Khảo sát Độ Trễ VoIP trên Nền 802.11: Nghiên Cứu từ ĐH Giao Thông Vận Tải TP.HCM

Khảo sát độ trễ VoIP trên nền 802.11: Tìm hiểu ảnh hưởng của mạng WiFi đến chất lượng cuộc gọi VoIP. Phân tích và đánh giá chi tiết các yếu tố gây trễ.

• Tác giả: Nguyễn Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: Th.S Lê Anh Uyên Vũ
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Tp Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện – Điện Tử Viễn Thông
• Đề tài: Khảo Sát Độ Trễ VoIP Trên Nền 802.11
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Tp Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÔØI CAÛM ÔN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• GIẢI THÍCH CHỮ VIẾT TẮT
• GIỚI THIỆU TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• 1. Phần 1: Tổng quan về VoIP và mạng WLAN
• 1. CHƢƠNG 1: CUỘC CÁCH MẠNG VoIP VÀ GIAO THỨC TRUYỀN VOICE QUA IP
• 1.1. Cuộc cách mạng VoIP
• 1.2. Mô hình OSI và TCP/IP
• 1.2.1. Kiến trúc OSI
• 1.2.2. Kiến trúc TCP/IP
• 1.3. Giao thức TCP/IP và UDP/IP
• 1.3.1. Giao thức TCP/IP
• 1.3.2. Giao thức UDP/IP
• 1.4. Các giao thức báo hiệu
• 1.4.1. Giao thức báo hiệu H
• 1.4.2. Giao thức báo hiệu SIP
• 1.5. Độ trễ và mất gói trong VoIP
• 1.5.1. Trễ biến đổi (Jitter)
• 2. CHƢƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM VỀ WIRELESS LAN (WLAN)
• 2.1. Các so sánh với Ethernet LANs
• 2.2. Các tiêu chuẩn của WLAN
• 2.3. Các tổ chức thiết lập và ảnh hưởng tới các chuẩn
• 2.4. Các mô hình của 802
• 2.5. Truyền tải Wireless (layer 1)
• 2.6. Mã hóa wireless và các kênh DSSS không chồng lấn
• 2.7. Vùng phủ sóng, tốc độ và hiệu suất
• 2. Phần 2: Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802
• 1. CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ NS-2
• 1.1. Tổng quan về phần mềm NS-2
• 1.2. Kiến trúc của NS-2
• 1.3. Các chức năng ứng dụng dùng trong NS-2
• 1.4. Trace Data Analyzer
• 2. CHƢƠNG 2: MÔ PHỎNG ĐỘ TRỄ VoIP TRONG WLAN
• 2.1. Giới thiệu chung:
• 2.2. Mục đích mô phỏng:
• 2.3. Thiết lập mô hình mô phỏng
• 2.4. Mô hình và giải thuật mô phỏng:
• 2.5. Cấu hình các thành phần cho kịch bản mô phỏng
• 2.6. Cấu hình nguồn lưu lượng
• 2.7. Cấu hình hàng đợi
• 2.8. Mô hình truyền sóng, cấu hình vật lý, antenna
• 2.9. Mô hình kế thừa địa chỉ các node mạng
• KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Kịch bản mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802
• File trace lanvetb.tr thu được sau khi biên dịch file mophongb
• Kịch bản mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802
• File trace lanvetg.tr thu được sau khi biên dịch file mophongg

