Tổng đài VOIP và ứng dụng

TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm kinh tế công nghệ
lớn nhất Việt Nam. Theo đó mà mức sống và nhu cầu của con người cũng tăng
lên đáng kể, đặc biệt là nhu cầu về ẩm thực và giải trí. Cũng chính vì lẽ đó mà
chuỗi các cửa hàng thức ăn nhanh và những quán Coffee mang phong cách sang
trọng đang dần đượchình thành với số lượng và chất lượng ngày càng cao cùng
với đội ngũ nhân viên hùng hậu, bên cạnh đó một yếu tố không thể thiếu trong
chuỗi các cửa hàng này là duy trì hệ thống mạng Wifi để phục vụ một cách tốt
nhất cho khách hàng.
Trong thời đại mà khoa học kĩ thuật, đặc biệt là lĩnh vực công nghệ thông
tin và điện tử viễn thông đang có những bước phát triển vượt bậc thì một câu hỏi
lớnđược đặt ra là làm cách nào để giảm số nhân viên phục vụ và tận dụng triệt để
hệ thống mạng không dây hiện có nhưng vẫn đảm bảo sự phục vụ cho khách hành
một cách tốt nhất?
Trong thời đại công nghệ phát triển bùng nổ như hiện nay, đã có trên 80%
người sử dụng Smartphone với hệ điều hành Android và sau thời gian tìm hiểu và
nghiên cứu tôi đã đề cử giải pháp là kết hợp giữa một tổng đài IP và Smartphone
để giải quyết vấn đề trên. Với giải pháp như trên, tôi đã xây dựng được Primary
server (192.168.43.215) sẽ đảm nhận vai trò tổng đài và Slave server
(192.168.43.216) chạy dự phòng. Một Wireless access point để có thể phát sóng
Internet cho toàn bộ cửa hàng. Những chiếc Smartphone chạy phần mềm ứng
dụng gọi đồ uống sẽ được đặt ở từng bàn, với ứng dụng SIP khách hàng có thể sử
dụng những chiếc Smartphone này để gọi điện thoại đặt đồ uống trực tiếp cho
nhân viên ở quầy thông qua tổng đài Asterisk.
Từ vấn đề đặt ra và giải pháp như trên tôi đã đạt được kết quả là giảm
được một cách tối đa số nhân viên phục vụ, tận dụng tốt hệ thống wifi và đặc biệt
rất phù hợp với những khách hàng là doanh nhân yêu thích công nghệ.

MAI Tấn Hà - Trang 1

MỤC LỤC
Trang
TÓM TẮT KHÓA LUẬN.........................................................................................1
MỤC LỤC.................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ....................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VoIP..................................................................7
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG.................................................................................7
1.2. KHÁI QUÁT VỀ MẠNG VOIP......................................................................7
1.2.1. Khái niệm...................................................................................................7
1.2.2. Đặc điểm của điện thoại IP.........................................................................7
1.2.3. Các hình thức truyền qua mạng IP..............................................................9
1.2.4. Đặc tính của mạng Voip............................................................................11
1.2.5. Yêu cần chất lượng đối với VoIP..............................................................13
1.3. KIẾN TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN MẠNG VOIP.................................14
1.3.1. Các thành phần mạng VoIP.......................................................................14
1.3.2. Phương thức hoạt động.............................................................................15
1.3.3. So sánh giữa Công Nghệ Voip và Mạng PSTN........................................16
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG.................................................................................17
CHƯƠNG 2: GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN (SIP)......................................18
2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG...............................................................................18
2.2. TỔNG QUAN VỀ SIP..................................................................................18
2.3. TÍNH NĂNG CỦA SIP.................................................................................19
2.4. CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG SIP..........................................19
2.4.1. User agent.................................................................................................19
2.4.2. Network server.........................................................................................20
2.5. CÁC BẢN TIN CỦA SIP..............................................................................21
2.5.1. Các bản tin yêu cầu (Request Message)...................................................22
2.5.2. Các bản tin đáp ứng (Response Message)................................................23
2.6. CÁC BƯỚC THIẾT LẬP, DUY TRÌ VÀ HỦY CUỘC GỌI.........................24

2.6.1. Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server)....................................24
2.6.2. Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server)..................26
2.6.3. Tổng quan lại trong SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối:......27
2.7. CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THỜI GIAN THỰC.......................28
2.7.1. Giao thức RTP..........................................................................................28
2.7.2. Giao thức RTCP.......................................................................................29
2.7.3. Bản tin báo hiệu:.......................................................................................32
2.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG.................................................................................36
CHƯƠNG 3: TỔNG ĐÀI IP-PBX......................................................................37
3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG...............................................................................37
3.1.1. Khái quát về tổng đài IP-PBX..................................................................37

