Xây dựng hệ thống VOIP trá trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

----------------

CAO HỮU THUYẾT

XÂY DỰNG HỆ THỐNG VOIP TRẢ TRƯỚC
CHO CÁC NHÀ CUNG CẤP DỊCH VỤ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số:
605270

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Lưu Thanh Trà
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1 : Tiến sĩ Đặng Thành Tín
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 2: Tiến sĩ Võ Quế Sơn
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày 26 tháng 12 năm 2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Đỗ Hồng Tuấn
2. TS. Đặng Thành Tín
3. TS. Lưu Thanh Trà
4. TS. Võ Quế Sơn
5. TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Cao Hữu Thuyết……………....MSHV: 10140026.
Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1980……………Nơi sinh: Thanh Hóa.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử………………..Mã số: 605270.
I. TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống VoIP cho nhà cung cấp dịch
vụ có khả năng hỗ trợ số lượng cuộc gọi lớn, đáp ứng các yêu cầu của một nhà cung
cấp dịch vụ bao gồm khả năng dự phòng, khả năng mở rộng, tính cước.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2012.
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 23/11/2012.
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ Lưu Thanh Trà.
Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 2012.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CÁM ƠN
Chân thành bày tỏ lòng biết ơn Thầy TS . Lưu Thanh Trà đã trực tiếp hướng
dẫn, tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, giúp đỡ tơi hồn thành
Luận Văn này.
Chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô chuyên ngành Kỹ Thuật Điện Tử, Trường
Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã hết lịng giảng dạy, truyền đạt kiến thức

và giúp đỡ tơi trong suốt thời gian học tập tại Trường.
Chân thành cám ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Trường Đại Học Bách
Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt cho tôi về trang thiết bị và tài liệu học
tập trong suốt khóa học.
Chân thành cám ơn các bạn học viên cao học K20 10 và gia đình đã ủng hộ,
giúp đỡ tôi trong học tập và thực hiện Luận Văn này.

TP.HCM, ngày 23 tháng 11 năm 2012
KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

ABSTRACT
Currently, VoIP systems in the world has strongly developed, and Viet Nam
quickly grasps this trend. The implemention of a scalable VoIP system is a very
important issue. This thesis concentrates to develop a prepaid VoIP system with
large capacity for service providers, and comes to meet the needs we discuss above.
The topology used to develop has two main parts, the first is a PBX, and the second
is a gateway communicating with other service providers - supporting both VoIP
and the traditional PSTN system. The former has a large capacity, while the latter
has the ability to offer a variety of applications for subscribers.
In this thesis, we test the topology that we propose above to demonstrate the
feasibility of the system. To verify the load capacity as well as the functional
requirements of the system, we use some testing tools to generate local or
internetwork calls that can be changeable in order to test the performance of the
system. These testing tools show details of call’s parameters and the system’s
status. Finally, the result is that local and internetwork calls are established

successfully; the system supports accounting internetwork calls and manages
subscribers clearly. Besides, the system is scalable and safe. These results show that
it is feasible to implement an actual system.

Abstract

Trang i

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

TÓM TẮT
Hiện nay các hệ thống VoIP trên thế giới đã và đang phát tri ển mạnh mẽ, tại
Việt Nam cũng không ph ải là ngoại lệ. Để có thể ứng dụng tại Việt Nam, việc
nghiên cứu thử nghiệm triển khai một hệ thống VoIP dung lượng lớn là một vấn đề
hết sức quan trọng. Đề tài này tập trung xây dựng một hệ thống VoIP trả trước (và
trả sau) cho các nhà cung cấp dịch vụ có dung lượng lớn, và nhắm đến đáp ứng
được các mong muốn trên.
Mơ hình đưa ra để xây dựng trong đề tài này bao gồm hai phần chính, một là
tổng đài nội bộ, hai là tổng đài giao tiếp với các nhà cung cấp khác (Gateway) - hỗ
trợ giao tiếp với cả hệ thống VoIP cũng như PSTN truyền thống. Trong khi dung
lượng lớn là điểm mạnh của tổng đài nội bộ, thì Gateway có khả năng cung cấp
nhiều ứng dụng cho thuê bao hơn.
Trong luận văn này, chúng tơi tiến hành thực nghiệm mơ hình mà chúng tôi đề
xuất trong luận văn để minh chứng tính khả thi của hệ thống. Để kiểm định khả
năng chịu tải cũng như các chức năng được yêu cầu của hệ thống, chúng tôi sử dụng

công cụ để tạo ra các cuộc gọi với số lượng thay đổi nhằm kiểm tra hiệu suất của hệ
thống, kể cả cuộc gọi nội bộ và liên mạng. Công cụ kiểm tra này thể hiện rõ các
thông số về cuộc gọi và trạng thái của hệ thống. Kết quả là thực hiện thành công các
cuộc gọi nội bộ và liên mạng; cung cấp một số dịch vụ căn bản của tổng đài; có khả
năng tính cước các cuộc gọi liên mạng và quản lý các thuê bao một cách trực quan.
Ngoài ra, hệ thống có khả năng mở rộng và dự phịng. Kết quả thực hiện này cho
thấy việc áp dụng và triển khai hệ thống thực tế là hồn tồn khả thi.