Tóm tắt

I. VoIP và 802

VoIP (Voice over Internet Protocol) đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực truyền thông, mang lại nhiều ưu điểm về chi phí và tính di động so với điện thoại truyền thống. Tuy nhiên, khi triển khai VoIP trên nền tảng mạng không dây 802.11, độ trễ trở thành một vấn đề then chốt cần giải quyết. Mạng Wireless LAN (WLAN) dựa trên chuyển mạch gói, dễ bị ảnh hưởng bởi độ trễ cao hơn so với mạng chuyển mạch kênh truyền thống. Điều này đòi hỏi sự nghiên cứu sâu rộng về sự tương thích giữa các chuẩn Wireless và các dịch vụ VoIP. Theo tài liệu gốc, "Nhu cầu chuyển đổi từ các thiết bị điện tử cố định sang các thiết bị di động của con người đã đặt một nhiệm vụ cao cho sự phát triển của công nghệ. Mạng Wireless ra đời đã đáp ứng một phần nhu cầu này của con người". Tuy nhiên, để đảm bảo trải nghiệm người dùng tốt, việc giảm thiểu jitter và mất gói là vô cùng quan trọng. VoIP có nhiều thuận lợi hơn dịch vụ điện thoại thông thường. Một lợi thế chính là chi phí thấp. Lợi thế khác là tính di động của nó. Bạn có thể gọi và nhận cuộc gọi điện thoại bất cứ nơi nào có một kết nối băng thông rộng bởi chỉ cần đăng nhập vào tài khoản của bạn VoIP. Các tính năng như chuyển tiếp cuộc gọi, chờ cuộc gọi, thư thoại và chuyển tiếp dữ liệu được bao gồm với điện thoại Internet tại không có phí phụ thêm. Trong khi bạn đang nói chuyện qua điện thoại, bạn có thể gửi hình ảnh và tài liệu cùng một lúc. Cần phải có sự hiểu biết sâu sắc về các giao thức liên quan như RTP, RTCP, và SIP, cùng với việc tối ưu hóa cấu hình mạng để giảm thiểu tác động tiêu cực của độ trễ lên chất lượng cuộc gọi. Một trong những thách thức chính là việc đảm bảo QoS (Quality of Service) trên mạng không dây, đặc biệt là trong môi trường có nhiều người dùng và lưu lượng dữ liệu khác. Việc lựa chọn chuẩn Wireless phù hợp, chẳng hạn như 802.11g hoặc 802.11n, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất VoIP. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các kỹ thuật giảm độ trễ, như QoS, giảm tải lưu lượng, cũng là một phần không thể thiếu trong việc triển khai VoIP thành công trên mạng 802.11. Những nỗ lực nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này sẽ góp phần quan trọng vào việc nâng cao trải nghiệm người dùng và thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng truyền thông di động.

1.1. Ưu Điểm và Nhược Điểm Của VoIP so với Điện Thoại Truyền Thống

So với dịch vụ thoại truyền thống, VoIP có nhiều ưu điểm vượt trội, như chi phí thấp và tính di động cao. Người dùng có thể thực hiện và nhận cuộc gọi ở bất kỳ đâu có kết nối Internet băng thông rộng. Tuy nhiên, VoIP cũng đối mặt với những thách thức riêng, bao gồm sự phụ thuộc vào nguồn điện và các vấn đề về bảo mật. Trong thời gian cúp điện thì cuộc gọi VoIP sẽ không tiếp tục được và không gọi được điện thoại khẩn cấp là 2 rào cản lớn nhất. Dịch vụ điện thoại thông thường hiện tại vẫn tiếp tục cung cấp thông qua điện thoại Lineduring. Điều này là không thể với điện thoại Internet. Khi bị cúp điện thì cuộc gọi VoIP không thể được tiếp tục. Một mối quan tâm chính nữa là liên quan đến các cuộc gọi khẩn cấp. Đối với hầu hết các phần, dịch vụ VoIP này không hữu ích trong trường hợp khẩn cấp. Các cuộc gọi khẩn cấp được chuyển hướng đến các trung tâm cuộc gọi gần nhất nơi mà các nhà điều hành có thể xác định vị trí của bạn, trong trường hợp bạn không có thể nói chuyện. Với VoIP, không có cách nào hiện nay để xác định nơi các cuộc gọi Internet là nguồn gốc. Có một tiêu chuẩn mới gọi là E911 tuy nhiên đó là cố gắng giải quyết những hạn chế này.

1.2. Các Giao Thức Chính trong Kiến Trúc VoIP RTP RTCP SIP

Kiến trúc VoIP dựa trên nhiều giao thức khác nhau, mỗi giao thức đóng vai trò riêng trong việc truyền tải và quản lý cuộc gọi. RTP (Real-time Transport Protocol) được sử dụng để truyền tải dữ liệu âm thanh và video thời gian thực. RTCP (Real-time Transport Control Protocol) cung cấp thông tin phản hồi về chất lượng truyền dẫn và các thông tin về thành phần tham dự các phiên tạm thời. SIP (Session Initiation Protocol) là một giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc các phiên làm việc giữa người dùng. RTP thiết kế sử dụng cho nhiều đối tượng nhưng vẫn có thể sử dụng cho nhiều đối tượng. Hoạt động của RTP được hỗ trợ bởi một thủ tục khác là RTCP (Real-time Transport Control Protocol) để nhận các thông tin phản hồi về chất lượng truyền dẫn và các thông tin về thành phần tham dự các phiên tạm thời. SIP trong xử lý các cuộc gọi IP chỉ phân biệt giữa hai thực thể: Client và Server. Vì vậy trong mạng SIP gồm có các UA (User Agent) và các SIP server.