MAI Tấn Hà - Trang 2


3.1.2. Các ưu điểm so với tổng đài PBX truyền thống:.....................................37
3.1.3. So sánh giữa IP-PBX và PBX truyền thống.............................................38
3.2. TỔNG ĐÀI IP-PBX ASTERISK...................................................................39
3.2.1. Kiến trúc hệ thống Asterisk......................................................................40
3.2.2. Một số tính năng cơ bản...........................................................................41
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG:................................................................................43
CHƯƠNG 4: HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID.......................................................44
4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG...............................................................................44
4.2. KHÁI NIỆM VỀ ANDROID.........................................................................44
4.3. KIẾN TRÚC CỦA ANDROID.....................................................................46
4.3.1. Hệ điều hành.............................................................................................46
4.3.2. Thư viện và các giao diện lập trình ứng dụng...........................................47
4.3.3. Khung ứng dụng trên Android..................................................................50
4.3.4. Ứng dụng..................................................................................................51
4.4. PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG TRÊN ANDROID............................................51

4.4.1. Ngôn ngữ lập trình....................................................................................51
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG.................................................................................52
CHƯƠNG 5: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG IP-PBX ASTERISK CHO CỬA
TIỆM DÙNG SMARTPHONE ĐỂ CHỌN MÓN...................................................53
5.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG...............................................................................53
5.2. TRIỂN KHAI HỆ THỐNG...........................................................................53
5.2.1. Khảo sát áp dụng:.....................................................................................53
5.2.2. Mô hình hệ thống.....................................................................................54
5.2.3. Cài đặt phần mềm.....................................................................................55
5.2.4. Ứng dụng SIP trên Smartphone................................................................63
5.2.5. Viết ứng dụng thay thế cho menu của hàng..............................................69
5.3. DEMO HỆ THỐNG:....................................................................................85
5.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG:................................................................................91
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.....................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................93

MAI Tấn Hà - Trang 3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATM

: Asynchronously Transfer Method

BCF

: Bearer Control Function

GSM

: Global System for Mobile

HTTP

: Hypertext Transfer Protocol

IETF

: Internet Engineering Task Force

IP

: Internet Protocol

IP-PBX

Internet Protocol – Private Branch Exchange

ITU-T

: International Telecommunication Union- Telecommunication
Standardization Sector

IVR

: Interative Voice Respone

MIME

: Multipurpose Internet Mail Extension

PBX

: Private Branch Exchange

PSTN

: Public Switch Telephone Network

QoS

: Quality of Service

RTCP

: Real-Time Transport Control Protocol

RTP

: Real-time Transport Protocol

SIP

: Session Initiation Protocol

TCP

: Transmission Control Protocol

UDP

: User Datagram Protocol

URL

: Uniform Resource Locator

VoIP

: Voice over Internet Protocol

MAI Tấn Hà - Trang 4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Mô hình PC to PC...................................................................................9
Hình 1.2 Mô hình PC to Phone............................................................................10
Hình 1.3 Mô hình Phone to Phone.......................................................................11
Hình 1.4 Cấu trúc mạng VoIP..............................................................................14
Hình 2.1 Các thành phần trong hệ thống SIP.......................................................20
Hình 2.2 Ví dụ về SIP Message...........................................................................21
Hình 2.3Một số trường đơn giản..........................................................................22
Hình 2.4 Hoạt động của Proxy server..................................................................24
Hình 2.5 Hoạt động của Redirect Server..............................................................26
Hình 2.6 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP...............................................................27
Hình 2.7 RTP Packet Header................................................................................28
Hình 2.8 RTCP Packet Header.............................................................................31
Hình 3.1 Sơ đồ giao tiếp tổng quát.......................................................................40
Hình 3.2 Sơ đồ khối của Asterisk.........................................................................40

Hình 4.1 Sự phổ biến của Android.......................................................................45
Hình 4.2 Cấu trúc hệ điều hành Android..............................................................46
Hình 4.3 Nhân Linux trên Android......................................................................46
Hình 4.4 Thư viện lập trình ứng dụng trên Android.............................................47
Hình 4.5 Khung ứng dụng trên Android...............................................................50
Hình 4.6 Các ứng dụng trên Android...................................................................51
Hình 4.7 Biểu đồ so sánh tốc độ của máy ảo Java giữa các phiên bản Android...51
Hình 5.1 Cửa hàng Trung Nguyên Coffee............................................................54
Hình 5.2 Mô hình thiết kế hệ thống.....................................................................55
Hình 5.3 Giao diện Centos 5.8.............................................................................56
Hình 5.4 Một project Thucdon.............................................................................70