Tóm tắt

Trang ii

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan cơng trình này đư ợc hồn thành bởi chính sự nỗ lực của bản
thân tơi, khơng sao chép. Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về nội dung cơng trình
này.

Lời cam đoan

Trang iii

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết

Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

MỤC LỤC
ABSTRACT ...................................................................................................... i
TÓM TẮT ........................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iv
CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ vii
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................1
1.1 Khảo sát thực tế trong và ngoài nước ..................................................1
1.1.1 Trong nước ......................................................................................1
1.1.2 Ngoài nước ......................................................................................1
1.2

Định hướng thiết kế hệ thống VoIP ....................................................2

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH VOIP .......................................................................3
2.1 Giới thiệu .............................................................................................3
2.2

Kiến trúc hệ thống VoIP ......................................................................3

2.3

Giao thức trong VoIP ..........................................................................4

2.3.1 Giao thức SIP ..................................................................................5
2.3.2 Giao thức RTP ..............................................................................12
2.3.3 Giao thức RTCP ............................................................................13
2.4

Các mơ hình VoIP trong thực tế ........................................................13

2.4.1 Mơ hình VoIP cho doanh nghiệp vừa và nhỏ ...............................13
2.4.2 Mơ hình VoIP cho doanh nghiệp lớn ............................................13
2.4.3 Mơ hình VoIP cho ISP – Các nhà cung cấp dịch vụ.....................14
2.4.4 So sánh giữa các mơ hình .............................................................14
CHƯƠNG 3. MƠ HÌNH VOIP CHO ISP ....................................................16
3.1 Thiết kế Mơ hình VoIP cho ISP ........................................................16
3.1.1 u cầu thiết kế ............................................................................16
3.1.2 Phân tích yêu cầu ..........................................................................16
3.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế ........................................................17
3.2

Triển khai hệ thống............................................................................18

3.2.1 Xây dựng Server Opensips ...........................................................20
3.2.2 Xây dựng Gateway sử dụng Asterisk ...........................................30

Mục lục

Trang iv

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết

Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

3.2.3 Xây dựng Trunk hệ thống .............................................................42
3.2.4 Xây dựng các giải pháp an tồn hệ thống .....................................47
3.2.5 Thực hiện tính cước ......................................................................55
CHƯƠNG 4. HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM .................................................62
4.1 Mơ hình hệ thống thử nghiệm ...........................................................62
4.2

Kịch bản và kết quả thực hiện ...........................................................63

4.2.1 Thiết lập cuộc gọi nội bộ Server Opensips ...................................63
4.2.2 Thiết lập cuộc gọi giữa các Server Opensips ................................64
4.2.3 Thiết lập cuộc gọi ra PSTN thông qua Gateway Asterisk ............66
4.2.4 Thiết lập cuộc gọi khi cân bằng tải ...............................................68
4.2.5 Thiết lập cuộc gọi khi khơng cịn cân bằng tải .............................70
4.2.6 Thiết lập cuộc gọi từ ngoài PSTN vào Server Opensips ..............73
4.2.7 Thiết lập cuộc gọi khi xảy ra sự cố tổng đài .................................74
4.3

Tính cước cuộc gọi: ...........................................................................77

CHƯƠNG 5. HIỆU SUẤT HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM ..........................79
5.1 Khảo sát các công cụ kiểm tra hệ thống ............................................79
5.2

Yêu cầu kiểm tra ................................................................................79

5.3

Lựa chọn công cụ kiểm tra ................................................................80

5.4

Đánh giá hiệu suất Tổng đài Asterisk bằng SIPp ..............................81

5.5

Đánh giá hiệu suất Tổng đài Opensips bằng SIPp ............................87

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................91
6.1 Kết luận .............................................................................................91
6.2

Hướng phát triển ................................................................................91

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................93
PHỤ LỤC ........................................................................................................95

