Đánh giá chất lượng dịch vụ thoại trong mạng VoIP

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGKHOA VIỄN THÔNG I ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ THOẠI TRONG MẠNG VoIP Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Thắng Giáo viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Xuân Hoàng HÀ NỘI - 2005 Chương I: Tổng quan về dịch vụ VoIP Chương II: Các giao thức trong VoIP Chương III: Các phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ trong VoIP Chương IV: Đánh giá chất lượng thoại trong mạng VoIP bằng mô hình - E Chương I:Tổng quan về dịch vụ VoIP Những hạn chế của mạng PSTN Mạng PSTN không đủ khả năng để triển khai các tính năng một cách nhanh chóng Mạng PSTN được xây dựng trên một kiến trúc mà chỉ có các nhà cung cấp thiết bị mới có thể phát triển các ứng dụng cho các thiết bị đó Kiến trúc xây dựng cho thoại không đủ tính mềm dẻo để truyền dữ liệu Các cuộc gọi chuyển mạch kênh yêu cầu một mạch dành riêng 64Kbps cố định giữa hai máy điện thoại VoIP là công nghệ truyền thoại qua môi trường IP VoIP đang được sử dụng rộng rãi hiện nay Các ưu điểm của mạng IP Giảm cước dịch vụ điện thoại đường dài Giảm độ rộng băng thông cho mỗi kết nối Hỗ trợ thêm nhiều dịch vụ bổ sung khác Sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP CHƯƠNG II: CÁC GIAO THỨC TRONG VoIP Hệ thống VoIP H.323 và các thành phần cấu thành hệ thống H.323 Hệ thống giao thức khởi tạo phiên SIP Các loại hình dịch vụ thoại qua IP Giới thiệu về mạng VoIP Việt Nam và các dịch vụ của VNPT Các thiết bị thành phần của hệ thống VoIP H.323 Các thành phần của hệ thống SIP Các loại hình dịch vụ thoại qua IP Phone to phone PC to phone PC to PC Kết nối từ máy điện thoại đến máy điện thoại Kết nối từ máy tính đến máy điện thoại Kết nối từ máy tính tới máy tính Giới thiệu về mạng VoIP Việt Nam Tổng quan về mạng VoIP Việt Nam Thực trạng triển khai VoIP Ở Việt Nam Mạng VoIP của VNPT và của các doanh nghiệp hiện nay Các dịch vụ trong mạng VoIP của VNPT Tính cước trong mạng VoIP Chương III: Các phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ trong VoIP Tổng chất lượng dịch vụ trong VoIP Chất lượng dịch vụ QoS là gì? Một số công nghệ đo kiểm chất lượng thoại hiện nay Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng thoại trong VoIP Độ ổn định Băng thông Tiếng vọng Trễ: Trễ cử lý, trễ do mã hoá, trễ đệm ở thiết bị đầu cuối IP, trễ gói hoá H.323, trễ truyền dẫn mạng Biến động trễ Tổn thất gói Một số công nghệ đo kiểm chất lượng thoại hiện nay Đo kiểm độ trung thực MOS PSQM PAMS 2. Đo kiểm độ trễ Acoustic PING MLS tương quan chéo tiêu chuẩn hoá 3. Đo kiểm tiếng vọng Xác