Gateway trong công nghệ VoIP

ới server SIP hoặc UAS. - UAS (User Agent Server) : là một ứng dụng server giao tiếp với người dùng khi yêu cầu SIP được nhận và trả lại một đáp ứng đại diện cho người dùng. Hình 2.10 trình bày hai thành phần chính của SIP : User Agent và SIP server. User Agent là một điểm cuối giao tiếp với người dùng và hoạt động đại diện cho người dùng. User Agent bao gồm hai thành phần : một giao thức client được biết như là UAC và một giao thức server được biết như là UAS. UAC khởi tạo cuộc gọi và UAS trả lời cuộc gọi. Do User Agent chứa cả UAC và UAS nên SIP có thể hoạt động ngang hàng khi sử dụng mô hình client/server. Server SIP có hai loại : Proxy server và Redirect server. Proxy server nhận một yêu cầu từ client và quyết định server kế tiếp mà yêu cầu sẽ đi đến. Proxy này có thể gửi yêu cầu đến một server khác, một Redirect server hoặc UAS. Đáp ứng sẽ được truyền cùng đường với yêu cầu nhưng theo chiều ngược lại. Proxy server hoạt động như là client và server. Redirect server sẽ không chuyển yêu cầu nhưng sẽ chỉ định client tiếp xúc trực tiếp với server kế tiếp, đáp ứng gửi lại client chứa địa chỉ của server kế tiếp. Nó không hoạt động được như là một client, nó không chấp nhận cuộc gọi. 2.2.3. Tổng quan về hoạt động của SIP. a. Địa chỉ SIP. Địa chỉ của SIP còn được gọi là bộ định vị tài nguyên chung URL (Universal Resource Locator), tồn tại dưới dạng user@host. Phần user trong phần địa chỉ có thể là tên người sử dụng hoặc số điện thoại. Phần host có thể là tên miền hoặc địa chỉ mạng. Ví dụ địa chỉ SIP : sip:ciscopress@cisco.com sip:4085262222@171.171.171.1 b. Định vị server SIP. Khi client muốn gửi một yêu cầu, client gửi nó đến một proxy server SIP đã được cấu hình hoặc gửi yêu cầu đến địa chỉ IP và số cổng tương ứng với URL SIP. Gửi yêu cầu trực tiếp đến proxy server thì dễ dàng nếu ứng dụng cuối đã biết proxy server. Gửi yêu cầu theo cách thứ hai thì phức tạp hơn. Client phải cố gắng tiếp xúc với server ở số cổng được liệt kê trong bộ định vị tài nguyên đồng nhất URL SIP. Nếu số hiệu cổng không có trong URL SIP thì client sử dụng số cổng 5060. nếu URL SIP chỉ định một giao thức (UDP hoặc TCP) thì client tiếp xúc với server sử dụng giao thức đó. Nếu không có giao thức nào được chỉ định hoặc nếu client không hỗ trợ UDP nhưng có hỗ trợ TCP thì nó cố gắng dùng TCP. Client có gắng tìm một hoặc nhiều địa chỉ server SIP bằng cách truy vấn DNS (Domain Name System). Tiến trình như sau: - Nếu phần host của URL SIP là địa chỉ IP, client tiếp xúc với server ở địa chỉ cho trước. Ngược lại nó xử lý bước kế tiếp. - Client truy vấn server DNS cho địa chỉ phần host của URL SIP. Nếu server DNS không trả về địa chỉ của URL SIP, client sẽ ngừng vì nó không thể định vị được server. c. Sự giao dịch SIP (SIP Transaction). Khi phần host của URL SIP đã được giải quyết, client gửi một hoặc nhiều yêu cầu SIP đến server và nhận được một hoặc nhiều đáp ứng từ server. Các yêu cầu cùng với các đáp ứng liên hệ với nhau trong hoạt động này tạo thành sự giao dịch SIP. Tất cả các đáp ứng chứa cùng các giá trị trong các trường Call-ID, Cseq, To và From. Điều này cho phép các đáp ứng so khớp với các yêu cầu. - Nếu TCP được sử dụng, các đáp ứng và yêu cầu trong một sự giao dịch đơn lẻ được mang trên cùng một kết nối TCP. Nhiều yêu cầu SIP từ một client đến một server có thể sử dụng cùng kết nối TCP hoặc có thể sử dụng một kết nối mới cho mỗi yêu cầu. - Nếu client gửi yêu cầu sử dụng UDP, đáp ứng được gửi đến địa chỉ được định nghĩa trong trường tiêu đề của yêu cầu. d. Lời mời SIP (SIP Invitation). Một lời mời SIP thành công bao gồm hai bản tin: bản tin INVITE và theo sau là bản tin ACK. Bản tin INVITE yêu cầu người bị gọi tham gia vào một hội nghị đặc biệt hoặc thiết lập một cuộc đối thoại hai người. Sau khi người bị gọi đồng ý tham gia vào cuộc gọi, người gọi xác nhận rằng nó đã nhận được đáp ứng bằng cách gửi bản tin ACK. e. Định vị người dùng. Người bị gọi có thể di chuyển giữa nhiều hệ thống đầu cuối theo thời gian. Các vị trí này có thể đăng kí động với server SIP. Một server vị trí có thể trả về nhiều vị trí bởi vì người dùng đăng nhập ở nhiều trạm một cách đồng thời hoặc server vị trí có thông tin không chính xác. Server SIP kết hợp các kết quả để cung cấp một danh sách các vị trí hoặc không có vị trí nào. Hoạt động nhận danh sách các vị trí thay đổi tùy thuộc vào server SIP. Một Redirect server trả về một danh sách hoàn chỉnh các vị trí và cho phép các client định vị người dùng chính xác. Một Proxy server cũng cố gắng định địa chỉ cho đến khi cuộc gọi thành công hoặc người bị gọi từ chối cuộc gọi. g. Thay đổi một phiên đang tồn tại. Trong một số trường hợp, người ta mong muốn thay đổi các thông số của một phiên đang tồn tại. Điều này được thực hiện bằng cách phát lại bản tin INVITE, sử dụng cùng Call-ID, nhưng nội dung mới hoặc các trường tiêu đều mang thông tin mới. Chẳng hạn, hai đối tác đang trò chuyện và muốn thêm vào một người thứ ba. Một trong hai mời người thứ ba với địa chỉ multicast mới và đồng thời gửi bản tin INVITE đến đối tác thứ hai với sự mô tả phiên multicast mới, ngoại trừ số nhận dạng cuộc gọi là cũ. 2.2.4. Các bản tin SIP. Có hai loại bản tin SIP : bản tin yêu cầu được khởi tạo từ client và bản tin đáp ứng được trả lại từ server. Mỗi bản tin chứa một tiêu đề mô tả chi tiết về sự truyền thông. SIP có thể sử dụng UDP. Khi được gửi trên UDP hoặc TCP, nhiều sự giao dịch SIP có thể được mang trên một kết nối TCP đơn lẻ hoặc gói dữ liệu UDP. Gói dữ liệu UDP (bao gồm tất cả các tiêu đề) thì không vượt quá đơn vị truyền dẫn lớn nhất MTU (Maximum Transmission Unit) nếu MTU được định nghĩa, hoặc không quá 1500 byte nếu MTU không được định nghĩa. Một bản tin SIP cơ bản bao gồm: dòng bắt đầu (start-line), một hoặc nhiều trường tiêu đề, một dòng trống (CRLF) dùng để kết thúc các trường tiêu đề và một nội dung bản tin tùy chọn. Bản tin chung = Dòng bắt đầu Tiêu đề bản tin CRLF [nội dung bản tin] a.Tiêu đề bản tin. Tiêu đề bản tin dùng để chỉ ra người gọi, người bị gọi, đường định tuyến và loại bản tin của cuộc gọi. Có 4 nhóm tiêu đề bản tin như sau: - Tiêu đề chung: áp dụng cho các yêu