Mục lục

Trang v

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

CÁC TỪ VIẾT TẮT
CDR

Call Details Record

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

IETF

Internet Engineering Task Force

IVR

Interactive Voice Response

MGCP

Media Gateway Control Protocol

MINE

Multipurpose Internet Mail Extension

PSTN

Public Switched Telephone Network

RSVP

Resource Reservation Protocol

RTP

Real-Time Transport Protocol

RTCP

Real-time Transport Control Protocol

RTSP

Real Time Streaming Protocol

SAP

Session Advertisement Protocol

SDP

Session Description Protocol

SIP

Sessions Initial Protocol

SRTP

Secure Real-Time Transport Protocol

TLS

Transport Layer Security

UAC

User Agent Client

UAS

User Agent Server

VNPT

Vietnam Posts and Telecommunications Group

VDC

Vietnam Datacommunication Company

VoIP

Voice Over Internet Protocol

Các từ viết tắt

Trang vi

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH VOIP
Hình 2.1: Thành phần mơ hình VoIP .................................................................4
Hình 2.2: Mơ hình Proxy Server ........................................................................5
Hình 2.3: Mơ hình Redirect Server ....................................................................6
Hình 2.4: Quá trình xử lý cuộc gọi của Proxy Server ........................................8
Hình 2.5: Quá trình xử lý cuộc gọi của Redirect Server ..................................10
CHƯƠNG 3. MƠ HÌNH VOIP CHO ISP
Hình 3.1: Mơ hình VoIP ISP ............................................................................19
Hình 3.2: File Makefiles chưa sửa đổi .............................................................22
Hình 3.3: File Makefiles đã sửa đổi .................................................................22
Hình 3.4: File Opensipsctlrc chưa sửa đổi .......................................................23
Hình 3.5: File Opensipsctlrc đã sửa đổi ...........................................................23
Hình 3.6: Lưu đồ giải thuật Core Opensips......................................................27
Hình 3.7: Giao diện Opensips Database ...........................................................29
Hình 3.8: Giao diện Subcribers table ...............................................................29
Hình 3.9: Giao diện Elastix ..............................................................................31
Hình 3.10: Cài đặt Voicemail ...........................................................................33
Hình 3.11: Giao diện cấu hình meetme conference .........................................34
Hình 3.12: Conferece “meeting” ......................................................................36
Hình 3.13: Giao diện cấu hình IVR..................................................................37
Hình 3.14: Giao diện cấu hình IVR chi tiết......................................................38

Hình 3.15: Giao diện cấu hình Parking Lot .....................................................39
Hình 3.16: Thư mục favourite chứa các file âm thanh tùy chọn ......................41
Hình 3.17: Nội dung file musiconhold.conf .....................................................41
Hình 3.18: Nội dung file musiconhold_additional.conf ...................................42
Hình 3.19: Các bản tin thực hiện Proxy Server................................................43
Hình 3.20: Thiết lập nhóm address được phép kết nối ....................................47

Danh mục hình vẽ

Trang vii

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Hình 3.21: Sơ đồ cân bằng tải ..........................................................................48
Hình 3.22: Group Load balancing ....................................................................48
Hình 3.23: Mơ hình Dự phịng Opensips Server ..............................................51
Hình 3.24: Mơ hình Dự phịng Gateway ..........................................................53
Hình 3.25: Cài đặt chế độ thăm dị gateway ....................................................54
Hình 3.26: Giao diện A2Billing trong Elastix..................................................60
CHƯƠNG 4. HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM
Hình 4.1: Mơ hình thử nghiệm hệ thống VoIP ISP .........................................62
Hình 4.2: Kịch bản gọi nội bộ Server Opensips ...............................................63
Hình 4.3: Kết quả cuộc gọi nội bộ....................................................................64
Hình 4.4: Kịch bản gọi liên Server Opensips ...................................................65
Hình 4.5: Kết quả cuộc gọi liên tổng đài..........................................................66

Hình 4.6: Kịch bản gọi từ Server Opensips ra Gateway ..................................67
Hình 4.7: Kết quả gọi ra PSTN thơng qua gateway .........................................68
Hình 4.8: Kết quả gọi ra PSTN thông qua gateway khi cân bằng tải ..............69
Hình 4.9: Kết quả cuộc gọi khi cân bằng tải ....................................................70
Hình 4.10: Kết quả gọi ra PSTN thơng qua gateway khi quá tải .....................71
Hình 4.11: Packet báo hiệu quá tải dịch vụ ......................................................72
Hình 4.12: Trạng thái điện thoại báo Gateway bận..........................................72
Hình 4.13: Kết quả gọi ra từ PSTN vào Server Opensips thơng qua gateway 73
Hình 4.14: Kết quả gọi từ PSTN vào nội bộ ....................................................74
Hình 4.15: Kết quả gọi khi xảy ra Redundancy Gateway 2 .............................75
Hình 4.16: Kết quả gọi khi Gateway 2 tốt trở lại .............................................75
Hình 4.17: Kịch bản dự phịng Opensips Server ..............................................76
Hình 4.18: Mơ hình thử nghiệm tính cước .......................................................77
Hình 4.19: Cuộc gọi thành cơng có tính cước ..................................................78
CHƯƠNG 5. HIỆU SUẤT HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM
Hình 5.1: Bản tin SIP khi SIPp là một UAC ....................................................80
Hình 5.2: Bản tin SIP khi SIPp là một UAS ....................................................81