MAI Tấn Hà - Trang 5


Hình 5.5 Các máy ảo được tạo ra.........................................................................71
Hình 5.6 Code XML giao diện dành cho cửa hàng..............................................73
Hình 5.7 Giao diện cửa hàng...............................................................................74
Hình 5.8 Giao diện list Coffee XML....................................................................75
Hình 5.9 Giao diện hình ảnh của Coffee..............................................................76
Hình 5.10 Giao diện Kem XML..........................................................................77
Hình 5.11 Giao diện hình ảnh Kem......................................................................78
Hình 5.12 Code monan.java.................................................................................79
Hình 5.13 Code MyArrayAdapter.java................................................................80
Hình 5.14 Code MainActivity.java......................................................................81
Hình 5.15Code Activity3.java..............................................................................83
Hình 5.16 Code Activity4.java.............................................................................85
Hình 5.17 Đăng ký tài khoản SIP.........................................................................86
Hình 5.18 Tổng đài Asterisk................................................................................87
Hình 5.19 Giao diện cửa hàng..............................................................................88

Hình 5.20 Giao diện Coffee.................................................................................89
Hình 5.21 Giao diện Kem....................................................................................90
Hình 5.22 Tổng đài khi thực hiện cuộc gọi..........................................................91

MAI Tấn Hà - Trang 6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VoIP
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
VoIP-điện thoại internet hay thường được gọi là dịch vụ điện thoại
băng rộng (Broadband Telephony) đang làm thay đổi ngành điện thoại thế giới.
Trong môi trường doanh nghiệp đang dần thay thế kiểu điện thoại truyền thống để
tận dụng các lợi ích và đặc điểm mà điện thoại internet mang lại. Do đó để hiểu
sâu hơn về VoIP, trong chương này, em lần lượt tìm hiểu khái quát về VoIP, trình
bày các ưu, nhược điểm cũng như các yêu cầu chất lượng đối với VoIP. Tìm hiểu
về kiến trúc mạng và các thành phần của mạng VoIP.
1.2. KHÁI QUÁT VỀ MẠNG VOIP
1.2.1.

Khái niệm

Có thể định nghĩa: Voice Over Internet Protocol (VoIP) là một công nghệ
cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của
mạng Internet. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan
tâm nhất hiện nay không chỉ đối với các nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn
cả với người sử dụng dịch vụ. VoIP có thể vừa thực hiện cuộc gọi thoại như trên
mạng điện thoại kênh truyền thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở
mạng truyền dữ liệu. Như vậy, nó đã tận dụng được sức mạnh và sự phát triển
vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thông thường.
1.2.2.

Đặc điểm của điện thoại IP

Điện thoại IP ra đời nhằm làm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền
số liệu, khai thác tính linh hoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức
IP và nó áp dụng trên một mạng toàn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của công
nghệ mang đến cho điện thoại IP những ưu điểm sau:
- Giảm chi phí cước gọi: Ưu điểm nổi bật nhất của điện thoại IP so
với dịch vụ điện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá

MAI Tấn Hà - Trang 7


rẻ với chất lượng chấp nhận được. Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai, chi
phí cho một cuộc gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy cập Internet.
Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyền trong
mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao. Đồng thời, kỹ thuật nén thoại
tiên tiến giảm tốc độ bit từ 64kbps xuống thấp tới 8Kbps(theo chuẩn nén thoại
G.729A của ITU-T) kết hợp với tốc độ xử lý nhanh của các bộ xử lý ngày nay cho
phép việc truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng
tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ.
- Tích hợp tính năng truyền thoại, truyền số liệu và báo hiệu: Trong
điện thoại IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể cùng đi trên
cùng một mạng IP. Điều này sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư để xây dựng những mạng
riêng rẽ.
- Khả năng mở rộng: Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ
thống kín, rất khó để thêm vào 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 các dịch vụ điện thoại IP khả năng mở rộng dễ dàng hơn so với
điện thoại truyền thống.

- Không cần thông tin điều kiển 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 mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể tới đích.
Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng
cuộc gọi mà không cần tập trung vào chức năng thiết lập kênh.
- Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài
nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố định (một kênh 64Kbps)
nhưng trong điện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại là linh
hoạt hơn nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng
thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng tốt nhất có thể, nhưng khi lưu lượng
của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất

MAI Tấn Hà - Trang 8


lượng thoại chấp nhận được nhằm phục vụ cùng lúc nhiều người nhất. Điểm này
cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP. Việc quản lý băng
thông một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao
cấp hơn như truyền hình hội nghị, điều mà với công nghệ chuyển mạch cũ người
ta không thực hiện vì chi phí quá cao.
- Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo
ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại. Ví dụ cho biết thông tin về người gọi
hay một thuê bao điện thoại IP Phone có thể có một số điện thoại dành cho công
việc, một cho cuộc gọi riêng tư.
- Khả năng đa phương tiện: Trong một “cuộc gọi” người sử dụng có
thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như là truyền file, chia sẻ dữ
liệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia.
1.2.3.
•

Các hình thức truyền qua mạng IP

Mô hình PC to PC
Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một

microphone, một speaker 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 đã có thể trao đổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet. Tất cả
các thao tác lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa giải mã, nén và giải nén tín hiệu
đều được máy tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy tính kết nối
với mạng mới có khả năng trao đổi thông tin cho nhau.