cầu và các đáp ứng. - Tiêu đề thực thể: định nghĩa thông tin về loại bản tin và chiều dài. - Tiêu đề yêu cầu: cho phép client thêm vào các thông tin yêu cầu. - Tiêu đề đáp ứng: cho phép server thêm vào các thông tin đáp ứng. Các nhóm tiêu đề này được liệt kê trong bảng 2.1. Tiêu đề chung Tiêu đề thực thể Tiêu đề yêu cầu Tiêu đề đáp ứng Accept Content-Encoding Authorization Allow Accept-Encoding Content-Length Contact Proxy-Authenticate Accept-Language Content-Type Hide Retry-After Call-ID Max-Forwards Server Contact Organization Unsupported Cseq Priority Warning Date Proxy-Authorization www-Authenticate Encryption Proxy-Require Expires Route From Require Record-Route Response-Key Timestamp Subject To User-Agent Via Bảng 2-1. Tiêu đề SIP. Tiêu đề Giải thích Call-ID So khớp các yêu cầu với các đáp ứng tương ứng, nhận dạng duy nhất lời mời hoặc sự đăng kí của client. Cseq Trong một cuộc gọi, Cseq tăng lên khi một yêu cầu mới được gửi đi và bắt đầu ở một giá trị ngẫu nhiên. Tuy nhiên, đối với yêu cầu ACK và Cancel thì Cseq không tăng. To Có mặt trong tất cả các yêu cầu và đáp ứng để chỉ ra nơi nhận yêu cầu. From Có mặt trong tất cả yêu cầu và đáp ứng chứa tên và địa chỉ của nơi khởi tạo yêu cầu. Via Ghi lại đường đi của yêu cầu để cho phép các server SIP trung gian chuyển các câu trả lời trở lại cùng đường đi. Encryption Chỉ định nội dung và một số tiêu đề bản tin đã được mã hóa như thế nào. Content-Length Chỉ ra kích thước của nội dung bản tin (tính bằng octet). Content-Type Chỉ ra loại media của nội dung bản tin (văn bản/html, …). Expires Nhận dạng ngày và thời gian khi bản tin hết hạn Accept Chỉ ra loại media nào được chấp nhận trong bản tin đáp ứng. Subject Cho thông tin về bản chất của cuộc gọi. Bảng 2-2. Giải thích một số tiêu đề chính của SIP. b.Bản tin yêu cầu. Các yêu cầu cũng có thể được xem như các phương pháp (method) cho phép User Agent và server mạng định vị, mời và quản lý các cuộc gọi. Bản tin yêu cầu SIP có dạng sau: Yêu cầu = Dòng yêu cầu (Request-line) Tiêu đề chung/tiêu đề yêu cầu/tiêu đề thực thể. CRLF [Nội dung bản tin] Dòng yêu cầu bắt đầu với mã phương pháp, bộ nhận dạng tài nguyên đồng nhất yêu cầu, phiên bản giao thức SIP và kết thúc với CRLF. Các thành phần được phân cách bởi kí tự SP. Dòng yêu cầu = Method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF. Có 6 loại bản tin yêu cầu SIP: INVITE, ACK, OPTIONS, BYE, CANCEL và REGISTER. INVITE - Bản tin INVITE chỉ ra người dùng hoặc dịch vụ đang được mời tham dự một phiên làm việc. Nội dung bản tin chứa sự mô tả phiên mà người bị gọi được mời. Đối với cuộc gọi hai người, người gọi chỉ ra loại media mà nó có thể nhận. Một đáp ứng thành công phải chứa trong nội dung bản tin của nó loại media nào mà người bị gọi mong muốn nhận. Với bản tin này, người dùng có thể nhận biết được khả năng của người dùng khác và mở ra một phiên hội thoại với số bản tin giới hạn. ACK - Bản tin ACK xác nhận client đã nhận được đáp ứng sau cùng đối với bản tin INVITE (ACK chỉ được sử dụng với bản tin INVITE). Nội dung bản tin ACK chứa sự mô tả phiên sau cùng được sử dụng bởi người bị gọi. Nếu nội dung bản tin ACK rỗng thì người bị gọi sử dụng sự mô tả phiên trong bản tin INVITE. OPTIONS -Bản tin này cho phép truy vấn và thu thập User Agent và các khả năng của server mạng. Tuy nhiên, bản tin này không được sử dụng để thiết lập phiên. BYE User Agent Client sử dụng bản tin BYE báo cho server biết nó muốn giải phóng cuộc gọi. Bản tin BYE được chuyển giống như là bản tin INVITE và có thể được phát đi từ người gọi hoặc người bị gọi. Khi một đối tác nhận bản tin BYE thì nó phải ngừng việc truyền các luồng dữ liệu về hướng đối tác phát đi bản tin BYE. CANCEL Bản tin CANCEL cho phép User Agent và server mạng hủy bỏ bất cứ yêu cầu nào đang trong quá trình xử lý, nó không ảnh hưởng đến yêu cầu đã hoàn thành mà các đáp ứng sau cùng đã được nhận. REGISTER Bản tin này được sử dụng bởi client để đăng kí thông tin vị trí của nó với server SIP. c. Đáp ứng bản tin: Các bản tin đáp ứng có dạng như sau: Đáp ứng = Dòng trạng thái Tiêu đề chung/tiêu đề đáp ứng/tiêu đề thực thể CRLF [nội dung bản tin] Dòng trạng thái bao gồm phiên bản của giao thức, mã trạng thái (số), lý do và CRLF. Các thành phần được cách nhau bằng hai kí tự SP. Dòng trạng thái = SIP-version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF Mã trạng thái có 3 chữ số chỉ ra kết quả của việc đáp ứng yêu cầu. Lý do (Reason-Phrase) là sự mô tả ngắn gọn về mã trạng thái. Chữ số đầu tiên của mã trạng thái định nghĩa lớp đáp ứng. SIP phiên bản 2.0 định nghĩa 6 giá trị cho lớp đáp ứng. - 1xx: thông tin – các yêu cầu được nhận, xử lý các yêu cầu. - 2xx: thành công – hoạt động được nhận thành công và được chấp nhận. - 3xx: đổi hướng (redirection) – cần thêm một số hoạt động để hoàn thành yêu cầu. - 4xx: lỗi client – yêu cầu bị sai lỗi cú pháp hoặc không thỏa mãn ở server. - 5xx: lỗi server – server không thỏa mãn một yêu cầu đúng. - 6xx: lỗi toàn cầu – yêu cầu không thể thỏa mãn ở bất kì server nào. Một số mã trạng thái được định nghĩa trong SIP phiên bản 2.0 được trình bày trong bảng 2.3 Lớp đáp ứng Mã trạng thái Giải thích Thông tin 100 Đang cố gắng 180 Rung chuông 181 Cuộc gọi được chuyển 182 Được xếp hàng đợi Thành công 200 OK Đổi hướng 300 Nhiều chọn lựa 301 Được di chuyển thường xuyên 302 Được di chuyển tạm thời 380 Dịch vụ thay đổi Lỗi client 400 Yêu cầu lỗi 401 Không nhận thực được 402 Yêu cầu trả tiền (payment required) 403 Cấm 404 Không tìm thấy 405 Bản tin không cho phép 406 Không chấp nhận 407 Yêu cầu nhận thực proxy 408 Yêu cầu timeout 409 Xung đột 410 Tiếp tục (gone) 411 Yêu cầu chiều dài 413 Thực thể yêu cầu quá lớn 414 URL yêu cầu quá lớn 415 Không hỗ trợ loại media 420 Mở rộng sai 480 Không sẵn có 481 Cuộc gọi hoặc sự trao đổi không tồn tại 482 Vòng lặp được phát hiện 483 Quá nhiều hop 484 Địa chỉ không hoàn thành 485 Mơ hồ 486 Đang bận Lỗi server 500 Lỗi server bên trong 501 Không thực thi 502 Gateway lỗi 503 Dịch vụ không có sẵn 504 Gateway timeout 505 Phiên bản SIP không hỗ trợ Lỗi toàn cầu 600 Bận ở mọi nơi 603 Từ chối 604 Không tồn tại ở mọi nơi 606 Không chấp nhận Bảng 2-3. Các