II. Độ Trễ VoIP Phân Tích Các Yếu Tố Ảnh Hưởng trên Nền 802

Độ trễ là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của các cuộc gọi VoIP trên mạng 802.11. Độ trễ quá cao có thể gây ra trải nghiệm người dùng không tốt, với sự chậm trễ trong giao tiếp và gián đoạn trong cuộc trò chuyện. Có nhiều yếu tố có thể góp phần vào độ trễ VoIP trên mạng 802.11, bao gồm trễ do lan truyền, xử lý, hàng đợi, và jitter. Trễ lan truyền là thời gian cần thiết để các gói dữ liệu di chuyển từ người gửi đến người nhận. Trễ xử lý là thời gian cần thiết để các thiết bị mạng xử lý các gói dữ liệu. Trễ hàng đợi là thời gian các gói dữ liệu chờ trong hàng đợi trước khi được truyền đi. Jitter là sự thay đổi về độ trễ theo thời gian. Để giảm độ trễ VoIP trên mạng 802.11, có thể thực hiện nhiều kỹ thuật khác nhau. Điều này bao gồm việc sử dụng các giao thức QoS để ưu tiên lưu lượng VoIP, giảm kích thước gói, và sử dụng các codec có độ trễ thấp. Việc tối ưu hóa cấu hình mạng, như vị trí của các điểm truy cập và việc sử dụng các kênh không chồng lấn, cũng có thể giúp giảm độ trễ. Theo khuyến cáo của ITU- T G.114: để chất lượng thoại tốt đạt yêu cầu, thì thời gian trễ từ đầu cuối đến đầu cuối trên 1 hướng <150ms.

2.1. Các Loại Trễ Lan Truyền Xử Lý Hàng Đợi và Jitter trong Mạng VoIP

Có ba dạng trễ vốn có trong mạng điện thoại ngày nay: trễ do lan truyền, trễ tuần tự và trễ do xử lý. Trễ lan truyền do tốc độ lan truyền trong mạng cáp. Trễ xử lý liên quan đến nhiều yếu tố gây trễ khác nhau (đóng gói , nén, chuyển mạch) và gây ra bởi các thiết bị chuyển tiếp qua mạng. Trễ tuần tự là lượng thời gian cần để đặt một bit hay một byte vào trong giao tiếp đường dây (ảnh hưởng rất nhỏ trong tổng trễ). Trong mạng gói, thời gian trễ có nhiều lý do khác nhau, theo khuyến cáo của ITU- T G.114 thì tổng trễ <=150ms. Khi có nghẽn ở đầu ra gói tin phải chờ trong hàng đợi, kết qủa là gây ra trễ hàng đợi. Jitter là khoảng chênh lệch giữa thời gian gói đến thực và thời gian gói đến theo lý thuyết. Nguyên nhân lớn nhất gây ra hiện tượng jitter là các biến thiên trong quá trình xếp hàng do các thay đổi động về mặt tải lưu lượng trên mạng.

2.2. Các Phương Pháp Giảm Độ Trễ QoS Giảm Kích Thước Gói Codec Độ Trễ Thấp

Để giảm độ trễ VoIP trên mạng 802.11, có thể thực hiện nhiều kỹ thuật khác nhau. Điều này bao gồm việc sử dụng các giao thức QoS để ưu tiên lưu lượng VoIP, đảm bảo rằng các gói VoIP được xử lý trước các loại lưu lượng khác. Việc giảm kích thước gói cũng có thể giúp giảm độ trễ, vì các gói nhỏ hơn có thể được xử lý nhanh hơn. Việc sử dụng các codec có độ trễ thấp, như G.729, có thể giúp giảm độ trễ do mã hóa và giải mã âm thanh. Theo khuyến cáo của ITU- T G.114 thì tổng trễ <=150ms. Để chất lượng thoại tốt đạt yêu cầu, thì thời gian trễ từ đầu cuối đến đầu cuối trên 1 hướng <150ms.