Hình 1.1 Mô hình PC to PC

MAI Tấn Hà - Trang 9


•

Mô hình PC to Phone
Mô hình PC to Phone là một mô hình được cải tiến hơn so với PC to PC.

Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi đến
mạng PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và
mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau thông qua một thiết bị đặc biệt đó là
Gateway. Đây là một mô hình cơ sở để kết hợp mạng Internet và mạng PSTN
cũng như mạng GSM hay đa dịch vụ khác.

Hình 1.2 Mô hình PC to Phone

•

Mô hình Phone to Phone
Đây là mô hình mở rộng cho mô hình PC to Phone sử dụng Internet làm

phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với
mạng Internet thông qua cổng kết nối (gateway). Khi tiến hành cuộc gọi mạng
PSTN sang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích. Đồng
thời gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại từ tương tự thành dạng
số sau đó mã hóa, nén, đóng gói và gửi qua mạng. Mạng đích cũng được kết nối
với gateway và gateway đích, địa chỉ lại được chuyển đổi trở thành địa chỉ PSTN
và tín hiệu được giải nén, giải mã chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự
gửi vào mạng PSTN đến đích.

MAI Tấn Hà - Trang 10


Hình 1.3 Mô hình Phone to Phone
1.2.4.
•

Đặc tính của mạng Voip

Ưu điểm
Giảm chi phí: Đây là ưu điểm nổi bật của VoIP so với điện thoại đường

dài thông thường. Chi phí cuộc gọi đường dài chỉ bằng chi phí cho truy cập
Internet. Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet và do đó tiết
kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax. 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.

Đồng thời kỹ thuật nén tiên tiến làm giảm tốc độ bit từ 64kbps xuống dưới
8Kbps, tức là một kênh 64Kbps lúc này có thể phục vụ đồng thời 8 kênh thoại
độc lập. Như vậy, lý do lớn nhất giúp cho chi phí thực hiện cuộc gọi Voip thấp
chính là việc tối ưu hóa băng thông.
Tính thống nhất: Hệ thống VoIP có thể tích hợp cả mạng thoại, mạng số
liệu và mạng báo hiệu. Các tín hiệu thoại, dữ liệu, báo hiệu có thể cùng đi trên
mạng IP. Việc này sẽ làm giảm đáng kể chi phí đầu tư.
Vấn đề quản lý băng thông: Trong PSTN, băng thông cung cấp cho mỗi
cuộc gọi là cố định. Trong VoIP, băng thông được cung cấp một cách linh hoạt và
mềm dẻo hơn nhiều. Chất lượng của VoIP phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng
nhất là băng thông, do đó không có sự bắt buộc nào về mặt thông lượng giữa các
thiết bị đầu cuối mà chỉ có các chuẩn tùy vào băng thông có thể của mình, bản
thân các đầu cuối có thể tự điều chỉnh hệ số nén và do đó điều chỉnh chất lượng
cuộc gọi.

MAI Tấn Hà - Trang 11


Nâng cao ứng dụng và khả năng mở rộng: Thoại và fax chỉ là hai 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. Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo
ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại. Đồng thời tính mềm dẻo còn tạo khả
năng mở rộng mạng và dịch vụ.
Tính bảo mật cao: VoIP được xây dựng trên nền tảng Internet vốn không
an toàn, do đó sẽ dẫn đến khả năng các thông tin có thể bị đánh cắp khi các gói
tin bị thu lượm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cách cố ý khi chúng truyền trên
mạng. Các giao thức SIP (Session ineitiation Protocol – giao thức khởi đầu phiên)
có thể trở thành mật mã và xác nhận các thông điệp báo hiệu đầu cuối. RTP (Real
Time Protocol) hỗ trợ mã thành mật mã của phương thức truyền thông trên toàn
tuyến được mã hóa thành mật mã để đảm bảo truyền thông an toàn.

•

Nhược điểm
Chất lượng dịch vụ chưa cao: Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây

dựng với mục đích truyền thoại qua 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 cao và ổn định. Một yếu tố làm giảm chất lượng thoại nữa là kĩ
thuật nén để tiết kiệm đường truyền. Nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì kĩ
thuật nén càng phức tạp, cho chất lượng không cao và đặc biệt là thời gian xử lý
lâu, gây trễ.
Vấn đề tiếng vọng: 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

MAI Tấn Hà - Trang 12


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 nâng cấp lên công nghệ
mới như là Frame Relay, ATM 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 và không thể thực hiện được trong những

năm trước đây.
Ngoài ra có thể kể đến tính phức tạp của kỹ thuật và vấn đề bảo mật thông
tin (do Internet nói riêng và mạng IP nói chung vốn có tính rộng khắp và hỗn hợp,
không có gì đảm bảo rằng thông tin cá nhân được giữ bí mật).
1.2.5.