đáp ứng của SIP 2.2.5.Hoạt động chính của SIP. a.Hoạt động của Proxy server. Hoạt động của Proxy server được trình bày như hình 2.11. Client SIP userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho userB@hotmail.com để mời tham gia cuộc gọi. Từng bước được mô tả như sau: - Bước 1: UserA (userA@yahoo.com) 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 userB@work). - Bước 4: Proxy server gửi bản tin INVITE tới userB@work. Proxy Server thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE. : Hình 2-10: Hoạt động của Proxy server. - Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK. - Bước 6: Proxy Server gửi đáp ứng 200 OK trở về userA@yahoo.com. - Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua Proxy server. - Bước 8: Proxy Server chuyển bản tin ACK cho userB@work. - Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh RTP/RTCP được mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại. -Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóa bằng cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối. b.Hoạt động của Redirect server: Hoạt động của Redirect server được trình bày như hình 2.12. Các bước cụ thể được trình bày như sau: - Bước 1: Redirect server nhận được yêu cầu INVITE từ người gọi (yêu cầu này có thể đi từ một Proxy server khác). - Bước 2: Redirect server truy vấn server định vị địa chỉ của B. - Bước 3: Server định vị trả lại địa chỉ của B cho Redirect server. - Bước 4: Redirect server trả lại địa chỉ của B đến người gọi A. nó không phát yêu cầu INVITE như Proxy server. - Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Redirect server để xác nhận sự trao đổi thành công. - Bước 6: người gọi A gửi yêu cầu INVITE trực tiếp đến địa chỉ được trả lại bởi Redirect server (đến B). Người bị gọi B đáp ứng với chỉ thị thành công (200 OK), và người gọi đáp trả bản tin ACK xác nhận. Cuộc gọi được thiết lập. Hình 2-11: Hoạt động của Redirect server. 2.2.6. Liên mạng giữa SIP và SS7. a. Cuộc gọi cơ bản: Hình 2.12 trình bày một cuộc gọi cơ bản xuất phát từ thực thể SIP và được gửi đến người bị gọi bên phía mạng PSTN truyền thống. - Bước 1: khi người dùng SIP muốn bắt đầu một phiên hội thoại với người dùng PSTN, SIP sẽ phát bản tin yêu cầu INVITE. Bản tin này tương tự như bản tin SETUP ISDN. Gateway bắt đầu xử lý các tài nguyên dành riêng cho cuộc gọi. Các tài nguyên này bao gồm cổng RTP/UDP bên phía IP và các khe E1/T1 bên phía PSTN. - Bước 2: bản tin INVITE được xác nhận bởi Gateway với bản tin SIP chứa mã trạng thái 100. Bản tin này cũng đã xác nhận là Gateway đã đồng ý điều khiển cuộc gọi. - Bước 3: bản tin INVITE được ánh xạ thành bản tin IAM ISUP và được gửi đến PSTN. Và kết nối audio được thực hiện. - Bước 4: PSTN đáp ứng với bản tin ACM ISUP để thông báo rằng bản tin IAM đã được nhận thành công. - Bước 5: bản tin ACM chứa một trường được gọi là mã trạng thái người bị gọi và được ánh xạ đến đáp ứng SIP tạm thời. Đáp ứng tạm thời là 180 cho thuê bao rỗi và 183 cho không chỉ định. Đáp ứng tạm thời này được Gateway gửi đến SIP. Và Gateway thực hiện kết nối audio. - Bước 6: xác nhận đáp ứng tạm thời ACK (PRACK, Provisional Response ACK) được gửi trả lại Gateway từ SIP. - Bước 7: mã 200 được gửi trả lại SIP. Đây là một ACK. - Bước 8: bản tin xử lý cuộc gọi (CPG, Call Proceeding Message) được gửi trở về từ PSTN với các mã chỉ ra trạng thái của cuộc gọi. - Bước 9: thông tin trong bản tin CPG được đặt trong thân của đáp ứng SIP 18x và được Gateway gửi đến SIP. Mã sự kiện ISUP được ánh xạ thành mã trạng thái SIP như sau: Mã sự kiện ISUP Mã trạng thái SIP 1: thông báo 180: rung chuông 2: tiến hành 183: tiến hành cuộc gọi 3: thông tin inband 183: tiến hành cuộc gọi 4: chuyển cuộc gọi, đường dây bận 181: cuộc gọi đang được chuyển 5: chuyển cuộc gọi, không trả lời 181: cuộc gọi đang được chuyển 6: chuyển cuộc gọi, vô điều kiện 181: cuộc gọi đang được chuyển - Bước 10 và 11: đáp ứng tạm thời được trả về và được xác nhận. - Bước 12: người bị gọi trả lời cuộc gọi, PSTN gửi đến Gateway bản tin ANM. Gateway thực hiện kết nối audio hai chiều. - Bước 13 và 14: cuộc gọi hoàn thành bên phía IP của kết nối. Hình 2-12: Thiết lập cuộc gọi cơ bản giữa SIP và PSTN b. Cuộc gọi thất bại bên ISUP: Hình 2 -13 trình bày tiến trình mà cuộc gọi không thể hoàn thành bên phía mạng PSTN. Hình 2-13: Cuộc gọi không thành công - Bước 1: SIP khởi tạo cuộc gọi với bản tin INVITE. - Bước 2: Gateway công nhận bản tin INVITE. - Bước 3: Gateway ánh xạ bản tin INVITE thành bản tin IAM và được gửi đến mạng báo hiệu số 7. - Bước 4: tuy nhiên, cuộc gọi không thể hoàn thành vì một lý do nào đó như người bị gọi không trả lời, nghẽn mạch, …. Vì vậy, PSTN gửi bản tin giải phóng cuộc gọi REL trở về Gateway. - Bước 5: Gateway trả lời với bản tin RLC và giải phóng mạch. - Bước 6: lý do cuộc gọi thất bại được mã hóa trong trường mã nguyên nhân trong bản tin REL. thông tin này được ánh xạ thành bản tin lỗi SIP với mã 4xx và được gửi về bên phía người dùng SIP. Việc ánh xạ mã nguyên nhân từ báo hiệu số 7 sang mã trạng thái SIP được định nghĩa trong các tiêu chuẩn SIP. Một số mã thường dùng như sau: Mã nguyên nhân ISUP Mã trạng thái SIP 17: người dùng bận 486: bận 18: người dùng không đáp ứng 480: không sẵn có 28: địa chỉ không hoàn thành 484: địa chỉ không hoàn thành 34: mạch không có sẵn 503: dịch vụ không có sẵn 63: dịch vụ/tùy chọn không có sẵn 503: dịch vụ không có sẵn - Bước 7: SIP công nhận bản tin mã trạng thái với bản tin ACK. c. Định hướng SIP. Hình 2-14 trình bày một cuộc gọi được định hướng bởi trạm SIP. Tiến trình như sau: - Bước 1: cuộc gọi được khởi đầu từ mạng PSTN, bản tin IAM được gửi đến Gateway. Gateway thực hiện kết nối audio đến PSTN. - Bước 2: dựa vào thông tin mà nó nhận được trong bước 1, Gateway gửi bản tin INVITE đến SIP 1. - Bước 3: SIP 1 trả lại bản tin 3xx thông báo rằng người bị gọi ở một vị trí khác. Thông tin này được mã hóa trong trường Contact của bản tin SIP. - Bước 4: Gateway gửi lại PSTN bản tin xử lý cuộc gọi CPG thông báo rằng cuộc gọi đã được chuyển. - Bước 5: Gateway công nhận bản tin 3xx. - Bước 6: dựa vào thông tin nhận được trong bước 3, Gateway gửi bản tin INVITE