Danh mục hình vẽ

Trang viii

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Hình 5.3: Các bản tin SIP được lập bởi SIPp UAC .........................................83

Hình 5.4: Số lượng các cuộc gọi chi tiết ..........................................................84
Hình 5.5: Cuộc gọi khi hệ thống nghẽn ...........................................................85
Hình 5.6: Thống kê chi tiết các cuộc gọi..........................................................86
Hình 5.7: Bản tin SIP khi UAC SIPp giao tiếp với Opensips Proxy ...............87
Hình 5.8: Opensips bắt đầu trễ gói gây nên hiện tượng truyền lại ...................89
Hình 5.9: Opensips bắt đầu đánh mất cuộc gọi ................................................90

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bản tin SIP Request ...........................................................................7
Bảng 2.2: Bản tin SIP Response.........................................................................7
Bảng 2.3: Các trường trong bản tin SIP .............................................................8
Bảng 2.4: So sánh các mơ hình VoIP ...............................................................14
Bảng 4.1: Bảng địa chỉ IP các Server ...............................................................63

Danh mục hình vẽ

Trang ix

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hệ thống VoIP (Voice over Internet Protocol – Giao thức truyền thoại trên nền
Internet) [1] ngày càng được ứng dụng nhiều trên thế giới do những tính năng nổi
trội bao gồm chi phí triển khai thấp, cước cuộc gọi thấp, khả năng tích hợp nhiều
dịch vụ ngồi thoại. Trong chương này, chúng tôi lược lại hiện trạng trong và ngồi

nước các ứng dụng cũng như cơng trình xây dựng trên cơng nghệ VoIP, sau đó đưa
ra định hướng và mục tiêu của đề tài.

1.1 Khảo sát thực tế trong và ngồi nước
1.1.1 Trong nước
Tại Việt Nam hiện có nhiều nhà cung cấp các dịch vụ VoIP, đó là các dịch vụ
kết hợp trong hệ thống của PSTN như: 178 của Viettel, 171 của Tập đồn Bưu
chính Viễn thơng Việt Nam (VNPT), 177 của Saigon Postel, 179 của EVNTelecom
trước kia, hay Fone1718 của Cơng ty Điện tốn và Truyền số liệu Việt Nam (VDC).
Đây đều là ứng dụng của VoIP trên đường truyền trung gian, chỉ sử dụng Analog
PSTN khi đến đầu cuối, nên mức cước phí khi sử dụng các dịch vụ này rẻ hơn dịch
vụ PSTN truyền thống.
Nhiều doanh nghiệp Việt Nam cũng đang chuyển sang sử dụng VoIP để giảm
chi phí liên lạc giữa các chi nhánh với nhau, cũng như tránh các rắc rối khi mở rộng
hệ thống như ở hệ thống Analog. Hiện tại, VDC cũng đang nghiên cứu và xây dựng
một hệ thống VoIP với dung lượng cuộc gọi rất lớn, hứa hẹn sẽ làm thay đổi nhiều
về bức tranh VoIP tại Việt Nam.
1.1.2 Ngoài nước
Trên thế giới VoIP đã và đang chứng minh vai trị to lớn của mình trong việc
thay thế dịch vụ điện thoại truyền thống. Nhiều hệ thống VoIP lớn đang được các
tập đoàn khổng lồ triển khai và phát triển mạnh mẽ ví như: Skype, Google Voice,
Office Communication, Yahoo Messenger, Viber… Chất lượng thoại những hệ
thống này phụ thuộc vào băng thơng internet, hiện tại tuy khơng hồn tồn tốt như

Đặt vấn đề

Trang 1

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết

Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

công nghệ chuyển mạch cứng nhưng có cước phí rất rẻ (hoặc miễn phí) và hồn
tồn đáp ứng được nhu cầu thoại thơng thường của khách hàng. Đặc biệt khi mà
công nghệ truyền dẫn trên nền internet đang ngày càng phát triển nhanh thì chất
lượng thoại là điều khơng cịnđáng lo ng ại trong tương lai. Hơn nữa, nhiều hệ
thống VoIP được phát triển trên nền TLS/SRTP giúp hệ thống an toàn hơn do dữ
liệu thoại được mã hóa.
Như vậy, trên thế giới VoIP đã khơng cịn q xa lạ và đang là một lựa chọn
tốt cho người sử dụng, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích rất lớn cho người dùng.