Yêu cần chất lượng đối với VoIP

Từ những nhược điểm chính của mạng chuyển mạch gói đã đặt ra những
yêu cầu cho mạng VoIP như sau:
- Chất lượng thoại phải ổn định, độ trễ chấp nhận được.
- Mạng IP cơ bản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động khắt khe
gồm giảm thiểu việc không chấp nhận cuộc gọi, mất mát gói và mất liên lạc.
Điều này đòi hỏi ngay cả trong trường hợp mạng bị tắc nghẽn hoặc khi nhiều
người sử dụng chung tài nguyên mạng cùng một lúc.
- Việc đảm bảo báo hiệu có thể tương tác được với báo hiệu của mạng
PSTN.
- Quản lý hệ thống an toàn, địa chỉ hóa và thanh toán phải được đảm
bảo cung cấp, tốt nhất là được hợp nhất với các hệ thống hỗ trợ hoạt động
PSTN.

MAI Tấn Hà - Trang 13


1.3. KIẾN TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN MẠNG VOIP
1.3.1.

Các thành phần mạng VoIP
Trên Hình 1 .4 là cấu hình cơ bản của một mạng VoIP. Ta thấy mạng

gồm hai thành phần chính là mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển
mạch gói. Mạng chuyển mạch kênh chính là mạng điện thoại thông thường
mà ta vẫn sử dụng. Còn mạng chuyển mạch gói là một mạng IP, trong đó
Internet là mạng IP mà ta vẫn quen thuôc.
Mạng VoIP phải có khả năng thực hiện các chức năng mà mạng điện
thoại công cộng thực hiện, ngoài ra phải thực hiện chức năng của một
gateway giữa mạng IP và mạng điện thoại công cộng. Thành phần của
mạng điện thoại IP có thể gồm các phần sau đây:

Hình 1.4 Cấu trúc mạng VoIP
Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP (Terminal): Có thể là một phần
mềm máy tính (softphone) hoặc một điện thoại IP (hardphone).
MAI Tấn Hà - Trang 14


Mạng truy cập IP: Là các loại mạng dữ liệu sử dụng giao thức TCP/IP,
phổ biến nhất mạng Internet.
Gateway: Là thiết bị có chức năng kết nối hai mạng không giống nhau,
hầu hết các trường hợp đó là mạng IP và mạng PSTN. Có 3 loại gateway là :
Gateway truyền tải kênh thoại, Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại và
Gateway báo hiệu.
Gatekeeper: Có thể xem Gatekeeper như là bộ não của hệ thống mạng
điện thoại IP. Nó cung cấp chức năng quản lý cuộc gọi một cuộc gọi một cách tập
trung và một số các dịch vụ quan trọng khác như là: nhận dạng các đầu cuối và
gateway, quản lý băng thông, chuyển đổi địa chỉ (từ địa chỉ IP sang địa chỉ E.164
và ngược lại), đăng ký hay tính cước. Mỗi Gatekeeper sẽ quản lý một vùng bao
gồm các đầu cuối đã đăng ký, nhưng cũng có thể nhiều Gatekeeper cùng quản lý
một vùng trong trường hợp một vùng có nhiều Gatekeeper.
1.3.2.

Phương thức hoạt động

VoIP chuyển đổi tín hiệu giọng nói thông qua môi trường mạng (IP based
network). Do vậy, trước hết giọng nói (voice) sẽ phải được chuyển đổi thành các
dãy bit kỹ thuật số (digital bits) và được đóng gói thành các packet để sau đó
được truyền tải qua mạng IP network và cuối cùng sẽ được chuyển lại thành tín
hiệu âm thanh đến người nghe.
Tiến trình hoạt động của VoIP thông qua 2 bước:
- Call Setup: Trong quá trình này, người gọi sẽ phải xác định vị trí
(thông qua địa chỉ của người nhận) và yêu cầu 1 kết nối để liên lạc với người
nhận. Khi địa chỉ người nhận được xác định là tồn tại trên các proxy server thì
các proxy server giữa 2 người sẽ thiết lập 1 cuộc kết nối cho quá trình trao đổi dữ
liệu voice.
- Voice data processing: Tín hiệu dọng nói (analog) sẽ được chuyển
đổi sang tín hiệu số (digital) rồi được nén lại nhằm tiết kiệm đường truyền