đến SIP 2. - Bước 7: khi SIP 2 nhận được thông tin địa chỉ đầy đủ, nó trả lại đáp ứng tạm thời là 18x. Gateway thực hiện kết nối audio đến SIP. - Bước 8: dựa vào mã trạng thái 18x, Gateway gửi bản tin ACM đến PSTN. - Bước 9: bản tin PRACK được gửi từ Gateway để xác nhận việc nhận đáp ứng tạm thời. - Bước 10: SIP 2 đáp trả bản tin thành công với mã trạng thái 200. - Bước 11: SIP 2 trả lời cuộc gọi. - Bước 12: SIP 2 gửi bản tin 200 đến Gateway để thông báo rằng cuộc gọi đã được trả lời và audio hai chiều được vượt ngưỡng (cut through) bởi Gateway. - Bước 13: Gateway gửi bản tin ANM đến PSTN và tạo kết nối audio hai chiều. - Bước 14: Gateway xác nhận bản tin đã được SIP 2 gửi đi trong bước 12. Hình 2-14: Định hướng cuộc gọi. d. Kết thúc cuộc gọi: Hình 2-15 trình bày các hoạt động khi mà người gọi hoặc người bị gọi gác máy. Trong hình này, bên phía PSTN gác máy trước, nên PSTN khởi tạo hoạt động ngắt kết nối. Bản tin REL được gửi từ PSTN đến Gateway để ngắt kết nối. Gateway đáp trả bản tin công nhận ngắt kết nối RLC, đồng thời tạo ra bản tin BYE gửi đến SIP để thông báo ngắt kết nối. SIP xác nhận với bản tin 200. Gateway giải phóng tài nguyên bên phía PSTN (kênh DS0) và tài nguyên bên phía SIP (địa chỉ IP, số hiệu cổng). Hình 2-15: Kết thúc cuộc gọi. 2.2.7 Mô hình liên mạng giữa SIP và H.323. a. Sử dụng kết nối TDM (E1/T1). Hình 2-16: Kết hợp SIP và H.323 sử dụng TDM. b. Sử dụng Proxy đa giao thức: Hình 2-17: Kết hợp SIP và H.323 sử dụng Proxy đa giao thức. c. Sử dụng riêng biệt: Hình 2-18: Kết hợp SIP và H.323 không dùng kết nối. 2.3. Kết luận chương II. Có rất nhiều loại giao thức dùng thực hiện dịch vụ VoIP, những giao thức báo hiệu (signaling) VoIP phổ biến là SIP và H323. Cả SIP và H323 đều cho phép người dùng thực hiện cùng công việc: để thiết lập giao tiếp cho những ứng dụng đa phuơng tiện (multimedia) như audio, video, những giao tiếp dữ liệu khác. Nhưng H323 chủ yếu được thiết kế cho những dịch vụ đa phuơng tiên, trong khi SIP thì phù hợp cho những dịchvụVoIP. CHƯƠNG III: THIẾT BỊ GATEWAY 3.1. Tổng quan về Gateway. Đầu năm 1995, công ty VocalTec đưa ra sản phẩm phần mềm thoại qua Internet (kết nối điểm-điểm) đầu tiên trên thế giới. Sau đó, nhiều công ty đã đầu tư nghiên cứu và đưa ra các sản phẩm thương mại. Tháng 3/1996, VocalTec kết hợp với Dialogic đã đưa ra sản phẩm cổng kết nối PSTN và Internet đầu tiên trên thế giới. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua máy tính ECTF đã ra đời nhằm đưa ra các tiêu chuẩn thoại qua Internet. Hiệp hội bao gồm 36 các công ty máy tính & viễn thông hàng đầu trên thế giới như AT&T, IBM, Sun Microsystems, Digital, Ericsson v.v... Hỗ trợ giao tiếp thoại sử dụng giao thức Internet (IP), hay VoIP, trở nên rất hấp dẫn vì nó cung cấp một giá cước thấp, đồng hạng. Thực tế, giá cước cuộc gọi trên IP đang trở thành một trong những yếu tố bản lề dẫn tới sự hợp nhất của công nghệ truyền thông thoại, video và dữ liệu. Sự khả thi trong việc truyền thoại và các tín hiệu cuộc gọi trên mạng Internet đã được chứng thực nhưng việc mang lại các sản phẩm chất lượng cao, thiết lập các dịch vụ công cộng, cũng như thuyết phục người sử dụng dùng chúng thì mới chỉ bắt đầu. 3.1.1.Một số hãng sản xuất VoIP Gateway trên thế giới. a. Cisco Theo thống kê, Cisco là hãng chiếm thị hần rất lớn trong lĩnh vực sản xuất thiết bị VoIP. Theo quan niệm của Cisco các dòng sản phẩm gateways là lớp dưới của cấu trúc hạ tầng mạng AVVID (Architecture for Voice,Video, and Data). Bảng 3-1 và Bảng 3-2 mô tả các dòng sản phẩm thiết bị cổng thoại của Cisco a) b) Bảng 3-1: Một số sản phẩm của Cisco. b. Norstar VoIP Gateway- Hãng sản xuất Nortel. Norstar VoIP Gateway là thiết bị bên ngoài được nối với hệ thống Norstar có thể nâng lên 4 tuyến thoại bằng analog, cung cấp một kết nối Ethernet 10/100 BaseT với mạng LAN. Đặc tính kỹ thuật * Đặc tính mạng IP -H.323 v2 -10/100 base-T auto-sensing Ethernet -IP QoS sử dụng Diffserv -Gatekeeper * Đặc tính mạng điện thoại -Mã hoá G.711, G.723.1, G.729a&b -Voice Activity Detection với Comfort Noise -Type I Caller ID cho tên và các số -Group III fax nâng lên đến 14.4 kbps với đường truyền T.38 -Triệt tiêu âm vọng G.168 c. Omni Access 512- Hãng sản xuất ALCATEL. - Giới thiệu: Modun Omni Access 512 chuyển mạch thoại Alcatel cung cấp các cổng H.323 VoIP cho mạng IP, làm chức năng chuyển các cuộc điện thoại hoặc fax giữa mạng PSTN và mạng gói IP. d. Đặc tính kỹ thuật. * Giao thức H.323v2 tương thích với các thiết bị dung Version 1 * Mã hoá G.711, G.723.1, G.729a * Giao diện Telco T1/E1, Analog FXO và FXS, ISDN BRI * Triệt tiêu âm vọng G.165, G.168 * Tín hiệu giao thức thoại ISDN: Q.931 Q.SIG: ECMA 142 * Cổng đầu vào - Cổng thoại VSD RJ-45. - Cổng thoại VSD RJ-45. - Cổng thoại VSD RJ-11. 3.2. Các kiểu thiết bị gateway. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại Voice Gateway của nhiều hãng khác nhau, nhìn chung các sản phẩm Gateway thường được xây dựng theo 4 cấu hình cơ bản sau: 3.2.1. Gateway xây dựng trên PC Server và card âm thanh. Đây là Gateway có cấu hình đơn giản nhất với ưu điểm giá thành rẻ, tuy nhiên nó có các hạn chế sau: - Các card âm thanh này không được thiết kế để hoạt động với các ứng dụng thời gian thực. Phần mềm điện thoại IP phải xử lý luồng tín hiệu âm thanh không liên tục. Các nguyên nhân này gây ra độ trễ khi hội thoại. - Card âm thanh không có chức năng nén và giải nén luồng tín hiệu âm thanh, vì vậy PC sẽ phải thực hiện toàn bộ nhiệm vụ này tại CPU, tạo ra độ trễ trong quá trình xử lý tín hiệu và giảm khả năng xử lý của CPU. Mô hình này chỉ thích hợp cho tổ chức nhỏ hoặc cá nhân ứng dụng trong việc nghiên cứu học tập. Trở ngại của mô hình Gateway này là phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị vì mỗi nhà sản xuất có một chuẩn riêng. 