2.3. Tối Ưu Hóa Cấu Hình Mạng WLAN Vị Trí AP Kênh Không Chồng Lấn

Việc tối ưu hóa cấu hình mạng WLAN, như vị trí của các điểm truy cập và việc sử dụng các kênh không chồng lấn, cũng có thể giúp giảm độ trễ. Việc đặt các điểm truy cập ở vị trí trung tâm và tránh các vật cản có thể giúp cải thiện cường độ tín hiệu và giảm nhiễu. Việc sử dụng các kênh không chồng lấn có thể giúp giảm nhiễu từ các mạng không dây khác. Theo bảng trong tài liệu gốc, có ba kênh DSSS chồng chéo (kênh 1, 6 và 11). Việc sử dụng hệ thống DSSS với các kênh trùng lập trong cùng một vị trí vật lý sẽ gây nên nhiễu giữa các hệ thống. Hệ thống DSSS với các kênh trùng lập không nên được đặt gần nhau bởi vì chúng luôn gây nên một sự giảm cấp đáng kể đối với băng thông.

III. Mạng WLAN Các Tiêu Chuẩn 802

Các tiêu chuẩn 802.11 khác nhau có thể có tác động đáng kể đến hiệu suất VoIP. Các tiêu chuẩn mới hơn, như 802.11g và 802.11n, cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn và độ trễ thấp hơn so với các tiêu chuẩn cũ hơn, như 802.11b. Điều này có thể dẫn đến chất lượng cuộc gọi VoIP tốt hơn. Ví dụ, việc thực hiện dịch vụ thoại VoIP trên mạng WLAN theo chuẩn 802.11g sẽ tốt hơn nhiều so với chuẩn 802.11b cả về độ trễ (delay), số gói tin bị mất (packet loss) và số kênh thỏa mãn chất lượng dịch vụ VoIP cũng nhiều hơn. Việc chọn tiêu chuẩn 802.11 phù hợp cho một mạng VoIP cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm số lượng người dùng, lượng lưu lượng truy cập và yêu cầu về chất lượng cuộc gọi. Cần phải hiểu rõ các đặc điểm của từng tiêu chuẩn và đánh giá tác động của chúng đến hiệu suất VoIP.

3.1. So Sánh Các Tiêu Chuẩn 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n về VoIP

Các tiêu chuẩn 802.11 khác nhau có các đặc điểm kỹ thuật khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu suất VoIP. 802.11b cung cấp tốc độ dữ liệu tối đa 11 Mbps, 802.11a cung cấp tốc độ dữ liệu tối đa 54 Mbps, 802.11g cung cấp tốc độ dữ liệu tối đa 54 Mbps, và 802.11n cung cấp tốc độ dữ liệu tối đa 300 Mbps (hoặc cao hơn). Các tiêu chuẩn mới hơn cũng sử dụng các kỹ thuật mã hóa và điều chế tiên tiến hơn có thể giúp giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất VoIP. Khi chuẩn này hoàn thành, 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ lên đến 300Mbps.11n cũng cho tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn Wi-Fi trước đó nhờ tăng cường độ tín hiệu.

3.2. Tác Động của Băng Thông và Độ Trễ Đến Chất Lượng Cuộc Gọi VoIP

Băng thông và độ trễ là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng cuộc gọi VoIP. Băng thông cao hơn cho phép truyền nhiều dữ liệu hơn, điều này có thể cải thiện chất lượng âm thanh và video. Độ trễ thấp hơn làm giảm sự chậm trễ trong giao tiếp, điều này có thể làm cho cuộc trò chuyện trở nên tự nhiên hơn. Mất gói cũng là hiện tượng thường thấy trên các mạng chuyển mạch gói. Hiện tượng này có thể có nhiều nguyên nhân: các liên kết bị quá tải, lỗi trên các đường truyền media vật lý,. Các lớp Transport như TCP có khả năng giám sát hiện tượng gói mất và cho phép cơ chế khôi phục gói mất đối với các điều kiện mất gói thông thường. Các gói mất phải được truyền lại và thời gian truyền lại này góp phần làm tăng tổng thời gian truyền dẫn. Do đó, hiện tượng gói mất góp phần làm giảm chất lượng thoại.