MAI Tấn Hà - Trang 15


(bandwidth) sau đó sẽ được mã hóa (tính năng bổ sung nhằm tránh các bộ phận
tích mạng _sniffer). Các voice samples sau đó sẽ được chèn vào các gói dữ liệu
để được vận chuyển trên mạng. Giao thức dùng cho các gói voice này là RTP
(Real-Time Transport Protocol). Một gói tin RTP có các field đều chứa dữ liệu
cần thiết cho việc biên dịch lại các gói tin sang tín hiệu voice ở thiết bị người
nghe. Các gói tin voice được truyền đi bởi giao thức UDP. Ở thiết bị cuối, tiến
trình được thực hiện ngược lại.
1.3.3.

So sánh giữa Công Nghệ Voip và Mạng PSTN

VoIP
Sử dụng mạng chuyển mạch

PSTN
Sử dụng mạng chuyển mạch

gói: Tận dụng tính năng lưu trữ data

kênh/chuyển mạch mạch: Một

tại các bộ nhớ đệm rồi truyền (Store

kênh truyền dẫn dành riêng

& Forward) khi bị tắt nghẽn khi lưu

được thiết lập giữa 2 thiết bị đầu

thông tại các nút mạng.

cuối thông qua một hoặc nhiều
nút chuyển mạch trung gian.

Thông tin được chia thành các gói,
mỗi gói được gắn thêm các thông tin
điều khiển cần thiết cho quá trình

Dòng thông tin truyền đi liên

truyền. Tại các nút mạng, các gói tin

tục (nếu có sự cố đứt quãng, hệ

được xử lý và truyền đến các nút tiếp

thống phải thực hiện kết nối lại)

theo thông qua thuật toán tìm đường đi.

Băng thông không đảm bảo,

Băng thông của kênh được

không cố định nhưng linh hoạt và

đảm bảo và giữ cố định 64Kbps

tiết kiệm được nhờ áp dụng tốt các

trong suốt quá trình truyền.

chuẩn nén thoại trong mạng chuyển

MAI Tấn Hà - Trang 16


mạch gói.
Độ trễ thông tin lớn với độ tin cậy ~

Độ trễ thông tin nhỏ với độ tin

cậy ~ 10-6

10-3
Chi phí cuộc gọi rẽ hơn nhiều do

Chi phí cao hơn do khoảng

tính “địa phương và nội mạng hoá”

đầu tư tại nhiều nút nội và ngoại

của nền tảng Internet.

mạng lớn.
Bảo mật tốt do tính trong suốt

Bảo mật không tốt (nếu không
chịu đầu tư kinh phí cho hệ thống).

trong quá trình thực hiện cuộc
gọi. Việc quản lý và giám sát tuy
phức tạp nhưng đơn giản trong
thống kê và điểu khiển.

Kỹ thuật thiết kế và thi công
phức tạp hơn.
Tích hợp tính năng truyền
thoại, truyền số liệu và báo hiệu.

Kỹ thuật thiết kế và thi công

đơn giản hơn (tuy nhiên thời
gian cũng phức tạp)
Chỉ dành riêng cho mạng
thoại.

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không chỉ
đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng mà còn là cơ hội cải thiện các
dịch vụ viễn thông trước kia với chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn. Trên cơ
sở đó, mạng VoIP ra đời và ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như chất
lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại.
Chương một ta đã tìm hiểu khái niệm kiến trúc mạng VoIP, những ưu, nhược
điểm của mạng VoIP, những yêu cầu về chất lượng của VoIP để đảm bảo chất

MAI Tấn Hà - Trang 17


lượng cuộc gọi. Chương hai ta sẽ tìm hiểu về các giao thức truyền tải và báo hiệu
trao đổi giữa các thiết bị đầu cuối trong kết nối VoIP.

CHƯƠNG 2: GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN (SIP)
2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Như chúng ta đã biết công nghệ VoIP là công nghệ truyền tín hiệu thoại
trên nền IP, chính vì thế mà hệ thống VoIP phải được hỗ trợ các giao thức được sử
dụng trên nền Intenet và phải có kiến trúc thích ứng với kiến trúc mạng IP.
Chương 2 trình bày các khái niệm, chức năng của giao thức báo hiệu trong mạng
VoIP là giao thức SIP.
2.2. TỔNG QUAN VỀ SIP
SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức báo hiệu điều khiển lớp ứng
dụng được dùng để thiết lập, duy trì, kết thúc các phiên truyền thông đa phương