3.2.2. Gateway xây dựng trên PC Server sử dụng card xử lý tín hiệu số. Gateway được xây dựng dựa trên card xử lý tín hiệu số (DSP - digital signal processor) chuyên dụng trên nền PC. Card DSP chuyên dụng sẽ thay thế CPU thực hiện các chức năng như lấy mẫu, nén và truyền tiếng nói, còn CPU thực hiện chức năng xử lý thời gian thực và điều khiển cuộc gọi. Giải pháp này tạo ra chất lượng thoại tốt hơn, giảm độ trễ và cho phép PC có thể phục nhiều cuộc thoại. Các card DSP chuyên dụng như Dialogic, DM3 IP Link, NMS... có thể hỗ trợ nhiều port giao tiếp thoại trên một card thích hợp cho các ứng dụng voice mail, hệ thống tiếp nhận cuộc gọi, trả lời thoại tự động trong tổ chức với qui mô trung bình. 3.2.3. Gateway gắn với một phần tử của mạng nội bộ. Đây là loại Gateway được thiết kế để phục vụ cho các mạng nội bộ. Hãng Cisco là nhà sản xuất hàng đầu đã bổ sung thêm chức năng của Gateway H.323 vào các Router đầu cuối tốc độ cao của hãng. Giải pháp này cho phép thực hiện cả hai chức năng mạng máy tính và dịch vụ thoại IP trong cùng một thiết bị.Một số nhà sản xuất khác như Shoreline Teleworks và Touchwave Communications đã đưa ra các Gateway gắn liền với các Ethernet Hub. Mỗi thiết bị kết nối với đường dây điện thoại bằng dây chuẩn RJ14 và kết nối với mạng Ethernet bằng dây chuẩn RJ15. Về thực chất mỗi Hub đóng vai trò như một tổng đài PBX. Có thể thấy mô hình này thường sử dụng trong các văn phòng đại diện của công ty nước ngoài để liên lạc giữa các chi nhánh trong mạng nội bộ. 3.2.4. Gateway độc lập cho mạng điện thoại Internet. Đây là loại Gateway phục vụ cho mạng công cộng, nó nối trực tiếp với tổng đài điện thoại và cơ sở hạ tầng của mạng Internet, chẳng hạn như mạng ADSL. Hệ thống ADSL ra đời đã phát triển dịch vụ gọi điện thoại qua đường ADSL (được gọi là dịch vụ VoDSL), tức là tín hiệu thoại sẽ được đóng gói và truyền trên mạng ADSL. Giải pháp này mang lại hiệu quả kinh tế rất cao vì chi phí phải trả theo đơn vị dữ liệu truyền trên mạng, mà ta biết rằng dung lượng của tín hiệu thoại rất nhỏ. Một mặt tiết kiệm chi phí, mặt khác chất lượng thoại có thể tương đương với chất lượng thoại truyền thống nhờ tốc độ truyền cao của đường ADSL và các chuẩn công nghệ nén thoại ngày càng cải tiến.  3.3. Vị trí của VoIP Gateway trong cấu hình mạng. Thiết bị cổng thoại IP là thiết bị định tuyến các tín hiệu thoại được đóng gói giữa các đầu cuối và cung cấp các chức năng liên quan tới thoại khác mà thiết bị cổng số liệu không có. Chức năng của nó tương tự như PBX. Thiết bị này có thể có các giao diện cho các thiết bị thoại tương tự và số (TDM và IP), và truy nhập tới các mạng thoại chuyển mạch kênh riêng, công cộng và WAN. 3.3.1. Trong mạng công ty. Trong mạng quy mô cỡ công ty, thiết bị cổng thoại kết nối giữa PBX và thiết bị định tuyến, có chức năng chủ yếu dùng cho để thoại và fax trên giao thức IP nhằm giảm chi phí các cuộc gọi đường dài. Vị trí của thiết bị cổng thoại như mô tả trong hình 3-2. Hình 3-1: Vị trí VoIP Gateway trong mạng công ty . Trong mạng cấu hình như vậy, các giao thức báo hiệu thiết bị cổng thoại là H.323 với gatekeeper và các đầu cuối H.323, báo hiệu đường dây hoặc CAS với PBX. 3.3.2. Trong PSTN. Trong mạng công cộng như mô tả trong hình dưới đây thiết bị cổng thoại thường được gọi là MediaGateway. Dung lượng, cấu trúc và các giao thức của MediaGateway trong các mạng công cộng lớn và phức tạp hơn nhiều so với thiết bị cổng thoại trong mạng công ty. Có thể thấy, ngoài các giao thức báo hiệu với mạng PSTN như SS7 và ISDN các MediaGateway còn có thêm các giao thức báo hiệu VoP không chỉ H.323 mà còn cos MGCP, Megaco (H.248) hay SIP. Hiện nay, có thể nói thị trường viễn thông đang phát triển với tốc độ chóng mặt vì sự gia tăng nhu cầu của khách hàng về chất lượng và số lượng các dịch vụ. Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh và phát triển hướng tới mạng viễn thông toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịch vụ trên phạm vi toàn thế giới. Vì thế đã dẫn đến sự hội tụ giữa thoại và số liệu, chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói để hình thành nên một mạng duy nhất là mạng thế hệ sau NGN. Hình 3-2: Vị trí VoIP gateway trong mạng công cộng . 3.3.3. Trong NGN. Mạng NGN có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, mạng lõi là mạng IP. Vì vậy trong cấu trúc của mạng NGN, Media Gateway đóng một vai trò khá quan trọng. Vị trí của nó trong cấu trúc mạng NGN được thể hiệntrên không Hình 3-3:Vị trí của Media Gateway trong mạng NGN. Như vậy Media Gateway thực chất là một cổng kết nối giữa mạng thoại chuyển mạch kênh (PSTN, ISDN, mạng di động) với mạng chyển mạch gói (IP, ATM). Nhiệm vụ của nó là chuyển đổi các tín hiệu thoại TDM thành các gói để truyền trong mạng IP hay ATM và ngược lại. Do đó nó có một số chức năng như hỗ trợ nhiều dạng mã hoá khác nhau, triệt tiếng vọng, nén thời gian im lặng. 3.4. Cấu trúc phần cứng và phần mềm. 3.4.1. Cấu trúc phần cứng. Hình 3-5 minh họa thiết kế cấu trúc phần cứng thiết bị cổng thoại bao gồm các module sau: Modul diều khiển và giám sát cảnh báo (M&C); Các modul xử lý cuộc gọi; Các modul giao tiếp mạng chuyển mạch công cộng (PSTN); Các modul giao diện mạng gói; Các modul VoP/universal port (UP); Giao diện nền. Bất kể một Gateway cụ thể thuộc về loại nào, phần cứng và phầm mềm của nó phải chia sẻ các đặc tính chung với các Gateway khác, bởi vì nếu bỏ qua kích thước mạng, các chức năng của chúng là giống nhau trong các mạng mà nó phục vụ. Một số bộ phận tạo nên Gateway VoIP được liệt kê dưới đây tự. Hình 3-4: Cấu trúc thiết kế phần cứng thiết bị cổng thoại dung lượng lớn. a. Bộ xử lý tín hiệu số Bộ xử lý tín hiệu số là trái tim của Gateway, là phần cứng thực hiện việc mã hóa và giải mã tín hiệu thoại, và thường là cả chức năng khác, đó là các chức năng chính của nó. Xử lý tín hiệu số, như là một thủ tục thực hiện bên trong phần cứng, đã có từ những năm 1960, nhưng sự đột phá trong thiết kế và sản xuất vi điện tử trong vòng 10 năm lại đây đã cho phép áp dụng thành công những kỹ thuật này vào VoIP. Những cố gắng đầu tiên tính toán cho các thuật toán DSP được thực hiện trên các bảng mạch nhiều chip hoặc thậm chí toàn bộ máy tính dành cho các chức năng mã hóa, điều này làm cho chúng có kích thước lớn và rất đắt để chế tạo. Cuối những năm 1970, sự tiến bộ trong lĩnh vực sản xuất chip VLSI đã cho phép tất cả các chức năng của DSP như đánh địa chỉ, điều khiển, số học, vào-ra, và lưu trữ được tích hợp trên một chip. Những cố gắng đầu tiên trên các chip đơn DSP được thực hiện bởi