IV. Mô Phỏng Độ Trễ VoIP Ứng Dụng NS 2 và Phân Tích Kết Quả

Phần mềm mô phỏng mạng như NS-2 có thể được sử dụng để mô phỏng độ trễ VoIP trên mạng 802.11. NS-2 là một phần mềm mã nguồn mở được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu mạng. Nó cho phép các nhà nghiên cứu mô phỏng các kịch bản mạng khác nhau và phân tích hiệu suất của các giao thức và ứng dụng khác nhau. Với NS-2, bạn có thể mô phỏng độ trễ VoIP trên mạng 802.11 bằng cách tạo ra một mô hình mạng, cấu hình các tham số mạng, và chạy một mô phỏng. Sau đó, bạn có thể phân tích kết quả mô phỏng để hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến độ trễ VoIP và xác định các cách để giảm độ trễ. Từ các số liệu thu được và đồ thị ta sẽ thấy được khi thực hiện dịch vụ thoại VoIP trên mạng WLAN theo chuẩn 802.11g sẽ tốt hơn nhiều so với chuẩn 802.11b cả về độ trễ (delay), số gói tin bị mất (packet loss) và số kênh thỏa mãn chất lượng dịch vụ VoIP cũng nhiều hơn.

4.1. Giới Thiệu NS 2 Kiến Trúc Chức Năng và Ứng Dụng trong Mô Phỏng Mạng

NS-2 là một phần mềm mô phỏng mạng mã nguồn mở được viết bằng C++ và OTcl. Nó có một kiến trúc module cho phép người dùng dễ dàng thêm các giao thức và ứng dụng mới. NS-2 cung cấp một loạt các chức năng, bao gồm mô phỏng các giao thức mạng khác nhau, tạo ra lưu lượng mạng, và phân tích hiệu suất mạng. Tổng quan về phần mềm NS-2.34 (Network Simulator) dùng để mô phỏng. Nội dung này bao gồm những kiến thức cơ bản về NS-2, cấu trúc của phần mềm và cách sử dụng các chức năng tích hợp trong phần mềm như xgraph và awk để xử lý các số liệu trong các file trace (.tr) được tạo ra khi biên dịch từ file lập trình (.

4.2. Các Bước Mô Phỏng Độ Trễ VoIP trên NS 2 Thiết Lập Cấu Hình

Để mô phỏng độ trễ VoIP trên NS-2, bạn cần thực hiện các bước sau: tạo ra một mô hình mạng, cấu hình các tham số mạng, tạo ra lưu lượng VoIP, chạy một mô phỏng, và phân tích kết quả mô phỏng. Nội dung này thể hiện các bước để mô phỏng chương trình, cách cấu hình các phần tử trong mạng WLAN, mô hình mạng và giải thuật mô phỏng. Từ các số liệu thu được và đồ thị ta sẽ thấy được khi thực hiện dịch vụ thoại VoIP trên mạng WLAN theo chuẩn 802.11g sẽ tốt hơn nhiều so với chuẩn 802.11b cả về độ trễ (delay), số gói tin bị mất (packet loss) và số kênh thỏa mãn chất lượng dịch vụ VoIP cũng nhiều hơn.

4.3. Phân Tích Kết Quả Độ Trễ Mất Gói và Chất Lượng VoIP trên 802.11

Sau khi chạy mô phỏng NS-2, bạn có thể phân tích kết quả mô phỏng để hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến độ trễ VoIP và xác định các cách để giảm độ trễ. Các kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các giao thức QoS khác nhau, so sánh các codec khác nhau, và tối ưu hóa cấu hình mạng. Ta sẽ thấy được khi thực hiện dịch vụ thoại VoIP trên mạng WLAN theo chuẩn 802.11g sẽ tốt hơn nhiều so với chuẩn 802.11b cả về độ trễ (delay), số gói tin bị mất (packet loss) và số kênh thỏa mãn chất lượng dịch vụ VoIP cũng nhiều hơn.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Tối Ưu VoIP Trên Nền 802

Độ trễ VoIP trên nền 802.11 là một vấn đề phức tạp, nhưng có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các kỹ thuật khác nhau, bao gồm giao thức QoS, giảm kích thước gói, codec độ trễ thấp, và tối ưu hóa cấu hình mạng. Các nghiên cứu và phát triển tiếp theo trong lĩnh vực này có thể tập trung vào việc phát triển các giao thức QoS mới, các codec hiệu quả hơn, và các kỹ thuật tối ưu hóa mạng tiên tiến hơn. Tuy nhiên, các vấn đề trên sẽ được khắc phục trong thời gian ngắn. Phần cuối là Phần Kết luận và hướng phát triển đề tài, phần này sẽ tổng kết lại những điểm chính của đồ án, những điều đồ án đã làm được như đã tìm hiểu được tổng quan về VoIP và mạng WLAN, mô phỏng được độ trễ khi thực hiện thoại VoIP theo hai chuẩn 802.11g, đưa ra những điểm so sánh về hai chuẩn trong mô phỏng. Phần này cũng nêu ra một số điều còn hạn chế như chưa phát triển được quy mô mạng thêm nhiều phần tử hơn và kết nối với các mạng khác, giao diện mô phỏng còn chưa đẹp. Phần cuối cũng nêu ra một số hướng phát triển của đề tài ngoài việc khắc phục các nhược điểm trên như thay đổi về cấu trúc packet để mô phỏng thêm về thoại Video, hay truyền data trên mạng WLAN, thay đổi cơ chế thiết lập hàng đợi đang dùng là FIFO thành MIMO và mô phỏng theo các chuẩn cải tiến hơn như 802.

