Xây Dựng Hệ Thống VoIP Trên Android: Đồ Án Tốt Nghiệp Của Sinh Viên Nguyễn Khắc Vinh

Trong bối cảnh chi phí viễn thông truyền thống ngày càng tăng, công nghệ Thoại qua Giao thức Internet… 65 trang · Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin · 2023.

• Tác giả: Nguyễn Khắc Vinh
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống VoIP Trên Android
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP
• 1.1. Tổng quan về đề tài
• 1.2. Các vấn đề cần giải quyết
• 1.3. Cơ sở lý thuyết và công cụ sử dụng
• 1.3.1. Giới thiệu về VOIP
• 1.3.2. Giới thiệu về SIP
• 1.3.3. Giới thiệu về RTP
• 1.3.4. Đăng ký, thiết lập cuộc gọi với SIP proxy server
• 2. PHẦN II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG VOIP
• 2.1. Khảo sát, phân tích yêu cầu
• 2.2. Thiết kế hệ thống
• 2.3. Thực hiện, cài đặt và thử nghiệm hệ thống
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Khám phá đồ án xây dựng hệ thống VoIP trên Android

Trong bối cảnh chi phí viễn thông truyền thống ngày càng tăng, công nghệ Thoại qua Giao thức Internet (VoIP) nổi lên như một giải pháp thay thế hiệu quả, đặc biệt trong môi trường doanh nghiệp. Đồ án tốt nghiệp "Xây Dựng Hệ Thống VoIP Trên Android" của sinh viên Nguyễn Khắc Vinh, thực hiện tại Trung tâm phần mềm Viettel, là một công trình nghiên cứu tiêu biểu, đi sâu vào việc ứng dụng công nghệ này trên nền tảng di động phổ biến nhất thế giới. Đề tài không chỉ giải quyết bài toán liên lạc nội bộ chi phí thấp bằng cách tận dụng hạ tầng mạng IP có sẵn (Wi-Fi, 3G/4G), mà còn mở ra hướng phát triển các ứng dụng liên lạc đa phương tiện phức tạp hơn. Trọng tâm của đồ án là xây dựng một hệ thống VoIP hoàn chỉnh, bao gồm cả phía client (một ứng dụng softphone trên di động chạy trên Android) và phía server (sử dụng một SIP Proxy mạnh mẽ). Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc thử nghiệm tính khả thi của công nghệ VoIP, làm tiền đề cho các dự án thương mại trong tương lai. Việc phân tích sâu các giao thức SIP (Session Initiation Protocol) và RTP (Real-time Transport Protocol) là nền tảng cốt lõi, giúp hiểu rõ cơ chế thiết lập, duy trì và kết thúc một phiên liên lạc. Đồ án của Nguyễn Khắc Vinh không chỉ là một báo cáo đồ án tốt nghiệp thông thường, mà còn là một tài liệu hướng dẫn chi tiết về lập trình Android trong lĩnh vực truyền thông thời gian thực, mang lại giá trị tham khảo cao cho cộng đồng phát triển.

1.1. Bối cảnh và mục tiêu của đề tài nghiên cứu VoIP

Đề tài ra đời từ nhu cầu thực tiễn của các doanh nghiệp: tối ưu hóa chi phí liên lạc nội bộ. Với hạ tầng mạng IP và Wi-Fi đã phổ biến, việc xây dựng một hệ thống gọi điện riêng biệt gần như không tốn thêm chi phí. Mục tiêu chính của đồ án là tìm hiểu sâu về kiến trúc VoIP và hệ điều hành Android. Từ đó, xây dựng một ứng dụng gọi điện Android hoàn chỉnh, có khả năng thực hiện cuộc gọi thoại qua mạng IP. Nhiệm vụ cụ thể bao gồm việc lựa chọn các công nghệ phù hợp như thư viện client và proxy server, triển khai một hệ thống VoIP cơ bản, giải quyết các vấn đề bảo mật tài khoản và lựa chọn giao thức vượt NAT hiệu quả. Sản phẩm cuối cùng là một hệ thống demo hoàn chỉnh, chứng minh tính khả thi và tiềm năng của công nghệ.