các hãng AMI, Intel, NEC, Bell Labs vào đầu những năm 1980. DSP là trung tâm hoạt động của nhiều thiết bị viễn thông ngày nay và điện tử dân dụng như chuyển mạch trung tâm, điện thoại tế bào, máy nghe nhạc CD và các ứng dụng khác. Chip DSP đa năng và các ứng dụng cụ thể trong phạm vi sản phẩm của họ. Trong khi nhiều Gateway được xây dựng trên những chip đa năng thực hiện chức năng mã hóa cho tín hiệu thoại như G.723.1 và G.729a, cũng như mã hóa riêng của các nhà sản xuất. Phụ thuộc vào kiểu kiến trúc được sử dụng trong Gateway riêng biệt, dung lượng (số các cuộc gọi đồng thời) có thể được tăng lên bằng cách tăng thêm các card DSP. Sự phát triển của thiết kế DSP cho thấy không phải số các DSP là tương đương với số cuộc gọi đồng thời, khi mà nhiều DSP mới có thể xử lý nhiều cuộc gọi trên một chip. b. Các cổng vật lý Những kết nối dành cho máy điện thoại của mạng, thường là PBX, nhìn chung được thực hiện thông qua các kênh T-1 hoặc E-1 cho phép kết nối 24 hoặc 30 đường thoại số PCM 64kbit/s. Các Gateway với hổ trợ ISDN sẽ thực hiện kết nối thoại với tốc độ cơ bản (BRIs) hoặc tốc độ cơ sở (PRIs). Một số Gateway có sẵn giao diện tương tự, nó cho phép kết nối tới các hệ thống chính và càc PBX nhỏ hơn. Việc kết nối T-1 và E-1 được thực hiện bằng các bộ kết nối đồng trục BNC - 75W hoặc RJ-48C 120W trên các bảng mạch, giao diện ISDN thường dùng RJ-48C. Về phía IP, các kết nối mạng thường sử dụng giao diện 10 – 100Mbit/s Ethernet, cho phép dễ dàng hoạt động tương tác với bất kỳ thiết bị kết nối mạng như thiết bị truy nhập frame relay hoặc bộ định tuyến. Một số dạng Gateway, đặc biệt các kiểu dựa trên bộ định tuyến, có khả năng định tuyến IP trực tiếp tới cổng nối tiếp đồng bộ theo giao diện V.35 hoặc RS-232. c. Giao diện và các khe phần cứng. Việc mở rộng phần cứng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi kiến trúc phần cứng của thiết bị lắp đặt Gateway. Các Gateway trên cơ sở PC bị hạn chế bởi số khe cắm PCI, ISA, EISA có sẵn trong các máy tính chủ, mặc dù những hạn chế này được nhận ra khi thiết kế Gateway và chúng có thể xảy ra trước cả những hạn chế chủ yếu của bản thân phần cứng. Cấu hình phần cứng linh động nhất được đưa ra bởi các Gateway loại Server truy nhập, nó có các khung máy được xây dựng để chấp nhận (trong các thiết kế lớn) nhiều card hơn cấu hình PC, mổi thứ trong đó có thể cung cấp kết nối mật độ cao bởi vì kích thước lớn của nó. Ví dụ, các Gateway PC thường chỉ cung cấp 1 đường T-1 hoặc E-1 trên một khe cắm, trong khi đó kiểu Server truy nhập có thể cung cấp tới 8 kết nối trên một khe cắm. d. Các cách thiết lập cấu hình Tất cả các Gateway, từ loại dùng cho văn phòng nhỏ dựa trên PC đơn giản nhất cho tới loại cấp 5, đều yêu cầu một cấu hình cụ thể. Có các tham số cố định, như địa chỉ IP của giao diện internet và trạng thái bật/tắt của mổi một Gateway riêng, mà tất cả các Gateway phải được cấu hình để hoạt động được trong phạm vi mạng được lắp đặt. Vì một số đặc tính được thêm vào cho các nền, do đó các lựa chọn cũng tăng lên, chúng được lựa chọn cho cấu hình của Gateway có kích thước trung bình có thể bao gồm: - Tham số giao tiếp IP : địa chỉ IP, mặt nạ mạng con (subnet mask), bộ định tuyến ngầm định. - Thuật toán mã hóa : theo tiêu chuẩn hoặc theo hãng độc quyền. - Các thủ tục ghi dữ liệu cuộc gọi : dữ liệu chứa đựng và định dạng CDR. - Phương tiện chuẩn đoán: ghi lại lổi và các công cụ xác định lổi khác. - Hỗ trợ quay số : quay số cấp 1 hoặc cấp 2. - Cách đánh địa chỉ : các bảng địa chỉ và bảng định tuyến, bản địa chỉ PSTN/Gateway. - Bảo mật cuộc gọi: các số và mã vùng cho phép hoặc không cho phép. - Xử lý lỗi : cơ cấu dự phòng, như định tuyến PSTN. Các Gateway phụ thuộc vào hệ điều hành thiết bị mạng, như các Gateway định tuyến hoặc các Gateway dựa trên Server truy nhập, thường tích hợp các lệnh cần thiết để đặt cấu hình cho tất cả các lựa chọn này vào một ngôn ngữ thiết lập cấu hình hệ điều hành, do vậy đảm bảo hoạt động liên tục trong phạm vi sản phẩm của chúng. Khi việc quản lý từ xa của hệ thống là một yêu cầu cơ bản của các thiết bị này việc quản lý từ xa các Gateway ở xa cũng đơn giản, như đưa ra một telnet hoặc một phiên www tại một cổng trên Gateway và nó hoạt động như là các Gateway được đặt gần. Các Gateway riêng biệt, đặt biệt là các Gateway được xây dựng trên nền PC, phải được thiết kế và sử dụng phần mềm quản lý riêng của nó. Việc sử dụng phần mềm này khó hay dễ là rất quan trọng đối với hệ thống, bởi vì chúng rất khó để thiết lập cấu hình, đó là chưa kể bộ thuộc tính mà không thể triển khai theo cách hữu hiệu nhất. Các Gateway dựa trên PC được thiết lập cấu hình theo chương trình điều khiển đồ họa, nó hoạt động như một ứng dụng trên hệ điều hành của PC, chương trình cho phép quản lý từ xa phải được xây dựng theo tiêu chuẩn hoặc có tính chất hổ trợ truy nhật từ xa. Một số nhà cung cấp, muốn tránh sự phức tạp này, yêu cầu các Gateway dùng chương trình điều khiển từ xa như Symantec’s PC Anywhere để truy nhập Gateway từ xa. e. Hệ thống ghi bản tin Hầu hết các Gateway tích hợp vài kiểu hệ thống ghi bản tin báo cáo về cuộc gọi, mặc dù các thông tin thu được từ mỗi cuộc gọi thay đổi nhiều. Các Gateway cung cấp dịch vụ loại lớn có nhiều sự lựa chọn nhất, bao gồm thời gian bắt đầu và kết thúc mổi cuộc gọi, xác định cổng ra và vào, địa chỉ IP dùng trong cuộc gọi. Các Gateway dành cho doanh nghiệp nhỏ thường đưa ra ít thông tin về cuộc gọi, nó ghi lại thời gian cuộc gọi và thông tin về cổng. ITSP có lẽ đang tìm thêm các đặc tính cho các Gateway này và xem chức năng ghi lại bản tin này rất quan trọng như chính khả năng của Gateway bởi vì chúng cần thiết cho tính cước. Thêm vào đó, lưu lượng thiết kế và điều khiển cuộc gọi là cần thiết cho hoạt động hằng ngày của nhà cung cấp dịch vụ để thu được lợi ích từ các thông tin mà chúng cung cấp. g. Hệ điều hành. Các Gateway hoạt động trên PC hoặc trên máy đa năng khác – hoặc chỉ hoàn toàn phần mềm hoặc với sự giúp đở của phần cứng đặc biệt cho việc số hóa và nén – thường hoạt động như một ứng dụng của hệ điều hành chuẩn. Đó là công việc của hệ điều hành để quản lý tài nguyên của máy tính, điều khiển phần mềm và phần cứng