tiện (multimedia). Các phiên multimedia bao gồm Internet, hội nghị, và các ứng
dụng tương tự có liên quan đến các phương tiện truyền đạt (media) như âm thanh,
hình ảnh và dữ liệu.
SIP là một công cụ hỗ trợ hấp dẫn đối với điện thoại IP với các lý do sau
đây:
- Nó có thể hoạt động vô trạng thái hoặc có trạng thái. Vì vậy, sự hoạt
động vô trạng thái cung cấp sự mở rộng tốt do các server không phải duy trì
thông tin về trạng thái cuộc gọi một khi sự thực hiện (transaction) đã được xử lý.
- Nó có thể sử dụng nhiều dạng hoặc cú pháp giao thức chuyển siêu
văn bản HTTP (Hypertext Transfer Protocol) vì vậy, nó cung cấp một cách thuận
lợi để hoạt động trên các trình duyệt.
- Bản tin SIP (nội dung bản tin): Không rõ ràng, nó có thể là bất cứ cú
pháp nào. Vì vậy, nó có thể được mô tả theo nhiều cách. Chẳng hạn, nó có thể
MAI Tấn Hà - Trang 18


được mô tả với sự mở rộng Internet đa mục đích MIME (Multipurpose Internet
Mail Extension) hoặc ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XML (Extensible Markup
Language).
- Nó nhận dạng một người dùng với bộ định vị tài nguyên đồng nhất
URL (Uniform Resource Locator) vì vậy, nó cung cấp cho người dùng khả năng
khởi tạo cuộc gọi bằng cách nhấp vào một liên kết trên trang web.
- Nói chung, SIP hỗ trợ các hoạt động chính sau:
- Định vị trí của người dùng.
- Định media cho phiên làm việc.
- Định sự sẵn sàng của người dùng để tham gia vào một phiên làm
việc.
- Thiết lập cuộc gọi, chuyển cuộc gọi và kết thúc
2.3. TÍNH NĂNG CỦA SIP
Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau:

-

Tích hợp với các giao thức đã có của IETF.

-

Đơn giản và có khả năng mở rộng.

-

Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối.

-

Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới.

2.4. CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG SIP
Hai thành phần cơ bản trong hệ thống SIP là tác nhân của người sử dụng
UA (user agent) và các máy phục vụ mạng (network server). Bên chủ gọi và bị
gọi được nhận dạng bằng các địa chỉ SIP.

MAI Tấn Hà - Trang 19


2.4.1.

User agent

Client (UAC): Khởi tạo các yêu cầu SIP và đóng vai trò như tác nhân chủ
gọi của người dùng.

Server (UAS): Nhận các yêu cầu và thay mặt cho người sử dụng gửi trả
các đáp ứng, đóng vai trò như tác nhân bị gọi.
2.4.2.

Network server

Hình 2.5 Các thành phần trong hệ thống SIP

Máy chủ ủy quyền (Proxy server): Là một chương trình trung gian, hoạt
động như là một server và một client cho mục đích tạo ra các yêu cầu thay mặt
cho các client khác. Các yêu cầu được phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến
các server khác. Một proxy có thể dịch và nếu cần thiết có thể tạo lại các bản tin
yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đến các server khác. Một proxy có thể dịch
và nếu cần thiết có thể tạo lại các bản tin yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đến
MAI Tấn Hà - Trang 20


server khác hoặc một UA. Trong trường hợp này trường Via trong bản tin đáp
ứng, yêu cầu chỉ ra các proxy trung gian tham gia vào tiến trình xử lý yêu cầu.
Máy chủ định vị (Location Server): Là phần mềm định vị thuê bao, cung
cấp thông tin về những vị trí có thể của thuê bao bị gọi cho các phần mềm máy
chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ.
Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server): Là phần mềm chuyển
nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ không bao giờ
hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào. Máy chủ
chuyển đổi địa chỉ cũng không nhận hoặc hủy cuộc gọi.
Máy chủ đang ký (Register Server): Là phần mềm nhận các yêu cầu
đăng ký. Trong nhiều trường hợp máy chủ đăng ký đảm nhiệm luôn một số chức
năng an ninh như xác định người sử dụng. Thông thường máy chủ đăng ký được
cài đặt cùng với máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ hoặc cung cấp

dịch vụ định vị thuê bao. Mỗi lần đầu cuối được bật lên (ví dụ một điện thoại
hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với máy chủ. Nếu đầu cuối cần
thông báo cho máy chủ về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER cũng được
gửi đi. Nói chung, các đầu cuối đều được thực hiện việc đang ký một cách định
kỳ.
2.5. CÁC BẢN TIN CỦA SIP
SIP là một giao thức dựa trên ký tự văn bản với cú pháp bản tin và các
trường mào đầu đồng nhất với giao thức truyền siêu văn bản HTTP (Hypper Text
Transfer Protocol). Các bản tin (message) của SIP truyền trên cùng một kết nối
TCP hoặc bó dữ liệu UDP.