1.2 Định hướng thiết kế hệ thống VoIP
Tại Việt Nam, nhiều cơng ty, tập đồn đã b ắt đầu ứng dụng công nghệ VoIP.
Tuy nhiên, việc cung cấp VoIP như là một dịch vụ thì vẫn cịn khá mới. Hiện nay,
VDC đang triển khai nghiên cứu xây dựng hệ thống VoIP có thể hỗ trợ số lượng
người dùng lớn với nhiều dịch vụ tiện ích. Trong đề tại này, chúng tơi xây dựng một
hệ thống VoIP cho các nhà cung cấp dịch vụ [2] đảm bảo tính khả thi, hiệu quả và
kinh tế, xem xét các khía cạnh:
Qui mơ lớn.
Có khả năng triển khai nhiều ứng dụng.
Có khả năng triển khai tính cước.
Khả năng mở rộng dễ dàng khi số lượng người dùng tăng (giảm thiểu tối đa sự
thay đổi cấu trúc của hệ thống).

Đặt vấn đề

Trang 2

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH VOIP
Trong chương này, chúng tơi đề cập tới khái niệm và kiến trúc của một hệ
thống VoIP. Sau đó sẽ liệt kê mơt số mơ hình hệ thống VoIP thơng dụng nhất bao
gồm, mơ hình VoIP cho Doanh nghiệp vừa và nhỏ, mơ hình VoIP cho Doanh
nghiệp lớn hay các ISP. Trong chương này, chúng tôi ũng
c s o sánh sự khác biệt
giữa các mơ hình. Từ đó có cái nhìn t ổng quát về một hệ thống VoIP và hướng tới
mơ hình thiết kế của đề tài này.

2.1 Giới thiệu
VoIP hay cònđư ợc gọi dưới các tên khác như: Internet Telephony, IP
Telephony, Broadband Telephony, Broadband Phone và Voice over Broadband.
VoIP là ứng dụng truyền thoại thời gian thực trên nền Internet bằng các kết
nối IP. Trong đó các tín hiệu âm thanh tương tự được lấy mẫu để chuyển đổi thành
tín hiệu số. Các tín hiệu này sau đó sẽ trở thành dữ liệu gói trên nền internet như các
dữ liệu thông thường, các dữ liệu này được nén, mã hóa cho phù hợp với ứng dụng
thoại và được chuyển đến đầu cuối. Khi thiết bị đầu cuối nhận được các dữ liệu gói
này sẽ chuyển ngược trở lại thành tín hiệu thoại như ứng dụng thoại tương tự thông
thường. Các giao thức báo hiệu thường được sử dụng trong hệ thống VoIP là H.323,
SIP (Sessions Initial Protocol) [3]. Trong khi giao thức truyền tải trong mạng VoIP
thường được sử dụng là RTP (Real-Time Transport Protocol)/RTCP (Real-time
Transport Control Protocol) [4].

2.2 Kiến trúc hệ thống VoIP
VoIP là hệ thống chuyển mạch mềm thường được xây dựng gồm các thành
phần tiêu biểu sau [5]:

Mơ hình VoIP

Trang 3

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Hình 2.1: Thành phần mơ hình VoIP
Trong đó các thành phần của hệ thống bao gồm:
SIP Proxy: Là Server quản lý chuyển tiếp thiết lập cuộc gọi cho thuê bao
(User) hay chuyển tiếp giữa các SIP proxy.
User Provision: Giao diện thiết lập User hệ thống.
PSTN Gateway: Giao tiếp của hệ thống VoIP với PSTN.
Nat Traversal: Giao tiếp hệ thống qua NAT.
Acounting and CDR generation: Lưu nhật kí thoại và tính cước.
Monitor Tool: Cơng cụ giám sát tài nguyên hệ thống.
Database: Server chuyên phục vụ cơ sở dữ liệu cho hệ thống như: thông tin
User, thơng tin cấu hình, thơng tin cước…..

2.3 Giao thức trong VoIP
Trong phần này chúng tôi giới thiệu về các giao thức báo hiệu và truyền tải

được sử dụng trong hệ thống VoIP. Cụ thể, với giao thức báo hiệu ta đề cập tới giao
thức SIP, trong khi giao thức truyền tải đề cập tới giao thức RTP/RTCP.

Mơ hình VoIP

Trang 4

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

2.3.1 Giao thức SIP
2.3.1.1 Giới thiệu chung
SIP (Sessions Initial Protocol) [3] là một giao thức điều khiển và đã đư ợc
chuẩn hóa bởi IETF (Internet Engineering Task Force) [23]. Nhiệm vụ của nó là
thiết lập, hiệu chỉnh và xóa các phiên làm việc giữa người dùng. Các phiên làm việc
cũng có thể là hội nghị đa phương tiên, cuộc gọi điện thoại điểm-điểm,….SIP được
sử dụng kết hợp với các chuẩn giao thức IETF khác như là SAP (Session
Advertisement Protocol) [6], SDP (Session Description Protocol) [7]. Các trường
trong header của SIP tương tự của HTTP (Hypertext Transfer Protocol) [9] về cả
cấu trúc và ngữ nghĩa. Nó bao gồm các yêu cầu được gởi đến từ người sử dụng SIP
client đến SIP Server. Server xử lý các yêu cầu và đáp ứng đến client. Một thông
điệp yêu cầu, cùng với các thông điệp đáp ứng tạo nên sự thực thi SIP.
2.3.1.2 Các thành phần của SIP
SIP gồm 2 thành phần cơ bản là SIP client (là các thiết bị phần cứng hoặc
phần mềm sử dụng giao thức SIP ví dụ như SIP phone…) và SIP Server (là các thiết
bị được cài đặt để xử lý các bản tin SIP). Trong SIP Server có các thành phần quan