5.1. Tổng Kết Các Giải Pháp Hiệu Quả Giảm Độ Trễ VoIP Trên 802.11

Các giải pháp hiệu quả để giảm độ trễ VoIP trên 802.11 bao gồm việc sử dụng các giao thức QoS để ưu tiên lưu lượng VoIP, giảm kích thước gói để giảm thời gian xử lý, sử dụng các codec có độ trễ thấp để giảm thời gian mã hóa và giải mã, và tối ưu hóa cấu hình mạng để giảm nhiễu và cải thiện cường độ tín hiệu.

5.2. Hướng Phát Triển Giao Thức QoS Mới Codec Hiệu Quả Tối Ưu Mạng

Các hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc phát triển các giao thức QoS mới, các codec hiệu quả hơn, và các kỹ thuật tối ưu hóa mạng tiên tiến hơn. Điều này có thể giúp cải thiện đáng kể chất lượng cuộc gọi VoIP trên mạng 802.11.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CUỘC CÁCH MẠNG VoIP VÀ GIAO THỨC TRUYỀN VOICE QUA IP 1. Cuộc cách mạng VoIP VoIP (Voice over Internet Protocol) là một giao thức đàm thoại qua đường truyền Internet. Nó đã được nghiên cứu và triển khai hàng chục năm nay, nhưng VoIP thực sự bùng nổ khi chất lượng truyền và thói quen người dùng đồng thời gia tăng vào thời điểm này. Cùng với sự phát triển công nghệ vượt bậc, hiện tại nhiều hãng sản xuất đang cố gắng tích hợp đầu cuối VoIP vào tất cả những thiết bị nào có khả năng để tạo nên một mạng VoIP mọi lúc mọi nơi, chẳng hạn như các điện thoại di động, PC, Laptop hay các PDA,… là những quan tâm đầu tiên.

Tính di động và các tính năng vượt trội của VoIP đã giúp thoại IP đã dần chiếm dần thị trường của các dịch vụ thoại truyền thống. Sự thay đổi đối tượng thực thi nảy sinh một số vấn đề cơ bản như bảo mật, quản lý vị trí, chất lượng dịch vụ dựa trên những đặc tính sẵn có của VoIP. So với dịch vụ thoại truyền thống thì VoIP có nhiều ưu điểm hơn nhưng cũng tồn tại một số khuyết điểm khó khắc phục.  Ưu điểm: VoIP có nhiều thuận lợi hơn dịch vụ điện thoại thông thường.

Một lợi thế chính là chi phí thấp. Lợi thế khác là tính di động của nó. Bạn có thể gọi và nhận cuộc gọi điện thoại bất cứ nơi nào có một kết nối băng thông rộng bởi chỉ cần đăng nhập vào tài khoản của bạn VoIP. Các tính năng như chuyển tiếp cuộc gọi, chờ cuộc gọi, thư thoại và chuyển tiếp dữ liệu được bao gồm với điện thoại Internet tại không có phí phụ thêm.

Trong khi bạn đang nói chuyện qua điện thoại, bạn có thể gửi hình ảnh và tài liệu cùng một lúc.S Lê Anh Uyên Vũ 13 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802.11  Nhược điểm: Trong thời gian cúp điện thì cuộc gọi VoIP sẽ không tiếp tục được và không gọi được điện thoại khẩn cấp là 2 rào cản lớn nhất. Dịch vụ điện thoại thông thường hiện tại vẫn tiếp tục cung cấp thông qua điện thoại Lineduring. Điều này là không thể với điện thoại Internet. Khi bị cúp điện thì cuộc gọi VoIP không thể được tiếp tục.