1.2. Giới thiệu công nghệ VoIP và Giao thức SIP cơ bản

VoIP (Voice over Internet Protocol) là công nghệ số hóa tín hiệu giọng nói và truyền chúng đi dưới dạng các gói tin qua mạng IP. Một hệ thống VoIP cơ bản bao gồm hai giao thức chính: giao thức báo hiệu (Signaling Protocol) và giao thức truyền tải (Speech Transmission Protocol). Giao thức SIP là chuẩn báo hiệu phổ biến nhất, được sử dụng để thiết lập, thay đổi và kết thúc các phiên liên lạc. SIP hoạt động ở tầng ứng dụng, sử dụng các bản tin dạng văn bản tương tự HTTP. Các phương thức quan trọng của SIP bao gồm INVITE (thiết lập phiên), ACK (xác nhận), BYE (kết thúc phiên), và REGISTER (đăng ký vị trí người dùng). Trong khi đó, giao thức RTP chịu trách nhiệm truyền tải các gói tin âm thanh/video đã được số hóa, đảm bảo yếu tố thời gian thực.

II. Thách thức kỹ thuật khi xây dựng ứng dụng VoIP Android

Việc triển khai một hệ thống VoIP trên Android không chỉ đơn thuần là lập trình giao diện. Nó đòi hỏi phải giải quyết các thách thức kỹ thuật phức tạp, vốn là rào cản lớn đối với các ứng dụng truyền thông thời gian thực. Hai trong số những vấn đề nổi cộm nhất được đồ án của Nguyễn Khắc Vinh tập trung giải quyết là xác thực dữ liệu và vượt tường lửa NAT. Các bản tin SIP theo mặc định được truyền dưới dạng văn bản thuần túy (clear text), tạo ra lỗ hổng bảo mật nghiêm trọng, cho phép kẻ xấu có thể đánh cắp thông tin tài khoản người dùng. Thêm vào đó, hầu hết các thiết bị di động hiện nay đều kết nối Internet thông qua một thiết bị NAT (Network Address Translation). Cơ chế này, mặc dù giúp tiết kiệm địa chỉ IPv4 và tăng cường bảo mật, lại phá vỡ nguyên tắc kết nối ngang hàng (peer-to-peer) của VoIP, khiến các gói tin thoại không thể đến được đích. Việc không giải quyết triệt để hai vấn đề này sẽ khiến hệ thống không thể hoạt động ổn định và an toàn trong môi trường thực tế. Do đó, việc tìm hiểu và áp dụng các giải pháp như SIP Digest Authentication và NAT Traversal (STUN, TURN) là yêu cầu bắt buộc đối với bất kỳ mã nguồn VoIP Android nào muốn được triển khai rộng rãi.

2.1. Vấn đề xác thực dữ liệu và bảo mật trong giao thức SIP

Các bản tin SIP chứa thông tin nhạy cảm như username và password. Nếu truyền đi dưới dạng clear text, chúng dễ dàng bị bắt gói và đọc trộm. Để giải quyết, đồ án đã lựa chọn giải pháp SIP Digest Authentication, dựa trên cơ chế xác thực được định nghĩa trong RFC 2617. Theo phương pháp này, client không gửi mật khẩu trực tiếp. Thay vào đó, server gửi một giá trị "nonce" (dãy số dùng một lần). Client sử dụng nonce này kết hợp với username và password để tạo ra một chuỗi checksum (hash) bằng thuật toán MD5 và gửi lại cho server. Server thực hiện tính toán tương tự để xác thực. Bằng cách này, mật khẩu không bao giờ tồn tại dưới dạng clear text trên đường truyền, giúp bảo mật tài khoản người dùng một cách hiệu quả.