truy nhập tới bộ vi xử lý hoặc các bộ phận khác của hệ thống. Do đó trên thực tế OS trở thành một phần của bản thân Gateway. Phần lớn các Gateway trên cơ sở PC hoạt động trên một trong các hệ điều hành Microsoft – chuẩn cho phần lớn PC Intel. Nhiều hệ thống nhỏ sử dụng hệ điều hành Windows 95và 98. Những hệ điều hành này rất rẻ nhưng kém linh động và ổn định hơn các hệ điều hành khác. Hệ điều hành phổ biến nhất cho thị trường Gateway cơ sở PC là hệ điều hành Windows NT. Windows NT không chịu áp lực từ những vấn đề về tính tương thích, điều này rất phức tạp với Windows 95 và 98, và do đó nó tận dụng được thuận lợi của thiết bị, cho phép hoạt động ổn định hơn và nhanh hơn ngang hàng với những gì mà phòng IS mong muốn hệ thống đáp ứng cho dữ liệu và dịch vụ của họ. 3.4.2. Cấu trúc phần mềm. Phần mềm là một thành phần quan trọng của các hệ thống thiết bị cổng thoại dung lượng lớn. minh họa cấu trúc phần mềm thiết bị cổng thoại dung lượng lớn. Có nhiều chức năng mà thiết bị cổng thoại dung lượng cao phải thực hiện được là: Triệt tiếng vọng. Nén tín hiệu thoại. Phần mềm xử lý gói. Quá trình xử lý tone. Hỗ trợ fax và modem. Quá trình tạo gói. Hỗ trợ báo hiệu. Quản lý mạng. Hình 3-5: Cấu trúc phần mềm thiết bị cổng thoại dung lượng lớn. a. Triệt tiếng vọng. Vấn đề chống tiếng vọng là 1 yếu tố cần thiết để thiết lập VoIp trong những hệ thống truyền thông toàn cầu để VoIp tiến tới thay thế cho hệ thống PSTN, nó phải đảm bảo vấn đề loại bỏ tiếng vọng, đáp ứng yêu cầu của các mạng gói. Tiếng vọng xảy ra khi kết nối chuyển đổi từ 4 dây thành 2 dây. Tiếng vọng được sinh ra chuyển tới mạng chuyển mạch gói từ mạng điện thoại. - Các yêu cầu kỹ thuật trong PSTN đòi hỏi phải loại bỏ tiếng vọng với thời gian trễ không quá 50ms. Tuy nhiên, do khu vực mạng IP của giải pháp VoIP hầu hết có thời gian trễ trên 50ms đường loại bỏ tiếng vọng là cần thiết khi các giao diện của các giải pháp VoIP truy nhập tới mạng PSTN Vì hầu hết các cuộc gọi điện thoại được thiết lập thông qua Residential VoIp Gateway will, tại 1 vài điểm, ngừng kết nối với thiết bị PSTN, đường loại bỏ tiếng vọng được yêu cầu. Đối với các Residential Gateways, độ dài đặc trưng của 8-16ms tiếng vọng kéo dài. Đây là tiêu chuẩn chất lượng tối thiểu, để đảm bảo chức năng cho các bộ huỷ tiếng vọng cần tuân thủ các tiêu chuẩn ITU G165, G168. Tiếng vọng (ECHO) trên một cuộc đàm thoại có thể gây cảm giác khó chịu cho người nghe, nguyên nhân là do trễ,nó là sự phản xạ của tín hiệu qua mạng và với trễ đủ lớn để người nghe có thể cảm nhận được. Trễ lên tới 32ms có thể gây cảm giác khó chịu cho người nghe. Giả sử A nói chuyện với B, đoạn thoại của A đến B gọi là G. Khi G rơi vào mối trường là nguyên nhân gây tiếng vọng (sự lệch trở kháng 4 dây và 2 dây) G sẽ vọng lại về A, A nghe tiếng (G) của chính mình sau khi nói vài ms. Để loại bỏ Echo từ đàm thoại, máy của A phải giảm ảnh ngược của đoạn thoại G với 1 lượng thời gian chính xác. Bộ huỷ tiếng vọng Echo canceller nghe âm thanh phát ra từ phía B, nếu thấy ảnh ngược của G (-G) thì sẽ phát hiện và loại bỏ. - Bộ huỷ tiếng vọng giới hạn 1 thời gian để đợi nhận tiếng vọng gọi là Echo tail. b. Nén tín hiệu thoại. Mã hoá thoại là rất cần thiết cho việc chuyển đổi dữ liệu từ analog sang các gói thoại. Vấn đề này bao gồm: nén luồng tín hiệu 64kb/s theo chuẩn mã hoá dòng G711-PCM (được sử dụng trên hầu hết các đường trung kế trong mạng PSTN truyền thống) tới 1 tốc độ nhỏ hơn tốc độ PCM -> tận dụng khả năng của hệ thống truyền dẫn số -> tuy nhiên hạn chế về chất lượng, đặc biệt là nhiễu và méo tần. Các thiết bị mã hoá tiêu biểu được sử dụng cho các hệ thống VoIp hiện nay bao gồm G729ab và G723.1. Đối với thiết bị mã hoá G729ab yêu cầu tốc độ dữ liệu ở mức 8kb/s còn thiết bị mã hoá G723.1 yêu cầu tốc độ dữ liệu từ 5,3 đến 6,3kb/s. Sự cân bằng giữa các thiết bị mã hoá thoại tốc độ thấp G711 là tiết kiệm băng thông so với chất lượng thoại cao hơn. Quá trình mã hóa 64 kbps theo G.711 được sử dụng rộng rãi cho các thiết bị cổng thoại dung lượng lớn. Điều này là có thể do có băng thông lớn trong cấu trúc và kỹ thuật PCM này yêu cầu công suất tiêu thụ trên kênh thoại nhỏ hơn so với các kỹ thuật nén thoại tốc độ thấp (LBR) dẫn đến các mật độ tích hợp cao với chi phí thấp từ quan điểm thiết bị. Tín hiệu thoại nén với tốc độ bit thấp là yêu cầu đối với các thiết bị truy nhập băng rộng, trong đó yếu tố băng thông ràng buộc theo hạ tầng, như là : - Truyền tín hiệu thoại trên các modem cáp và các ứng dụng vô tuyến cố định ở đó có sự chia sẻ môi trường từ thiết bị thuê bao tới đầu cuối; - Các kênh thoại trên các ứng dụng DSL, ở đó đường dây thuê bao khá xa so với tổng đài nội hạt; - Các cuộc gọi từ máy di động-tới-máy di động, tại đó bản thân tín hiệu thoại đã được nén và không mong muốn chuyển đỏi luật mã hóa (do giảm chất lượng thoại và tăng trễ xử lý). c. Xử lý gói Quá trình xử lý gói tín hiệu thoại nhằm khắc phục các tác động của những yếu tố suy giảm chất lượng mạng tới tín hiệu thoại. Các yếu tố này bao gồm: mất gói, trễ biến đổi gây ra méo tín hiệu định thời tín hiệu thoại ban đầu. Do vậy, đối với VoP chất lượng cao, cần thiết phải có các thuật toán xử lý gói tín hiệu thoại. Các thuật toán này cần thực hiện các chức năng sau: Bù mất gói, trễ và rung pha; Thích nghi đối với các trễ thấp nhất; Thường trú trong DSP để tăng khả năng mở rộng hệ thống; Có thể định cấu hình linh hoạt và cung cấp các thông số thống kê quản lý mạng. d. Xử lý tone. Quá trình xử lý tone là yếu tố thiết yếu để thiết lập và giải phóng cuộc gọi cũng như điều khiển các chức năng như truy nhập voice mail, các cuộc gọi bằng thẻ tín dụng.... Sau đây là những yếu tố quyết định đối với các thiết bị cổng thoại dưng lượng lớn: Tách tone tin cậy (không phát hiện sai, không mất khả năng phát hiện); Phát hiện nhanh để giảm thiểu trễ và ngăn ngừa dò tone trong băng mà có thể dẫn tới quá trình phát sinh tone tại đầu xa; Các yêu cầu phát hiện khác nhau dựa trên ứng dụng mạng và cấu trúc hệ thống: các số được bấm, phát hiện fax, phát hiện modem và các tone trong quá trình thoại. Hỗ trợ tách và tạo tone hai chiều trong các trường hợp ở đó thiết bị thuê bao (CPE) không thực