Một mối quan tâm chính nữa là liên quan đến các cuộc gọi khẩn cấp. Đối với hầu hết các phần, dịch vụ VoIP này không hữu ích trong trường hợp khẩn cấp. Thiết bị điện thoại truyền thống có thể truy nguyên được địa điểm của các cuộc gọi. Các cuộc gọi khẩn cấp được chuyển hướng đến các trung tâm cuộc gọi gần nhất nơi mà các nhà điều hành có thể xác định vị trí của bạn, trong trường hợp bạn không có thể nói chuyện.

Với VoIP, không có cách nào hiện nay để xác định nơi các cuộc gọi Internet là nguồn gốc. Có một tiêu chuẩn mới gọi là E911 tuy nhiên đó là cố gắng giải quyết những hạn chế này. VoIP cũng gặp phải các vấn đề về chất lượng âm thanh và các vấn đề về độ tin cậy. Vì là các cuộc gọi thoại nên đòi hỏi về trao đổi thời gian thực mà VoIP lại dùng giao thức Internet nên sẽ tồn tại trễ trong các cuộc gọi thoại hay sẽ có hiện tượng âm thanh bị đứt quãng (mất gói).

Ngoài ra VoIP dùng chung môi trường truyền Internet nên vấn đề bảo mật cũng không đảm bảo. Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ngày nay, hi vọng các vấn đề trên sẽ được khắc phục trong thời gian ngắn.S Lê Anh Uyên Vũ 14 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802. Mô hình OSI và TCP/IP 1. Kiến trúc OSI Mô hình OSI được thể hiện ở hình 1.1: Mô hình 7 lớp OSI - Tầng vật lý (Physical) Chức năng chính là truyền tải chuỗi bit từ đầu cuối này đến đầu cuối khác.

Các thuật ngữ liên quan như đặc tính điện, tốc độ, môi trường truyền dẫn, mode truyền tải, chuẩn kết nối…. - Tầng liên kết dữ liệu (Data link) Chức năng chính là cung cấp khả năng truyền dữ liệu tin cậy qua môi trường truyền dẫn. Các thuật ngữ liên quan như đơn vị dữ liệu “khung”, địa chỉ MAC, điều khiển lỗi, điều khiển luồng…… GVHD: Th.S Lê Anh Uyên Vũ 15 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802.11 - Tầng mạng (Network) Cung cấp một kết nối và khả năng chọn đường giữa các host trong môi trường liên mạng. Các thuật ngữ liên quan bao gồm gói tin, tuyến, bảng định tuyến, giao thức định tuyến, địa chỉ IP….

- Tầng giao vận (Transport) Cung cấp chức năng tạo, giám sát, giải phóng một kết nối ảo khả dụng từ đầu cuối đến đầu cuối, phân bổ các phân mảnh đến các ứng dụng. Các thuật ngữ liên quan như phân mảnh và tái hợp luồng dữ liệu, giám sát lỗi, khôi phục lỗi…. - Tầng phiên (Session) Thực hiện chức năng thiết lập, quản lý, giải phóng phiên thông tin giữa hai host, đồng bộ hóa việc hội thoại của quá trình trình diễn và quản lý việc trao đổi thông tin. Các thuật ngữ liên quan như điều khển hội thoại, điểm đồng bộ…… - Tầng trình diễn (Presentation) Cung cấp khả năng mã hóa thông tin của lớp ứng dụng để sao cho thông tin này hoàn toàn có thể đọc được tại đầu còn lại.

Các thuật ngữ liên quan như khuôn dạng dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, nén dữ liệu, mã hóa dữ liệu…. - Tầng ứng dụng (Application) Cung cấp ứng dụng trực tiếp cho người ứng dụng sử dụng dịch vụ mạng. Các thuật ngữ liên quan như truyền file, thư điện tử…. Kiến trúc TCP/IP TCP/IP thực chất là một họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng, hay nói cách khác TCP/IP là một phần mềm được sử dụng trên Internet để truyền thông tin từ máy này sang máy khác và từ mạng này sang mạng khác.S Lê Anh Uyên Vũ 16 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802.11 Mô hình TCP/IP gồm 4 tầng như trong hình 1.2: Mô hình TCP/IP - Tầng ứng dụng Là phần giao tiếp với người dùng để cung cấp các dịch vụ trên mạng.