2.2. Bài toán vượt NAT NAT Traversal trong mạng di động

NAT (Network Address Translation) thay đổi địa chỉ IP và port trong các gói tin đi ra ngoài mạng nội bộ. Điều này khiến địa chỉ mà client gửi đi trong bản tin SIP (địa chỉ nội bộ) khác với địa chỉ mà server nhận được (địa chỉ công cộng của NAT). Để giải quyết vấn đề này cho các tín hiệu SIP, server sẽ ghi nhận địa chỉ IP và port công cộng của client và sử dụng thông tin này để gửi lại các bản tin phản hồi. Đối với luồng media (RTP), giải pháp được đề xuất là sử dụng STUN (Session Traversal Utilities for NAT). Client sẽ gửi yêu cầu tới một STUN server bên ngoài để xác định địa chỉ IP và port công cộng của mình, sau đó gửi thông tin này cho đầu cuối bên kia để thiết lập kết nối RTP trực tiếp.

III. Giải pháp kiến trúc Client Server cho hệ thống VoIP

Để xây dựng một hệ thống VoIP ổn định và có khả năng mở rộng, việc thiết kế một kiến trúc phù hợp là yếu tố tiên quyết. Đồ án của Nguyễn Khắc Vinh đã lựa chọn mô hình kiến trúc client-server kết hợp với peer-to-peer, một mô hình tiêu chuẩn trong ngành VoIP. Trong đó, thành phần Server đóng vai trò trung tâm điều phối, xác thực và định tuyến cuộc gọi, còn thành phần Client là các ứng dụng softphone trên di động. Phía Server, nghiên cứu đã chọn Kamailio (trước đây là OpenSER), một SIP Proxy mã nguồn mở hiệu năng cao, có khả năng xử lý hàng nghìn cuộc gọi mỗi giây. Kamailio đóng hai vai trò chính: Proxy Server để chuyển tiếp các bản tin SIP và Registrar Server để quản lý trạng thái và vị trí của người dùng. Phía Client, ứng dụng VoIP Android được phát triển để hoạt động như một User Agent (UA), có thể đóng vai trò là User Agent Client (UAC) khi khởi tạo cuộc gọi, và User Agent Server (UAS) khi nhận cuộc gọi. Sự kết hợp giữa một server mạnh mẽ và một client linh hoạt tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh, đảm bảo luồng thông tin được xử lý hiệu quả, từ quá trình đăng ký tài khoản cho đến khi thiết lập và kết thúc một cuộc gọi thoại.

3.1. Vai trò của Server Lựa chọn Kamailio làm SIP Proxy

Kamailio được chọn làm SIP server trung tâm nhờ vào hiệu năng vượt trội và khả năng mở rộng. Nó hoạt động như một tổng đài IP PBX linh hoạt, có nhiệm vụ chính là định tuyến các bản tin SIP. Khi một người dùng (UAC) muốn thực hiện cuộc gọi, yêu cầu INVITE sẽ được gửi đến Kamailio. Kamailio, với vai trò là Registrar, sẽ tra cứu trong cơ sở dữ liệu để tìm địa chỉ IP hiện tại của người nhận và chuyển tiếp yêu cầu đến đó. Quan trọng là, sau khi phiên gọi đã được thiết lập thành công, Kamailio sẽ không tham gia vào quá trình truyền tải âm thanh. Luồng media RTP sẽ được truyền trực tiếp giữa hai client (peer-to-peer), giúp giảm tải cho server và tối ưu hóa đường truyền.

3.2. Cấu trúc Client Xây dựng ứng dụng Softphone Android

Ứng dụng client trên Android được thiết kế để tương tác với người dùng và giao tiếp với SIP server. Kiến trúc của ứng dụng được chia thành nhiều lớp rõ ràng. Lớp giao diện (UI) chịu trách nhiệm hiển thị các màn hình như danh bạ, lịch sử cuộc gọi, màn hình gọi điện. Lớp dịch vụ (Service) chạy ngầm để duy trì kết nối với server, lắng nghe các cuộc gọi đến ngay cả khi ứng dụng không mở. Lớp này sử dụng thư viện PJSIP để xử lý các giao thức SIP và RTP. Lớp mô hình (Models) định nghĩa các đối tượng dữ liệu như tài khoản, tin nhắn, cuộc gọi. Cuối cùng, lớp tiện ích (Utils) chứa các công cụ hỗ trợ như truy cập cơ sở dữ liệu SQLite và quản lý kết nối mạng. Cấu trúc này giúp ứng dụng dễ bảo trì và mở rộng.