định đặc tính tiếng vọng Các bộ huỷ tiếng vọng Chương IV: Đánh giá chất lượng thoại trong mạng VoIP bằng mô hình - E Giới thiệu mô hình E Cấu trúc và thuật toán mô hình E Kết quả đánh giá chất lượng truyền dẫn theo mô hình E Các phương pháp cải thiện QoS trong mạng VoIP Cấu hình tham khảo của mô hình E Các tham số dùng để đánh giá chất lượng thoại của mô hình E : Giá trị truyền dẫn R Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu Tham số suy hao Is Tham số suy hao liên quan đến trễ Id Tham số suy hao thiết bị Ie Tham số tích cực A Kết quả đánh giá chất lượng thoại Các phương pháp cải thiện QoS trong mạng VoIP Tốc độ truy nhập cam kết Xếp hàng trên cơ sở lớp Lớp dịch vụ Các dịch vụ phân biệt Quyền ưu tiên IP Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Xếp hàng theo VC Định tuyến theo chính sách Các hàng QoS Loại bỏ sớm ngẫu nhiên Giao thức dữ trữ tài nguyên Định hình lưu lượng Xếp hàng hợp lý theo trọng số Kết luận Trong thế kỷ 21, thị trường viẽn thông rộng lớn đã có những tiến bộ vượt bậc. Tuy nhiên, chất lượng thoại luôn là yếu tố quan trọng trong các yếu tố tác đọng đến sự chấp thuận của thị trường. Khả năng xác định và hạn chế các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thoại trong mạng VoIP có vai trò then chốt trong việc phát triển và triển khai dịch vụ này Trong đồ án này, em hi vọng phần nào mang lại sự hiểu biết về khái niệm VoIP, chất lượng dịch vụ trong mạng VoIP đồng thời đưa ra các giải pháp để nâng cao chất lượng dịch vụ Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Xuân Hoàng và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thiện đồ án này Ch­¬ng I: Tæng quan vÒ dÞch vô VoIP VoIP đang được sử dụng rộng rãi hiện nay VoIP: Là công nghệ truyền thoại qua môi trường IP VoIP ¦u ®iÓm cña VoIP: Gi¶m c­íc dÞch vô ®iÖn tho¹i ®­êng dµi Gi¶m ®é réng b¨ng th«ng Hç trî thªm nhiÒu dÞch vô bæ sung kh¸c Sö dông cã hiÖu qu¶ nhÊt giao thøc IP Nh­îc ®iÓm cña VoIP vÒ chÊt l­îng dÞch vô: Lµ kiÓu m¹ng kh«ng tin cËy §é trÔ kh«ng ®ång nhÊt gi÷a c¸c gãi tin C¸c chuÈn m· ho¸ tho¹i Hµ Néi - 2005 Ch­¬ng II: C¸c giao thøc trong VoIP HÖ thèng VoIP H.323 S¬ ®å m¹ng l­íi VoIP Hµ Néi - 2005 M« h×nh giao thøc H.323 t­¬ng quan víi m« h×nh OSI HÖ thèng H.323 C¸c thiÕt bÞ cÊu thµnh hÖ thèng H.323 C¸c thiÕt bÞ cÊu thµnh hÖ thèng H.323 ThiÕt bÞ ®Çu cuèi H.323 Chøc n¨ng c¬ b¶n cña Gateway H.323 C¸c chøc n¨ng chÝnh cña Gateway H.323: Cung cÊp phiªn dÞch gi÷a c¸c thùc thÓ trong m¹ng gãi Phiªn dÞch khu«n d¹ng truyÒn dÉn, phiªn dÞch gi÷a c¸c ®Çu cuèi theo chuÈn H.323 Tham gia vµo viÖc thiÕt lËp vµ huû bá cuéc gäi C¸c thµnh phÇn cña Gateway H.323: Media Gateway: dïng ®Ó chuyÓn ®æi gi÷a c¸c m· truyÒn trong m¹ng IP víi m· truyÒn trong m¹ng SCN Media Gateway Controler: dïng ®Ó xö lý cuéc gäi cho GW, ®iÒu khiÓn MGW, nhËn th«ng tin b¸o hiÖu SCN tõ SGW vµ th«ng tin b¸o hiÖu tõ GK Signalling Gateway: cung cÊp kªnh b¸o hiÖu gi÷a m¹ng IP vµ m¹ng SCN M« h×nh giao thøc vµ chøc n¨ng cña GK H.323 Chøc n¨ng chÝnh cña Gatekeeper: Biªn dÞch ®Þa chØ vµ ®iÒu khiÓn truy nhËp m¹ng cho c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi H.323, c¸c Gateway vµ MCU Qu¶n lý b¨ng th«ng hay ®Þnh vÞ c¸c Gateway M« h×nh giao thøc cña MCU Chøc n¨ng cña khèi ®iÒu khiÓn ®a ®iÓm MCU: Cung cÊp kh¶ n¨ng truyÒn th«ng héi nghÞ cho c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi vµ Gateway tham gia héi nghÞ ®a ®iÓm Cã thÓ ph¸t triÓn héi nghÞ ®iÓm - ®iÓm thµnh héi nghÞ ®a ®iÓm Ng¨n xÕp giao thøc H.323 Hµ Néi - 2005 Giao thøc khëi t¹o phiªn SIP Giao thøc khëi t¹o phiªn SIP (Secssion Initiation Protocol) lµ giao thøc ®iÒu khiÓn b¸o hiÖu thuéc líp øng dông ®­îc sö dông ®Ó thiÕt lËp, duy tr× vµ kÕt thóc c¸c cuéc gäi qua m¹ng nÒn IP Sip hç trî 5 dÞch vô trong viÖc thiÕt lËp vµ kÕt thóc c¸c phiªn truyÒn th«ng: §Þnh vÞ ng­êi dïng N¨ng lùc ng­êi dïng X¸c ®Þnh nh÷ng ng­êi s½n sµng tham gia héi tho¹i ThiÕt lËp c¸c tham sè cÇn thiÕt cho cuéc gäi §iÒu khiÓn cuéc gäi C¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng SIP C¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng SIP: SIP Terminal: lµ ®Çu cuèi trong m¹ng SIP SIP server: dïng ®Ó ®iÒu khiÓn, qu¶n lý cuéc gäi, tr¹ng th¸I ng­êi dïng SIP Gateway: thùc hiÖn chøc n¨ng Internetworking gi÷a hÖ thèng SIP víi c¸c m¹ng kh¸c Hµ Néi - 2005 C¸c lo¹i h×nh dÞch vô tho¹i qua IP KÕt nèi tõ m¸y ®iÖn tho¹i tíi m¸y ®iÖn tho¹i Trong lo¹i h×nh dÞch vô nµy, bªn chñ gäi vµ bªn bÞ gäi ®Òu sö dông ®iÖn tho¹i th«ng th­êng. Gateway ë mçi phÝa lµm nhiÖm vô chuyÓn tÝn hiÖu tho¹i PCM 64 Kbps thµnh c¸c gãi tin IP vµ ng­îc l¹i KÕt nèi tõ m¸y tÝnh ®Õn m¸y ®iÖn tho¹i Trong lo¹i h×nh dÞch vô nµy, ng­êi gäi sö dông mét m¸y tÝnh ®a ph­¬ng tiÖn ®Ó thùc hiÖn mét cuéc gäi tíi mét thuª bao cè ®Þnh PSTN hoÆc thuª bao di ®éng th«ng th­êng. TÝn hiÖu tõ phÝa ng­êi gäi ®­íc ®ãng gãi vµo c¸c gãi tin IP truyÒn qua m¹ng IP tíi Gateway. T¹i ®ã, c¸c gãi tin IP ®­îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu 64 Kbps th«ng th­êng vµ chuyÓn tíi tæng ®µi thuª néi h¹t råi chuyÓn tíi thuª bao bÞ gäi KÕt nèi tõ m¸y tÝnh tíi m¸y tÝnh Trong lo¹i h×nh dÞch vô nµy, hai PC cã thÓ ®­îc kÕt nèi trùc tiÕp víi nhau trong cïng mét m¹ng IP hay gi÷a c¸c m¹ng IP víi nhau th«ng qua mét m¹ng trung gian kh¸c. C¸c PC lµ mét m¸y tÝnh ®a ph­¬ng tiÖn gåm sound card, loa, micro