trọng như: Proxy Server, Redirect Server, Location Server, Registrar Server...
Proxy Server: là SIP Server thay mặt SIP client để chuyển tiếp các bản tin SIP
tới thành phần khác trong hệ thống. Như vậy, chức năng chính của nó trong mạng là
định tuyến các bản tin SIP đến nơi yêu cầu. Proxy Server cũng cung cấp các chức
năng xác thực trước khi thực hiện định tuyến cuộc gọi.

Hình 2.2: Mơ hình Proxy Server

Mơ hình VoIP

Trang 5

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Redirect Server: Là một thành phần trong hệ thống SIP Server, Server này sẽ
trả về cho đối tượng phát bản tin SIP địa chỉ đích mà nó cần để nó tự liên lạc với
đích trực tiếp. Redirect Server cung cấp khả năng di chuyển vị trí cho người dùng.

Hình 2.3: Mơ hình Redirect Server
Registrar Server: là Server nhận bản tin SIP REGISTER yêu cầu và cập nhật
thông tin từ bản tin request vào “location database” nằm trong Location Server.
Location Server: lưu thông tin trạng thái vị trí hiện tại của người dùng trong
mạng SIP.
2.3.1.3 Các bản tin SIP
SIP là giao thức tiết lập phiên khá đơn giản được hình thành trên cơ s ở HTTP

nên có cấu trúc khá đơn giản, các phần tử SIP giao tiếp với nhau thông qua các bản
tin SIP đã được chuẩn hóa [RFC 3261]. Có hai loại bản tin trong SIP là bản tin yêu
cầu (SIP Request) và bản tin đáp ứng (SIP Response).
Bản tin yêu cầu: được gửi từ Client tới Server. RFC 3261 định nghĩa 6 kiểu
bản tin SIP Request cho phép User Agent (UA) và Proxy có thể xác định người
dùng, khởi tạo, sửa đổi, hủy một phiên [3]:
STT
1
2
3
4
5
6

Mơ hình VoIP

Bản tin
INVITE
ACK
BYE
CANCEL
REGISTER
OPTIONS

Nội dung bản tin
Mời thực hiện cuộc gọi
Xác nhận nhận gói thành cơng
Kết thúc cuộc gọi
Hủy cuộc gọi
Đăng kí user lên proxy

Xác định năng lực máy chủ

Trang 6

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Bảng 2.1: Bản tin SIP Request
Cấu trúc bản tin SIP Request [3], gồm 3 phần:
-

Request-Line.

-

Headers: To:…, From:…, ….

-

Body: SDP offer.

Bản tin đáp ứng: Server gửi bản tin SIP response tới Client để báo về trạng
thái của SIP Request mà Client gửi trước đó. Các SIP Response được đánh số từ
100 đến 699, được chia thành các lớp nghĩa khác nhau [3]:
STT Mã bản tin
1xx

1
2xx
2
3xx
3
4xx
4
5xx
5
6xx
6

Loại bản tin
Các bản tin chung
Các bản tin báo hiệu thành công
Các bản tin chuyển địa chỉ
Các bản tin thể hiện yêu cầu không được đáp ứng
Các bản tin báo hiệu sự cố máy chủ
Các bản tin báo hiệu sự cố toàn mạng
Bảng 2.2: Bản tin SIP Response

Cấu trúc bản tin SIP Response [3], gồm 3 phần:
-

Status-Line.

-

Headers: To:…, From:…, ….

-

Body: SDP answer.