IV. Hướng dẫn lập trình ứng dụng VoIP Android với PJSIP

Phát triển một ứng dụng gọi điện Android từ đầu là một công việc phức tạp. Đồ án đã đưa ra một lựa chọn thông minh khi sử dụng PJSIP, một thư viện mã nguồn mở, đa nền tảng viết bằng ngôn ngữ C. Thư viện PJSIP nổi bật với hiệu năng cao, kích thước nhỏ và tích hợp sẵn đầy đủ các thành phần cần thiết cho một ứng dụng VoIP: một SIP stack hoàn chỉnh, một media framework mạnh mẽ và các cơ chế NAT Traversal. Việc tích hợp PJSIP vào một dự án Android được thực hiện thông qua JNI (Java Native Interface), cho phép mã Java gọi các hàm được viết bằng C. Đồ án đã trình bày chi tiết các bước để biên dịch PJSIP cho nền tảng Android, tạo ra file thư viện liên kết động (.so). Sau khi tích hợp, việc lập trình Android trở nên đơn giản hơn. Lập trình viên có thể tập trung vào việc xây dựng giao diện người dùng và logic nghiệp vụ, trong khi các tác vụ phức tạp như gửi nhận bản tin SIP, mã hóa/giải mã codec âm thanh (Opus, G.711), và quản lý luồng RTP đã được PJSIP xử lý một cách hiệu quả. Đây là một phương pháp tiếp cận thực tiễn, giúp giảm đáng kể thời gian và chi phí phát triển.

4.1. Lựa chọn thư viện PJSIP Ưu điểm và cách tích hợp

PJSIP được chọn vì nhiều lý do. Thứ nhất, nó được viết bằng C, mang lại hiệu năng cao và độ ổn định, rất quan trọng cho các ứng dụng thời gian thực. Thứ hai, nó có kích thước nhỏ (small footprint), phù hợp với các thiết bị di động có tài nguyên hạn chế. Thứ ba, PJSIP là một thư viện toàn diện, đã đóng gói sẵn các module xử lý media và NAT, giúp lập trình viên không cần tích hợp nhiều thư viện riêng lẻ. Việc tích hợp vào Android SDK đòi hỏi sử dụng Android NDK (Native Development Kit) để biên dịch mã nguồn C thành thư viện .so. Sau đó, trong ứng dụng Android, thư viện này được nạp vào bộ nhớ và các hàm của nó có thể được gọi thông qua JNI, tạo thành cầu nối giữa thế giới Java của Android và thế giới C của PJSIP.

4.2. Thiết kế cơ sở dữ liệu SQLite cho lịch sử và tài khoản

Mỗi ứng dụng Android cần một nơi để lưu trữ dữ liệu bền vững. Đồ án sử dụng SQLite, hệ cơ sở dữ liệu tích hợp sẵn trong Android. Cấu trúc cơ sở dữ liệu được thiết kế gồm các bảng chính: Account (lưu thông tin tài khoản SIP như username, password, server), CallLog (lưu lịch sử các cuộc gọi đi, đến, và nhỡ), và Message (lưu trữ các tin nhắn tức thời). Một lớp DBAdapter được tạo ra để xử lý tất cả các thao tác với CSDL như thêm, sửa, xóa, và truy vấn dữ liệu. Thiết kế này đảm bảo rằng thông tin người dùng được lưu trữ cục bộ, cho phép ứng dụng hoạt động nhanh chóng và có thể truy cập lịch sử ngay cả khi không có kết nối mạng.