MAI Tấn Hà - Trang 21


Hình 2.6 Ví dụ về SIP Message

Hình 2.7Một số trường đơn giản
2.5.1.

Các bản tin yêu cầu (Request Message)

SIP requests là các thông điệp được gửi từ các máy client đến các server để
cần thiết một SIP operation. RFC 3261 xác định các SIP request hoặc một method
làm cho UA và proxy có thể tới vị trí của các user và khởi đầu, sửa đổi các
session. Các method trong SIP request:
INVITE: Bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối
khác tham gia.

MAI Tấn Hà - Trang 22

ACK: Xác nhận UAC đã nhận được response cuối cùng đến một request
INVITE. ACK được sử dụng chỉ với các request INVITE. ACK gửi end-to-end
cho một 200 OK response. Proxy trước hoặc UAC (User Agent Client) thì gửi các
ACK cho các respone cuối cùng khác. ACK request có thể bao gồm một thông
điệp với phần mô tả các session cuối cùng nếu request INVITE không chứa phần
mô tả các session này.
OPTION: UA sử dụng request OPTION để truy vấn một UAS (User Agent
Server) và khả năng của nó. Nếu UAS có khả năng truyền các session tới các
user, nó đáp ứng khả năng thiết lập của UAS.
BYE: Sử dụng BYE để yêu cầu kết thúc các session được thiết lập trước
đó.
CANCEL: Làm cho các UAC và network server có thể hủy một yêu cầu
tiến trình bên trong, như INVITE. Điều này không ảnh hưởng đến việc hoàn
thành các request cái mà UAS đã gửi đi các respone cuối cùng.
REGISTE: Client sử dụng REGISTE request để đăng ký với các thông tin
tương ứng ảo của người dùng và SIP servers.
PRACK: Đảm bảo độ tin cậy tạm thời của các response lớp 1xx.
UPDATE: Cập nhật tam thời các session.
REFER: Chuyển giao call đến bên thứ ba sử dụng các thông tin liên quan
được cung cấp trong các request.
SUBSCRIBE: Báo cáo một sự kiện vừa diễn ra, ví dụ như cập nhật sự hiện
diện của các user.
NOTIFY: Sử dụng để thông báo sự kiện đã diễn ra.
MESSAGE: Một phương thức để chỉ việc mang đi một message.

MAI Tấn Hà - Trang 23


2.5.2.

Các bản tin đáp ứng (Response Message)

Một server gửi SIP response tới một client để chỉ ra trạng thái của một SIP
request mà client trước đó đã gửi tới server. UAS hoặc proxy thì tạo ra các SIP
responses trong response đến một SIP request mà UAC khởi đầu. SIP response là
các con số từ 100 đến 699. SIP response là một nhóm giống như là 1xx, 2xx đến
6xx. SIP response được phân loại tạm thời (provisional) và cố định (final).
Một provisional response chỉ ra tiến trình bởi server nhưng nó không chỉ ra
các kết quả cuối cùng giống như kết quả xử lý các SIP request. Lớp 1xx của SIP
response chỉ ra trạng thái tạm thời. Response cuối cùng chỉ ra phần kết thúc và
trạng thái cuối cùng của SIP request. Tất cả các lớp 2xx, 3xx, 4xx, 5xx và 6xx đều
cuối cùng riêng biệt:
- Lớp 1xx (Information): Chỉ ra trạng thái của các thuê bao trước khi
hoàn thành.
- Lớp 2xx (Success): Chỉ ra quá trình xử lý thành công của SIP
request.
- Lớp 3xx (Redirection): Chỉ ra SIP request cần phải gửi một lần nữa
đến UAS khác để thực hiện tiến trình xử lý
- Lớp 4xx (Client-error): Request bị hỏng bởi client. Client có thể thực
hiện lại request.
- Lớp 5xx (server failure): Request bị hỏng do server. Request có thể
thử lại tại các server khác.
- Lớp 6xx (Global failure): Request bị hỏng và không nên thử lại
request tại các server này hoặc các server khác.

MAI Tấn Hà - Trang 24


2.6. CÁC BƯỚC THIẾT LẬP, DUY TRÌ VÀ HỦY CUỘC GỌI

2.6.1.

Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server)

Hình 2.8 Hoạt động của Proxy server
Các bước như sau:
Bước 1: gửi bản tin INVITE cho UserB ở miền
hotmail.com, bản tin này đến proxy server SIP của miền hotmail.com (Bản
tin INVITE có thể đi từ Proxy server SIP của miền yahoo.com và được
Proxy này chuyển đến Proxy server của miền hotmail.com).
Bước 2: Proxy server của miền hotmail.com sẽ tham khảo server
định vị (Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB.
Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử là
).
Bước 4: Proxy server gửi bản tin INVITE tới
Proxy server thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE.

MAI Tấn Hà - Trang 25