hiện các chức năng này. e. Hỗ trợ fax và modem. Một trong các chức năng quan trọng của hệ thống VoP là phỏng tạo đầy đủ PSTN, ví dụ thay thế tổng đài nội hạt. Do đó, các hệ thống này cần thiết phải xử lý tín hiệu fax và modem cùng với tín hiệu thoại. Tín hiệu fax và modem có thể được xử lý bằng kỹ thuật “PCM speed-up”, trong đó, dựa vào việc phát hiện ra tín hiệu fax hay modem, hệ thống VoP gửi chuyển tiếp tất cả các số liệu trên một kênh đó như luồng PCM 64 kbps giữa hai điểm đầu cuối. Các quá trình này hoạt động tốt trên các mạng không có mất gói hay trễ/rung pha vượt quá tiêu chuẩn, các mạng (đặc biệt các mạng VoP) đôi khi xảy ra mất gói (nhỏ hơn 1%) dẫn tới việc các modem phát lại, thậm chí gây hỏng cuộc gọi. Trong các trường hợp hệ thống không cung cấp đủ PCM speed-up, hệ thống phải hỗ trợ chuyển tiếp fax và modem. Chuyển tiếp fax cung cấp dịch vụ fax thời gian thực tin cậy giữa hai máy fax tương tự trên mạng chuyển mạch gói. Thiết bị cổng thoại tại hai đầu cuối của mạng gói phỏng tạo các máy fax tương tự như là chúng kết nối trực tiếp với nhau qua kết nối PSTN. Thiết bị cổng thoại thực hiện các chức năng chuyển tiếp fax phải kiểm soát được các tác động của trễ, rung pha mạng và mất gói trong khi ngăn ngừa các máy fax khỏi mất định thời. Các giao thức tiêu chuẩn như T.38 và AAL-2 được đưa ra để phối hợp hoạt động giữa các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau. Các kỹ thuật riêng thường được thực hiện để tăng cường khả năng phối hợp hoạt động giữa các máy fax khác nhau khi có trễ lớn và các yếu tố ảnh hướng khác của mạng chuyển mạch gói. Quá trình chuyển tiếp fax bao hàm các chức năng sau: Phát hiện các modem fax: V.17, V.29, V,27ter, V.21; Các giao thức chuyển tiếp fax: T.28 (TCP/IP), AAL-2 (ATM); Các giao thức phỏng tạo máy fax: tuỳ thuộc nhà cung cấp thiết bị. Hiện tại, không có tiêu chuẩn phối hợp hoạt động đối với quá trình chuyển tiếp modem, các tiêu chuẩn này đang được đề xuất. Quá trình chuyển tiếp modem bao hàm các chức năng sau: Phát hiện các modem: ví dụ V.90, V.34 ...; Giao thức chuyển tiếp modem: thoả thuận, điều khiển thông lượng, kiểm soát lỗi. g. Quá trình đóng gói. Quá trình đóng gói các mẫu tín hiệu thoại được thực hiện trong DSP nhằn đáp ứng yêu cầu về khả năng mở rộng và độ linh hoạt: VoP (RTP/RTCP); AAL-2; AAL-1xN (cho các luồng tín hiệu hội nghị truyền hình). Quá trình này cần được cung cấp trên cơ sở từng kênh để hỗ trợ thiết bị kết nối mạng lai ATM/IP. Tính năng quan trọng khác được hiểu là chuyển mạch kênh mạng. Đây là khả năng để định tuyến từ mạng gói tới mạng gói. Quá trình định tuyến có thể bao gồm khả năng chuyển đổi mã tải tín hiệu thoại và/hoặc thay đổi dạng gói thoại như minh hoạ sau: VoP (RTP)↔ AAL-2; G.726 ↔ G.729AB; h. Báo hiệu. Hỗ trợ quá trình báo hiệu là điều thiết yếu của phần mềm DSP. Các chức năng bao hàm: Toàn bộ các khả năng tạo và phát hiện tone: DTMF, MF R1/R2, SS7, COT, các tone của quá trình thực hiện cuộc gọi, quá trình xử lý tone hai chiều; Hỗ trợ báo hiệu kênh liên kết (CAS): quá trình xử lý các bit CAS; Hỗ trợ báo hiệu kênh chung: HDLC, MPT (SS7); Hỗ trợ CAS và CCS để giảm tải host để có thể mở rộng và nâng cấp; Xử lý các âm thông báo dịch vụ (hướng TDM hay gói). i. Quản lý mạng. Yếu tố cơ bản đối với một hệ thống thông tin bất kỳ là khả năng phát hiện, cách ly và khắc phục các sự cố càng nhanh càng tốt để giảm tới mức nhỏ nhất hay loại bỏ các tác động đến đối tượng sử dụng. Yêu cầu đặt ra đối với quản lý mạng là: Đặt cấu hình trên cơ sở từng kênh thoại, bao hàm thiết lập thông tin như mã quốc gia; Báo cáo trạng thái và các tham số thống kê trên kênh; Các khả năng giám sát và dò tìm theo thời gian thực Hỗ trợ kiểm tra đường dây. 3.5. Kết luận chương III. Như đã giới thiệu, có nhiều cấu hình lựa chọn Gateway phù hợp với yêu cầu sử dụng. Tuy nhiên, khi thiết kế Gateway sử dụng trong dịch vụ thoại IP, tùy theo quy mô giới hạn trong mạng nội bộ của doanh nghiệp hoặc do nhà cung cấp dịch vụ công cộng triển khai, họ cần phải đối mặt với nhiều thử thách và đòi hỏi từ phía người dùng dịch vụ thoại. Đó là các tiêu chuẩn sau: Chất lượng thoại phải so sánh gần tương đương với hệ thống PSTN hiện tại và có thể thay đổi được tùy theo cấp độ QoS của mạng, tức mức độ kiểm soát băng thông cung cấp dịch vụ của mạng. Mạng IP phải giải quyết những sự cố mạng thường xảy ra. Giảm thiểu số cuộc gọi không thực hiện được, delay mạng, mất gói. Đặc biệt là khi nghẽn mạng hoặc quá nhiều người truy cập mạng cùng một lúc. Báo hiệu cuộc gọi phải được xử lý thế nào để người dùng không nhận dạng được công nghệ điện thoại nào đang thực hiện xử lý cuộc gọi. KẾT LUẬN Dịch vụ truyền thoại trên nền mạng IP đã được nghiên cứu và triển khai ở nhiều nước trên thế giới. VoIP đã và đang khẳng định được vị trí của mình trong thị trường viễn thông. Có thể nói các dịch vụ chạy trên giao thức IP nói chung và dịch vụ VoIP nói riêng sẽ là các dịch vụ không thể thiếu trong thị trường viễn thông. VoIP với nhiều tính năng ưu điểm cho phép mang VoIP chất lượng tốt trên các mạng tổ ong diện rộng, với dung lượng cao. Trong đồ án này em đã tìm hiểu tổng quan về mạng VoIP, hai giao thức H.323, Sip và cuối cùng là phần cổng Gateway một thiết bị trung gian giữa mạng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của ThS. Nguyễn Thanh Trà cũng như các thầy cô giáo khác trong bộ môn mạng viễn thông. Bản thân em cũng đã có rất nhiều cố gắng để tìm hiểu các nội dung nghiên cứu. Tuy nhiên, do khả năng trình độ có hạn nên đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo cùng các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tạp chí bưu chính viễn thông, Chất lượng cuộc gọi trên mạng VoIP, Liên kết mạng IP và mạng PSTN, 8/2001, 9/2001. [2] Ts. Lê Ngọc Giao, Điện thoại IP, 10/2002. [3] ITU-T, "Recommendation H.323: Packet-based multimedia communications system". [4] Prentice Hall, "Voice over IP", 2002. [5] TS. Lê Ngọc Giao, "Cơ sở thoại Internet", 2002 [6] Ks Nguyễn Xuân Lượng, Ks Nguyễn Thức Kiên, "Điện thoại Internet - Internet Telephony", Tạp chí bưu chính viễn thông, 7/2003. [7] Nguyễn Dũng, "Liên kết mạng IP và mạng PSTN", Tạp chí bưu chính viễn thông, 9/2001.