CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VOIP 1. Giới thiệu về VoIP Trong những năm gần ñây, số lượng người sử dụng Internet và số lượng máy chủ cung cấp dịch vụ ñã tăng một cách mạnh mẽ. Song song với việc không ngừng tăng nhu cầu sử dụng Internet là sự xuất hiện ña dạng của các dịch vụ mới chạy trên nền tảng kỹ thuật của mạng toàn cầu. Một trong số các dịch vụ mới tỏ ra có rất nhiều hứa hẹn là Voice over IP.
Voice over IP (VoIP) là mô hình truyền thoại sử dụng giao thức IP (Internet Protocol), kết hợp với khả năng tính toán và xử lý dữ liệu của các thiết bị ñầu cuối ñể thực hiện truyền tải các cuộc ñàm thoại với một chất lượng dịch vụ phù hợp và giá cước hợp lý [2]. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông ñang ñược quan tâm nhất hiện nay không chỉ ñối với nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ. Voip có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi như trên mạng ñiện thoại kênh truyền thống (PSTN) ñồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Do các ưu ñiểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên voip hiện nay ñược triển khai một cách rộng rãi.
Dịch vụ ñiện thoại VoIP là dịch vụ ứng dụng giao thức IP, nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này ñược ráp lại theo ñúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban ñầu. VoIP tạo thuận lợi cho cả các nhà khai thác và người sử dụng có thể tiết kiệm chi phí bao gồm chi phí cho cơ sở hạ tầng mạng và chi phí liên lạc, nhất là liên lạc ñường dài. ðối với các nhà cung cấp dịch vụ, VoIP ñược xem như một mô hình mới hấp dẫn, có thể mang lại lợi nhuận nhờ khả năng mở rộng và phát triển các loại hình dịch vụ ña dạng với chi phí hạ tầng rất thấp. Vấn ñề quan trọng trong VoIP là cần phải có những giải pháp kỹ thuật phù hợp ñể có thể tăng dung lượng và nâng cao chất lượng dịch vụ.
Các mô hình truyền thoại qua VoIP Trong ñiện thoại thông thường, tín hiện thoại có tần số nằm trong khoảng từ 0 ñến 4 KHz, ñược lấy mẫu với tần số 8KHz. Sau ñó các mẫu sẽ ñược lượng tử hóa với 8 bit/mẫu và ñược truyền với tốc ñộ 64Kb/s ñến mạng chuyển mạch, sau ñó truyền tới ñích. Ở bên nhận, dòng số 64Kb/s này ñược giải mã ñể ñược tín hiệu thoại tương tự. z 15 Thực chất thoại qua mạng IP cũng không hoàn toàn khác hẳn ñiện thoại thông thường.
ðầu tiên tín hiện thoại cũng ñược số hóa, nhưng sau ñó thay vì truyền trên mạng PSTN qua các trường chuyển mạch, chúng sẽ ñược nén xuống tốc ñộ thấp, ñóng gói và chuyển qua mạng IP. Tại bên nhận, các gói tin này ñược giải nén thành các dòng 64Kb/s truyền ñến thuê bao bị gọi. Sự khác nhau ở thoại thông thường và thoại IP chính là mạng truyền dẫn và khuôn dạng thông tin dùng ñể truyền dẫn[2]. Mô hình PC-to-PC Trong mô hình này, mỗi máy tính cần ñược trang bị một sound card, một microphone, một speaker và ñược kết nối trực tiếp với mạng Internet.
Mỗi máy tính ñược cung cấp một ñịa chỉ IP và có thể trao ñổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa và giải mã, nén và giải nén tín hiệu ñều ñược máy tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy tính ñược nối với cùng một mạng mới có khả năng trao ñổi thông tin với nhau. Hình 1-1 Mô hình PC-to-PC 1.
Mô hình PC-to-Phone Mô hình PC-to-Phone là một mô hình ñược cải tiến hơn so với mô hình PC-to- PC. Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi ñến mạng PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị ñặc biệt ñó là cổng phương tiện(Media Gateway). ðây là mô hình cơ sở ñể dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay ña dịch vụ khác.
Hình 1-2 Mô hình PC-to-Phone z 16 1. Mô hình Phone-to-Phone Là mô hình mở rộng của mô hình PC-to-Phone sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN ñều kết nối với mạng Internet thông qua các Gateway. Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN sẽ kết nối ñến Gateway gần nhất.
Tại Gateway ñịa chỉ sẽ ñược chuyển ñổi từ ñịa chỉ PSTN sang ñịa chỉ IP ñể có thể ñịnh tuyến các gói tin ñến ñược mạng ñích. ðồng thời Gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển ñổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau ñó mã hóa, nén, ñóng gói và gửi qua mạng. Mạng ñích cũng ñược kết nối với Gateway và tại Gateway ñích, ñịa chỉ lại ñược chuyển ñổi trở lại thành ñịa chỉ PSTN và tín hiệu ñược giải nén, giải mã chuyển ñổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN ñến ñích. Hình 1-3 Mô hình Phone-to-Phone 1.