Ý nghĩa của các trường trong phần Tiêu đề (Headers) của các bản tin SIP [3]:
Tiêu đề SIP
From

To

Call-ID

Cseq

Mơ hình VoIP

Mô tả
Thường là AOR (Address of Record) của người gửi. Nó bao
gồm SIP hoặc SIPS URI (Uniform Resource Identifiers) và với
tùy chọn tên được hiển thị.
Mô tả người nhận của bản tin SIP, AOR của người nhận. Với
chức năng forward hay redirect thì khơng ph ải là địa chỉ người
nhận. Trường này giống trường From.
Định nghĩa series của bản tin SIP. Call-ID phải được xác định
trong mọi bản tin SIP được gửi bởi tất cả các UA trong một
dialog.
Chứa một giá trị nguyên và tên phương thức. Trường này dùng
để xác định, sắp xếp, đánh dấu chuỗi SIP request trong một
dialog. Cseq có thể khác nhau giữa bản tin được truyền lại và

Trang 7

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

Via
Contact
Allow
Supported
Require
Content-Type
Content-Length

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

truyền mới.
Xác định đường đi được chỉ ra request và các response sẽ được
gửi.
Chứa SIP hoặc SIPS URI của UA muốn nhận được SIP request
mới.
Liệt kê tập các phương thức SIP được hỗ trợ bởi UA.
Liệt kê tập các phần mở rộng của SIP hỗ trợ bởi UA.
Trường này rất giống như trường Supported nhưng là của các
UA ở xa cần thiết cho một transaction được xử lý.
Kiểu của phần thân của bản tin SIP (nếu có phần thân)
Kích thức của phần thân bản tin SIP. Trường này là bắt buộc
khi bản tin SIP được truyền trên TCP.
Bảng 2.3: Các trường trong Tiêu đề bản tin SIP

2.3.1.4 Quy trình xử lý cuộc gọi SIP
Quá trình xử lý của một Proxy Server: Proxy Server là SIP Server thay mặt
SIP Client chuyển tiếp các bản tin SIP tới thành phần khác trong hệ thống.

Hình 2.4: Quá trình xử lý cuộc gọi của Proxy Server
Khi một user được khởi tạo (hoặc đã đư ợc khởi tạo nhưng khởi động lại) thì
phải đăng ký với Registrar. Khi user đang tồn tại trong hệ thống thì khơng cần phải
đăng ký nữa. Hai user A và user B xét ở hình trên cùng một domain. Ngữ cảnh ở
đây là user A gọi cho user B.

Mơ hình VoIP

Trang 8

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Hoạt động của Proxy Server trong trường hợp này được trình bày theo các
bước:
Bước 1: User B đăng kí đến Server Register, tại đây diễn ra q trình xác thực
thơng tin đăng kí (giả sử user B mới khởi động).
Bước 2: Server Register gởi tồn bộ thơng tin đăng kí của user (username, ip,
port, expire….) đến Location Server. Tại đây các thông tin sẽ được ghi vào
Database để sử dụng khi cần thiết.
Bước 3: User A gọi User B bằng cách gởi gói tin INVITE đến Proxy Server.

Bước 4: Proxy Server truy vấn (query) Location Server để lấy các thông tin
cần thiết về user B.
Bước 5: Location Server trả các thông tin cho proxy để proxy liên lạc với user
B.
Bước 6: Proxy Server relay gói tin INVITE cho user B.
Bước 7: Sau khi 2 bên đã đồng ý thiết lập hội thoại thì 2 bên sẽ nói chuyện với
nhau thơng qua giao thức RTP, Proxy khơng tham gia vào q trình thoại nữa.
Q trình xử lý của Redirect Server: Server này sẽ trả về cho đối tượng phát
bản tin SIP địa chỉ đích mà nó cần để nó tự liên lạc với đích trực tiếp.
Xét ngữ cảnh user A muốn gọi user B theo hình dư ới, giả sử user B mới khởi
động. Khi user A thực hiện gọi user B thì bản tin yêu cầu được gửi tới Proxy Server,
lúc này Proxy Server truy vấn Location Server để có thơng tin địa chỉ của user B và
gửi lại cho user A thông qua gói “302 Move temporarily”. Lúc này user A tự liên
lạc với user B mà không thông qua Proxy Server nữa.

Mơ hình VoIP

Trang 9

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Hình 2.5: Quá trình xử lý cuộc gọi của Redirect Server
Hoạt động của Redirect Server trong VoIP được mơ tả như hình trên:
Bước 1: User B đăng kí đến Server register, tại đây diễn ra q trình xác thực
thơng tin đăng kí.

Bước 2: Server Register gởi tồn bộ thơng tin đăng kí của User (username, ip,
port, expire….) đến Location Server. Tại đây các thông tin sẽ được ghi vào
Database để sử dụng khi cần thiết.
Bước 3: User A gọi User B bằng cách gởi gói tin INVITE đến Proxy Server
Bước 4: Proxy Server truy vấn (query) Location Server để lấy các thông tin
cần thiết về user B.
Bước 5: Location Server trả các thông tin cho Proxy.
Bước 6: Proxy Server gởi gói “302 Move temporarily” cho user B, trong gói
tin này sẽ bao gồm tất cả các thông tin cần thiết để user A có thể tự liên lạc với user
B trên internet.
Bước 7: User A tự INVITE user B và thiết lập RTP, Proxy khơng tham gia gì
nữa.
2.3.1.5 Tính năng của SIP
Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau:

Mơ hình VoIP

Trang 10

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

a.