V. Kết quả thực tiễn từ đồ án xây dựng VoIP trên Android

Kết quả của luận văn tốt nghiệp CNTT này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà đã xây dựng thành công một hệ thống VoIP hoạt động được. Ứng dụng client trên Android có đầy đủ các chức năng cơ bản của một softphone: quản lý nhiều tài khoản SIP, thực hiện và nhận cuộc gọi, hiển thị lịch sử cuộc gọi và gửi tin nhắn tức thời. Về mặt hiệu năng, hệ thống đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan. Khi sử dụng mạng Wi-Fi, chất lượng cuộc gọi tốt, độ trễ thấp, tương đương với các dịch vụ gọi điện thương mại. Trên mạng 3G, chất lượng thoại có phần suy giảm và độ trễ lớn hơn, đây là một hạn chế cố hữu của mạng di động. Hệ thống đã chứng minh được tính đúng đắn của kiến trúc và các giải pháp công nghệ đã chọn. Việc sử dụng Kamailio server đảm bảo khả năng chịu tải cao, trong khi thư viện PJSIP giúp ứng dụng client hoạt động ổn định và hiệu quả. Đồ án đã thành công trong việc tạo ra một sản phẩm thử nghiệm, là nền tảng vững chắc để Trung tâm phần mềm Viettel tiếp tục phát triển các dự án VoIP quy mô lớn hơn trong tương lai, bao gồm cả việc hỗ trợ gọi video call qua IP.

5.1. Các chức năng chính của ứng dụng VoIP Android hoàn chỉnh

Ứng dụng Voip Android được phát triển trong đồ án bao gồm một loạt các chức năng cốt lõi. Chức năng quản lý tài khoản cho phép người dùng thêm, sửa, xóa và đăng ký/hủy đăng ký tài khoản với SIP server. Chức năng quản lý cuộc gọi cho phép thiết lập một cuộc gọi đến một địa chỉ SIP URI, trả lời hoặc từ chối cuộc gọi đến, giữ máy (hold), và tắt/bật micro hoặc loa ngoài. Toàn bộ lịch sử cuộc gọi (call logs) đều được lưu trữ và hiển thị. Ngoài ra, ứng dụng còn hỗ trợ gửi và nhận tin nhắn tức thời (Instant Messaging), một tính năng quan trọng trong các ứng dụng liên lạc hiện đại.

5.2. Đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống đã xây dựng

Hệ thống có nhiều ưu điểm nổi bật. Về phía server, Kamailio đảm bảo hiệu năng và khả năng mở rộng. Về phía client, PJSIP giúp rút ngắn thời gian phát triển và đảm bảo hiệu suất. Hệ thống tận dụng được hạ tầng mạng IP có sẵn, giúp tiết kiệm chi phí đàm thoại. Tuy nhiên, hệ thống vẫn còn một số nhược điểm. Giao diện người dùng chưa được tối ưu hoàn toàn về trải nghiệm. Chất lượng đàm thoại trên mạng 3G còn phụ thuộc nhiều vào điều kiện mạng. Đặc biệt, hệ thống chưa triển khai các cơ chế bảo mật nâng cao cho luồng media như SRTP, khiến các cuộc hội thoại có nguy cơ bị nghe lén.

VI. Kết luận và định hướng phát triển hệ thống VoIP Android

Đồ án "Xây Dựng Hệ Thống VoIP Trên Android" của Nguyễn Khắc Vinh đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra. Công trình đã đi sâu nghiên cứu công nghệ VoIP, tìm hiểu lập trình Android và xây dựng thành công một hệ thống VoIP cơ bản từ client đến server. Đây là một minh chứng rõ ràng về tính khả thi và tiềm năng của việc ứng dụng VoIP trên nền tảng di động. Những kết quả đạt được là nền tảng quý giá cho các nghiên cứu và phát triển sâu hơn. Hướng phát triển trong tương lai cho hệ thống này rất rộng mở. Trước hết, cần cải tiến giao diện người dùng để thân thiện và tiện lợi hơn. Vấn đề quan trọng nhất là nâng cao bảo mật, cần áp dụng các giao thức mã hóa như TLS cho tín hiệu SIP và SRTP cho luồng media để chống nghe lén và giả mạo. Ngoài ra, việc tối ưu hóa các codec âm thanh và thuật toán xử lý để cải thiện chất lượng cuộc gọi trên mạng 3G/4G là một hướng đi cần thiết. Cuối cùng, hệ thống có thể được mở rộng để hỗ trợ các tính năng cao cấp hơn như hội nghị đa điểm (conference calls) và gọi video call qua IP, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