Các ñặc ñiểm của VoIP VoIP là một dịch vụ truyền thoại qua các mạng IP. Mạng IP ở ñây là mạng dữ liệu sử dụng vào giao thức TCP/IP cho các chức năng tầng giao vận (Transport Layer) và tầng mạng (Network Layer). Còn giao thức các tầng thấp hơn (các giao thức truy cập mạng: Network Access Protocols) có thể là giao thức trong mạng LAN, X.25, Frame Relay, ATM, hay PPP…Bởi vậy so với ñiện thoại chuyển mạch kênh thông thường, ñiện thoại IP có nhiều khác biệt. ðể thấy ñược những khác biệt này, trước hết ta xem xét ñặc ñiểm mạng PSTN, mạng chuyển mạch gói và mạng Internet.
Mạng PSTN, mạng chuyển mạch gói và mạng Internet. Mạng ñiện thoại công cộng (Public Switched Telephone Network - PSTN) là mạng truyền thông dựa trên nền tảng kỹ thuật chuyển mạch kênh (Circuit Switching). Chuyển mạch kênh là phương pháp truyền thống trong ñó một kênh truyền dẫn dành riêng ñược thiết lập giữa hai thiết bị ñầu cuối thông qua một hay nhiều nút chuyển mạch trung gian. Dòng thông tin truyền trên kênh này là dòng bit truyền liên tục theo thời gian.
Băng thông của kênh dành riêng ñược ñảm bảo và cố ñịnh trong quá trình liên lạc (64Kb/s ñối với mạng ñiện thoại PSTN), và ñộ trễ thông tin là rất nhỏ chỉ cỡ thời gian truyền thông tin trên kênh (Propagation time). Khác với mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói (Packet Switching Network) sử dụng hệ thống lưu trữ rồi truyền (Store-and-forward system) tại các nút mạng. Thông tin ñược chia thành các phần nhỏ (gọi là gói), mỗi gói ñược thêm các thông tin ñiều khiển cần thiết cho quá trình truyền như là ñịa chỉ nơi gửi, ñịa chỉ nơi z 17 nhận. Các gói thông tin ñến nút mạng ñược xử lý và lưu trữ trong một thời gian nhất ñịnh rồi mới ñược truyền ñến nút tiếp theo sao cho việc sử dụng kênh có hiệu quả cao nhất.
Trong mạng chuyển mạch gói không có kênh dành riêng nào ñược thiết lập, băng thông của kênh logic giữa hai thiết bị ñầu cuối thường không cố ñịnh, và ñộ trễ thông tin lớn hơn mạng chuyển mạch kênh rất nhiều. Khi các mạng số liệu trên thế giới ñược liên kết lại, một mạng số liệu lớn ñược thiết lập, ñó là Internet. Giao thức liên mạng sử dụng trong Internet là giao thức IP (Internet Protocol). Cũng giống như mạng ñiện thoại PSTN, mạng Internet có quy mô toàn cầu, phù hợp cho việc khai thác và phat triển các dịch vụ viễn thông trên thế giới[6].
Ưu ñiểm của VoIP Tiết kiệm chi phí Ưu ñiểm nổi bật nhất của thoại IP so với dịch vụ ñiện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi ñường dài giá rẻ với chất lượng chấp nhận ñược. Nếu dịch vụ ñiện thoại IP ñược triển khai, chi phí cho một cuộc gọi ñường dài sẽ chỉ tương ñương với chi phí truy nhập Internet. Nguyên nhân dẫn ñến chi phí thấp như vậy là do: 1. Tín hiệu thoại ñược truyền tải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao.
Kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc ñộ bít từ 64Kb/s xuống thấp tới 8Kb/s (theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T), kết hợp với tốc ñộ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay, cho phép việc truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện ñược với lượng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ. So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua mạng IP ta thấy: - Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra ñể duy trì cho một kênh 64Kb/s suốt từ ñầu cuối này tới ñầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng ñài. Chi phí này ñối với các cuộc gọi ñường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn. - Trong trường hợp cuộc gọi qua mạng IP, người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64Kb/s ñến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại ñịa phương.
Nhà cung cấp dịch vụ ñiện thoại IP sẽ ñảm nhận nhiệm vụ nén, ñóng gói tín hiệu thoại và gửi chúng ñi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất ñể tới ñược Gateway nối tới một mạng ñiện thoại khác có người liên lạc ñầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm ñáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kb/s ñã ñược thay thế bằng việc truyền thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao. z 18 Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu Trong công nghệ VoIP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu ñều có thể cùng truyền tải trên cùng một mạng IP. ðiều này sẽ tiết kiệm ñược chi phí ñầu tư ñể xây dựng những mạng riêng rẽ.
Quản lý băng thông Trong ñiện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố ñịnh (một kênh 64Kb/s) nhưng trong ñiện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể. Nhưng khi lưu lượng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận ñược nhằm phục vụ cùng lúc ñược nhiều người nhất. ðiểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của ñiện thoại IP.