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

-

Mềm dẻo và tương thích 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.
Mềm dẻo và tương thích với các giao thức đã có của IETF

SIP kế thừa các đặc điểm của hai giao thức Internet đã được phát triển rất phổ
biến: đó là Hyper Text Transport Protocol (HTTP) sử dụng cho Web và Simple
Mail Transport Protocol (SMTP) ử
s dụng cho e -mail. Dựa vào các nguyên tắc có
được từ môi trường IP, SIP được thiết kế là giao thức độc lập với ứng dụng, rất
mềm dẻo và có khả năng áp dụng trong nhiều môi trường khác nhau.
Một số giao thức của IETF mà SIP có khả năng tương thích:
RTP (Real-Time Transport Protocol) [10]: Giao thức truyền tải thời gian thực.
RTSP (Real Time Streaming Protocol) [11]: Giao thức tạo luồng thời gian
thực.
SAP (Session Advertisement Protocol) [6]: Giao thức thông báo trong phiên
kết nối.
SDP (Session Description Protocol) [7]: Giao thức mơ tả phiên kết nối.
b.

Đơn giản và có khả năng mở rộng
SIP có cấu trúc đơn giản và chỉ làm chức năng khởi tạo, thay đổi và kết thúc

các phiên kết nối, không tham gia vào truyền tải dữ liệu.
Các phần mềm của máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng kí, máy chủ chuyển đổi
địa chỉ, máy chủ định vị… có thể chạy trên các máy chủ khác nhau và việc cài đặt
thêm máy chủ hồn tồn khơng ảnh hưởng đến các máy chủ đã có. Chính vì thế hệ
thống chuyển mạch SIP có thể dễ dàng nâng cấp.
c.

Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối
Do có máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng ký và máy chủ chuyển đổi địa chỉ hệ

thống luôn nắm được thông tin địa chỉ của thuê bao. Vì vậy, SIP hỗ trợ tối đa sự di
động của đầu cuối. Rõ ràng nhất là trong trường hợp SIP Server đóng vai trị là
Redirect Server như đã trình bày theo Hình 2.5.

Mơ hình VoIP

Trang 11

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết


Xây dựng hệ thống VoIP trả trước cho các nhà cung cấp dịch vụ

d.

CBHD: TS. Lưu Thanh Trà

Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới
Là giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói, SIP cho phép tạo ra

những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách nhanh chóng. Ngơn ngữ xử lý cuộc
gọi (Call Processing Language) và Giao diện cổng kết nối chung (Common
Gateway Interface) là một số công cụ để thực hiện điều này. SIP hỗ trợ các dịch vụ
thoại như chờ cuộc gọi, chuyển tiếp cuộc gọi, khóa cuộc gọi… (call waiting, call
forwarding, call blocking…), hỗ trợ thông điệp thống nhất…
2.3.2 Giao thức RTP
RTP (Real-Time Transport Protocol) [10] là giao thức vận chuyển thông tin
thời gian thực cung cấp chức năng mạng vận chuyển đầu cuối - đầu cuối cho những
ứng dụng truyền dữ liệu mà yêu cầu thời gian thực (real-time) như là âm thanh và
video. Những chức năng đó bao gồm nhận diện loại dữ liệu, số trình tự, tham số
thời gian và giám sát tiến trính gửi.
RTP là thành phần quan trọng của VoIP bởi vì nó cho phép thiết bị đích sắp
xếp và điều chỉnh lại thời gian cho gói tin thoại trước khi được gửi đến người dùng.
Một header RTP chứa tham số thời gian và số trình tự nhằm để cho thiết bị nhận lưu
vào bộ nhớ đệm, khử các biến đổi về độ trễ bằng cách đồng bộ những gói tin để
phát lại thành dịng âm thanh liên tục. RTP dùng số trình tự chỉ đế sắp xếp lại thứ tự
gói tin. RTP khơng u cầu sự truyền lại nếu một gói tin bị mất.
Ví dụ: Như những gói thoại khi được gửi đến đích, chúng có thể đi trên những
con đường khác nhau để đến đích, mỗi con đường có thể khác nhau về khoảng cách,
tốc độ truyền, kết quả là gói tin đến đích khơng đúng thứ tự ban đầu. Khi ở nguồn
tạo ra cuộc gọi, dữ liệu thoại sẽ được đóng gói lại, RTP sẽ gắn vào những gói tin
với tham số thời gian và số trình tự và gửi đi. Ở đích đến, RTP sẽ sắp xếp những gói
tin và gửi chúng đến bộ xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor - DSP) ở cùng
tốc độ khi chúng được gửi đi ở nguồn gọi.

Mơ hình VoIP

Trang 12

HVTH: KS. Cao Hữu Thuyết