6.1. Tự đánh giá các nhiệm vụ đã hoàn thành trong luận văn

Nhìn chung, đồ án đã thực hiện thành công các nhiệm vụ trọng tâm. Việc nghiên cứu lý thuyết về công nghệ VoIP, giao thức SIP, RTP và các thách thức như NAT đã được trình bày chi tiết. Việc xây dựng ứng dụng client trên Android dựa vào thư viện PJSIP đã được hoàn thành, tạo ra một sản phẩm hoạt động được. Một hệ thống VoIP cơ bản bao gồm cả server và client đã được thiết lập và thử nghiệm, chứng minh được các khái niệm đã nghiên cứu. Đồ án là một công trình toàn diện, thể hiện khả năng nghiên cứu độc lập và ứng dụng kiến thức vào giải quyết bài toán thực tế của sinh viên.

6.2. Các hướng cải tiến Bảo mật TLS SRTP và chất lượng 3G

Để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế, một số cải tiến là bắt buộc. Về bảo mật, cần triển khai TLS (Transport Layer Security) để mã hóa các bản tin SIP, ngăn chặn việc đọc trộm thông tin đăng nhập. Đồng thời, SRTP (Secure Real-time Transport Protocol) phải được áp dụng để mã hóa luồng âm thanh, đảm bảo tính riêng tư của cuộc hội thoại. Về chất lượng, đặc biệt là trên mạng 3G, cần nghiên cứu các codec âm thanh hiện đại hơn như Opus, vốn được thiết kế để hoạt động tốt trong điều kiện mạng không ổn định, giúp giảm độ trễ và cải thiện chất lượng thoại một cách đáng kể.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng hệ thống Voip trên hệ điều hành Android" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Khắc Vinh (lớp CNPM-K51, Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội) dưới sự hướng dẫn của ThS. Vũ Đức Vượng. Quá trình nghiên cứu và phát triển diễn ra tại Phòng R&D thuộc Trung tâm Phần mềm Viettel trong khoảng thời gian từ ngày 28/02/2011 đến ngày 28/05/2011, nằm trong khuôn khổ dự án nghiên cứu thử nghiệm công nghệ VoIP của đơn vị.

Bối cảnh thực tiễn được tác giả nêu rõ xuất phát từ sự dịch chuyển hạ tầng viễn thông: công nghệ truyền thoại qua giao thức mạng IP (Voice over Internet Protocol - VoIP / IP Telephony) ra đời nhằm thay thế hệ thống mạng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) truyền thống. Tại thời điểm nghiên cứu, hạ tầng mạng Internet cáp và Wi-Fi đã phủ rộng khắp các phòng ban trong các doanh nghiệp, trong khi nhu cầu liên lạc thoại nội bộ là rất lớn. Việc triển khai một hệ thống VoIP nội bộ cho phép tận dụng triệt để hạ tầng mạng IP sẵn có, từ đó tối thiểu hóa chi phí liên lạc giữa các nhân viên xuống mức gần như bằng không. Đồng thời, sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị di động chạy hệ điều hành Android mở ra khả năng biến điện thoại thông minh thành một đầu cuối SIP (SIP phone) di động linh hoạt.

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là tìm hiểu kiến trúc VoIP, hệ điều hành Android và xây dựng hoàn thiện một hệ thống VoIP hoàn chỉnh (gồm cả phía server và demo ứng dụng client trên Android) để thử nghiệm tính khả thi, làm tiền đề phục vụ cho các dự án tiếp theo của Trung tâm Phần mềm Viettel.

