi nó ghi nhớ số thứ tự cuối cùng được sử dụng cho kết nối, do đó nơi nhận yêu cầu
TCP gởi phải kiểm tra lại tín hiệu đồng bộ SYN.
Qui trình thiết lập kết nối TCP
Cơ chế bắt tay ba chiều được sử dụng để thiết lập kết nối cho việc truyền tải thông
tin trên giao thức TCP. Thủ tục này được bắt đầu bởi các giao thức TCP trên một hệ
thống và được đáp ứng bởi các thủ tục tương ứng của giao thức TCP trên một hệ thống
khác. Tiến trình này cũng được thực hiện nếu cả hai giao thức TCP trên hai hệ thống
đồng thời khởi tạo một tiến trình kết nối.
Quá trình khởi tạo kết nối được bắt đầu bằng việc một trong hai giao thức TCP gởi
gói dữ liệu được đóng nhãn SYN đến một đầu cuối khác yêu cầu thiết lập kết nối. Các
tiến trình tiếp theo trong quá trình thiết lập kết nối giữa hai hệ thống A và B được mô
tả như hình:
Hình . Quy trình thiết lập kết nối TCP
Giải tỏa kết nối TCP
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 24
Tìm hiểu công nghệ Voice IP và xây dựng ứng dụng hội thoại trực tuyến
Kết nối TCP được giải tỏa khi nhận được thông báo CLOSE bởi các trình ứng dụng
trên một trong hai đầu cuối. Thông báo CLOSE được phát đi khi xảy ra một trong các
trường hợp sau:
-
User chỉ định cho TCP đóng kết nối.
-
TCP nhận được gói FIN từ đầu cuối bên kia.
-
Cả hai user cùng thực thi lệnh đóng đồng thời.
Quá trình giải tỏa kết nối được mô tả như hình sau:
Hình . Giải tỏa kết nối TCP
2. Giao thức UDP (User Data Protocol)
UDP là một giao thức truyền tải không tin cậy:
-
UDP thiết lập các cổng giao tiếp với các trình ứng dụng, qua đó các trình ứng
dụng có thể gởi dữ liệu đến lớp UDP để xử lý. Mỗi trình ứng dụng có một cổng
-
giao tiếp riêng để truyền dữ liệu xuống lớp UDP.
UDP phân đoạn các gói, thêm header và tìm đường gởi các gói UDP đến đầu
cuối đích. Tùy theo tình trạng mạng mà các gói có thể đi bằng các đường khác
nhau để đến đích, do đó các gói có thể bị mất hoặc sai thứ tự ở phía nhận.
GVHD: THS. MAI VĂN HÀ
Page 25