vµ cã phÇn mÒm phôc vô dÞch vô tho¹i Internet Hµ Néi - 2005 Giíi thiÖu vÒ m¹ng VoIP ViÖt Nam Hµ Néi - 2005 ThÞ phÇn c¸c dÞch vô tho¹i ®­êng dµi CÊu h×nh m¹ng VoIP thö nghiÖm cña VNPT HÖ thèng thö nghiÖm cña VNPT ®­îc x©y dùng dùa trªn hÖ thèng VoIP cña Cisco: Gateway A85300 dïng ®Ó chuyÓn ®æi tÝn hiÖu Router 3840 dïng ®Ó ®Þnh tuyÕn c¸c gãi tin tho¹i Gatekeeper 3882 dïng ®Ó qu¶n lý miÒn Bé chuyÓn m¹ch IP 2948 dïng ®Ó chuyÓn m¹ch b¶n tin IP CÊu h×nh m¹ng VoIP giai ®o¹n mét cña VNPT do VDC qu¶n lý CÊu h×nh m¹ng VoIP giai ®o¹n hai cña VNPT do VTN qu¶n lý C¸c dÞch vô trong m¹ng VoIP cña VNPT DÞch vô “Gäi 171”: lµ dÞch vô míi víi gi¸ thµnh rÎ h¬n vµ chÊt l­îng cã thÓ chÊp nhËn ®­îc DÞch vô “Gäi 1717”: lµ dÞch vô sö dông c«ng nghÖ VoIP víi h×nh thøc kh¸ch hµng mua thÎ ®Ó sö dông DÞch vô “Fone VNN”: lµ dÞch vô ®iÖn tho¹i trªn m¹ng Internet cña VNN. Fone VNN hç trî hai dÞch vô lµ PC-to-PC vµ PC-to-Phone Hµ Néi - 2005 Ch­¬ng III: C¸c ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ QoS C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng tho¹i trong VoIP §é æn ®Þnh: lµ kh¶ n¨ng truyÒn cuéc gäi c¶ ngµy lÉn ®ªm cña m¹ng B¨ng th«ng: lµ tèc ®é truyÒn th«ng tin, nã cã thÓ thay ®æi tuú theo dÞch vô yªu cÇu TiÕng väng: ®­îc t¹o ra khi ng­êi nãi nghe thÊy chÝnh tiÕng nãi cña m×nh. Nguyªn nh©n lµ sù pha trén c¸c thiÕt bÞ sè vµ c¸c thiÕt bÞ analog trong kÕt nèi tho¹i TrÔ: lµ thêi gian truyÒn trung b×nh cña dÞch vô tõ ®iÓm vµo ®Õn ®iÓm ra khái m¹ng. Cã nhiÒu lo¹i trÔ nh­ trÔ Coder, trÔ do m· ho¸, trÔ ë thiÕt bÞ ®Çu cuèi IP, trÔ truyÒn dÉn m¹ng. §Þnh nghÜa c¸c tÇng trÔ mét chiÒu Thêi gian trÔ cña c¸c bé m· ho¸ BiÕn ®éng trÔ: lµ sù kh¸c biÖt vÒ trÔ cña c¸c gãi kh¸c nhau cïng trong mét dßng l­u l­îng. BiÕn ®éng trÔ cã tÇn sè cao ®­îc gäi lµ Jitter, biÕn ®éng trÔ cã tÇn sè thÊp ®­îc gäi lµ Wander Tæn thÊt gãi: cã ¶nh h­ëng lín ®èi víi chÊt l­îng truyÒn dÉn c¸c dÞch vô VoIP Hµ Néi - 2005 Mét sè c«ng nghÖ ®o kiÓm chÊt l­¬ng tho¹i CÊu h×nh ®o thö CÊu h×nh ch­íng ng¹i CÊu h×nh nµy gåm cã mét m¸y tÝnh ch¹y phÇn mÒm IP ®ãng vai trß mét bé ®Þnh tuyÕn kh«ng hoµn h¶o. Nã göi l­u l­îng tõ ®o¹n nµy tíi ®o¹n kh¸c trong ®iÒu kiÖn cã thêi gian trÔ, cã mÊt khung vµ cã sù biÕn thiªn trÔ nh­ng cã thÓ ®iÒu khiÓn chóng. Mét m¸y tÝnh Abacus ®­îc sö dông ®Ó khëi t¹o c¸c cuéc gäi, t¹o ra ®Çu vµo tho¹i vµ ®o chÊt l­îng ®Çu ra tho¹i t¹i ®Çu kia Hµ Néi - 2005 Mét sè c«ng nghÖ ®o kiÓm chÊt l­¬ng tho¹i KÕt qu¶ PSQM víi c¸c tØ lÖ mÊt khung kh¸c nhau MOS: lµ ph­¬ng ph¸p sö dông mét sè l­îng lín ng­êi nghe ®¸nh gi¸ chÊt l­îng tho¹i. Lîi Ých cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ ®¸nh gi¸ ®é trung thùc cã ®­îc cña tõng c¸ nh©n sö dông ®iÖn tho¹i. Hµ Néi - 2005 Mét sè c«ng nghÖ ®o kiÓm chÊt l­¬ng tho¹i MOS cña c¸c chuÈn m· ho¸ PSQM: lµ ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña c¸c tÝn hiÖu tho¹i theo cïng c¸ch mµ c¸c bé m· ho¸ vµ gi¶i m· tÝn hiÖu tho¹i thùc hiÖn. PSQM chØ ra ©m tho¹i mÐo cã chÊt l­îng tèt h¬n hay tåi h¬n tÝn hiÖu nguyªn thuû PAMS: lµ hÖ thèng ®o kiÓm ph©n tÝch tri gi¸c. Nã ®­a ra mét chØ sè chÊt l­îng nghe vµ chØ sè chÊt l­îng nç lùc nghe Hµ Néi - 2005 Mét sè c«ng nghÖ ®o kiÓm chÊt l­¬ng tho¹i §o kiÓm ®é trÔ: trÔ kh«ng ¶nh h­ëng tíi ©m thanh cña mét cuéc ®µm tho¹i mµ ¶nh h­ëng tíi nhÞp ®iÖu vµ c¶m nhËn cña cuéc ®µm tho¹i Acoustic PING: sö dông mét ©m thanh kiÓm tra cùc ng¾n ®ùoc truyÒn dÉn tõ ®Çu cuèi nµy tíi ®Çu cuèi kia vµ ®o kho¶ng thêi gian nµy MLS t­¬ng quan chÐo tiªu chuÈn ho¸ ®em l¹i gi¸ trÞ trÔ tÝnh to¸n chÝnh x¸c h¬n nhiÒu b»ng c¸ch sö dông tÝn hiÖu ®o kiÓm víi ©m thanh gÇn gièng víi nhiÔu tr¾ng §o kiÓm tiÕng väng: ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc ®Æc tÝnh cña c­êng ®é tiÕng väng, trÔ tiÕng väng vµ c¸c bé huû tiÕng väng gi¶i quyÕt tiÕng väng cã tèt kh«ng X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh tiÕng väng: gióp chän lùa c¸c bé huû tiÕng väng vµ thiÕt kÕ l¹i m¹ng truy nhËp Sù khã chÞu trong c¶m nhËn g©y ra bëi tiÕng väng dïng ®Ó x¸c nhËn ¶nh h­ëng cña tiÕng väng vÒ chÊt l­îng tho¹i trong m¹ng VoIP C¸c bé huû tiÕng väng: dïng ®Ó kh¾c phôc vµ xö lý c¸c hiÖn t­îng trªn Hµ Néi - 2005 Ch­¬ng IV: §¸nh gi¸ QoS trong m¹ng VoIP b»ng m« h×nh E M« h×nh E ®­îc ITU-T phª chuÈn thµnh thµnh khuyÕn nghÞ G.107 sö dông trong viÖc lËp kÕ ho¹ch truyÒn dÉn. Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña m« h×nh E dùa trªn mét cÊu h×nh tham kh¶o vÒ kÕt nèi ®iÖn tho¹i tõ ®Çu cuèi ®Õn ®Çu cuèi CÊu h×nh tham kh¶o cña m« h×nh E Hµ Néi - 2005 Ch­¬ng IV: §¸nh gi¸ QoS trong m¹ng VoIP b»ng m« h×nh E M« h×nh E ®¸nh gi¸ chÊt l­îng truyÒn dÉn b»ng tham sè R. Gi¸ trÞ R ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: R = Ro – Is – Id – Ie + A Ro lµ tÝn hiÖu trªn nhiÔu Is bao gåm tÊt c¶ c¸c suy hao xuÊt hiÖn ®ång thêi Id lµ suy hao g©y ra bëi trÔ Ie lµ hÖ sè suy hao thiÕt bÞ A lµ hÖ sè tÝch cùc ®Ó bï vµo c¸c suy hao kh¸c Hµ Néi - 2005 KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ chÊt l­îng truyÒn dÉn theo m« h×nh E Tham sè ®Çu ra R n»m trong d¶i tõ 0 ®Õn 100 Mèi quan hÖ gi÷a R vµ chÊt l­îng truyÒn dÉn tho¹i Hµ Néi - 2005 Mét sè ph­¬ng ph¸p c¶i thiÖn QoS trong m¹ng VoIP Tèc ®é truy nhËp cam kÕt XÕp hµng trªn c¬ së líp Líp dÞch vô C¸c dÞch vô ph©n biÖt QuyÒn ­u tiªn IP ChuyÓn m¹ch nh·n ®a giao thøc MPLS Hµ Néi - 2005