Lớp ứng dụng cho phép việc truy xuất các dịch vụ hiện diện trên toàn mạng TCP/IP. - Tầng truyền tải (Transport) Nhiệm vụ chính của tầng truyền tải là cung cấp đường thông tin giữa các trình ứng dụng. Tầng truyền tải phân chia dòng dữ liệu cần truyền đi thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (gói dữ liệu) và chuyển chúng cùng với địa chỉ đích đến tầng thấp hơn để thực hiện quá trình phân phối dữ liệu trong mạng. - Tầng Internet (Internet Layer) Xử lý các tiến trình thông tin giữa các mạng khác nhau.

Tầng Internet sẽ thực hiện các chức năng thiết lập đường đi giữa các mạng cũng như thực hiện việc phân phối các gói dữ liệu trên mạng. - Tầng giao tiếp mạng (Network Interface Layer) Là tầng giao tiếp giữa các cấu trúc luận lý bên trên với các kết nối vật lý bên dưới, tầng giao tiếp mạng có nhiệm vụ tiếp nhận các gói dữ liệu từ lớp Internet.S Lê Anh Uyên Vũ 17 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802.11 Sự tương quan giao thức giữa 2 mô hình: Hình 1.3: Tương quan giao thức giữa OSI và TCP/IP 1. Giao thức TCP và UDP 1. Giao thức TCP TCP là một giao thức điều khiển có liên kết (connection - oriented), nghĩa là cần phải thiết lập liên kết (logic) giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau.

TCP cung cấp dịch vụ tầng truyền dẫn có độ tin cậy cao, TCP bao gồm điều khiển luồng và phát hiện lỗi. Tốc độ gói có thể tăng hay giảm phụ thuộc mức tải của mạng.S Lê Anh Uyên Vũ 18 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802.11 - Khuôn dạng của một TCP segment : Hình 1.4: Khuôn dạng của một TCP segment - Thủ tục thiết lập kết nối TCP theo cơ chế bắt tay 3 bước: Hình 1.5: Kết nối mở TCP theo cơ chế bắt tay 3 bước Để thiết lập một kết nối, TCP sử dụng một quy trình bắt tay 3 bước (3-way handshake). Trước khi client thử kết nối với một server, server phải đăng ký một cổng và mở cổng đó cho các kết nối: đây được gọi là mở bị động. Một khi mở bị động đã được thiết lập thì một client có thể bắt đầu mở chủ động.

Để thiết lập một kết nối, quy trình bắt tay 3 bước xảy ra như sau: GVHD: Th.S Lê Anh Uyên Vũ 19 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802. Client yêu cầu mở cổng dịch vụ bằng cách gửi gói tin SYN (gói tin TCP) tới server, trong gói tin này, tham số sequence number được gán cho một giá trị ngẫu nhiên X. Server hồi đáp bằng cách gửi lại phía client bản tin SYN-ACK, trong gói tin này, tham số acknowledgment number được gán giá trị bằng X + 1, tham số sequence number được gán ngẫu nhiên một giá trị Y. Để hoàn tất quá trình bắt tay ba bước, client tiếp tục gửi tới server bản tin ACK acknowledgment number được gán giá trị bằng Y + 1.

Tại thời điểm này, cả client và server đều được xác nhận rằng, một kết nối đã được thiết lập. Giao thức UDP UDP là một giao thức phi kết nối (connectionless protocol) đảm bảo truyền thông end-to-end của dữ liệu. UDP không có chức năng thiết lập và giải phóng kết nối, không cung cấp cơ chế báo nhận, không sắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu đến và có thể dẫn đến tình trạng dữ liệu mất hoặc trùng dữ liệu mà không có thông báo cho người gởi. - Khuôn dạng của một UDP datagram: Hình 1.6: Khuôn dạng của một UDP datagram GVHD: Th.S Lê Anh Uyên Vũ 20 SVTH: Nguyễn Tiến Dũng Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng độ trễ VoIP trên nền 802.

Các giao thức báo hiệu 1. Giao thức báo hiệu H.323 là chuẩn mở được ITU-T phát triển cho việc điều khiển cuộc gọi ngang hàng, dựa trên cơ sở của H. Sự so sánh H.323 với các chuẩn khác được mô tả ở bảng 1.323 với các giao thức H.323 là một cấu trúc chặt chẽ, phức tạp và phù hợp với việc thực thi các đặc tính thoại truyền thống.323 thiết kế cho truyền audio, video và dữ liệu qua mạng IP bao gồm Internet.323 bao gồm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi, truyền và điều khiển đa phương tiện và điều khiển băng thông cho hội nghị điểm - điểm và đa điểm.