Văn bản xác định 7 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:

1. Tìm hiểu về kiến trúc của VoIP.
2. Tìm hiểu về hệ điều hành Android.
3. Tìm hiểu thư viện hỗ trợ để lập trình VoIP Client trên Android.
4. Chọn proxy/server để xây dựng hệ thống.
5. Dùng thư viện và server đã chọn xây dựng một hệ thống VoIP cơ bản.
6. Bảo mật cho tài khoản khi đăng kí với server.
7. Tìm hiểu và lựa chọn giao thức vượt NAT.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là kiến trúc báo hiệu và truyền thông đa phương tiện thời gian thực trong mạng IP, nền tảng Android (API level 8) và giải pháp tích hợp thư viện mã nguồn gốc (C/C++) vào Java. Phạm vi triển khai thực tế bao gồm máy chủ Kamailio cài đặt trên hệ điều hành Debian Linux tích hợp cơ sở dữ liệu MySQL và ứng dụng softphone client chạy trên thiết bị Android, thử nghiệm trong môi trường mạng nội bộ (LAN/Wi-Fi) và mạng di động 3G.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng giải pháp kỹ thuật dựa trên các chuẩn giao thức mở và nền tảng phát triển ứng dụng di động:

Khung lý thuyết và giao thức kỹ thuật

• Giao thức khởi tạo phiên (SIP - Session Initiation Protocol): Giao thức tầng ứng dụng hoạt động theo cơ chế văn bản thuần (clear text) để thiết lập, hiệu chỉnh và chấm dứt các phiên truyền thông đa phương tiện. Quá trình trao đổi tham số media (IP, cổng, codec âm thanh) giữa các User Agent (UA) sử dụng giao thức mô tả phiên SDP (Session Description Protocol). Các phương thức SIP chính gồm INVITE, ACK, BYE, CANCEL, REGISTER, OPTIONS và các lớp mã phản hồi từ 1xx đến 6xx.
• Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP/RTCP): RTP (Real-time Transport Protocol) chịu trách nhiệm vận chuyển trực tiếp luồng gói tin thoại đã số hóa; RTCP (RTP Control Protocol) chiếm khoảng 5% băng thông dùng để thu thập thông số chất lượng truyền dẫn nhằm tối ưu đường truyền.
• Chuẩn số hóa âm thanh (Audio Codecs): Tài liệu phân tích và so sánh các chuẩn mã hóa do ITU đề xuất:

Chuẩn Codec	Tốc độ truyền (Bitrate)	Tần số lấy mẫu	Đặc tính kỹ thuật và chất lượng
G.711	64 Kbps	3.4 kHz	Chuẩn mặc định cho mạng PSTN và VoIP; âm thanh không nén.
G.729	8 Kbps	3.4 kHz	Dữ liệu âm thanh nén, cân bằng giữa chất lượng thoại và tải băng thông; hỗ trợ rộng rãi trên IP phone.
G.723.1	5.3 hoặc 6.3 Kbps	3.4 kHz	Nén cao giúp giảm băng thông nhưng chất lượng âm thanh thấp; ít phổ biến trong VoIP.
G.722	64 Kbps	7 kHz	Băng thông rộng, độ trung thực âm thanh cao nhờ dải tần rộng.

Đồ án chọn chuẩn G.729 nhằm cân bằng tối ưu giữa chất lượng âm thanh và mức tiêu thụ băng thông trên đường truyền di động.

• Cơ chế xác thực SIP Digest (RFC 2617): Khắc phục nhược điểm truyền text thuần của SIP. Server phát sinh chuỗi nonce (dùng một lần) gửi cho client. Client mã hóa mật khẩu kèm username, realm, nonce, cnonce bằng hàm băm MD5 để trả về chuỗi băm response. Mật khẩu gốc không truyền qua mạng dưới dạng bản rõ.
• Kỹ thuật vượt NAT (NAT Traversal): Sử dụng ghi nhận cặp địa chỉ IP:port ngoại vi tại SIP Server đối với bản tin báo hiệu SIP; sử dụng giao thức STUN (Session Traversal Utilities for NAT) để phân giải địa chỉ công khai cho luồng dữ liệu RTP, đồng thời ghi nhận hạn chế không vượt được Symmetric NAT.
• Nền tảng Android (API level 8): Vận dụng mô hình chu trình sống 4 trạng thái của Activity (active/running, paused, stop, killed), Service chạy ngầm, cơ chế truyền thông điệp Intent (Explicit/Implicit Intent) và Intent Filter, hệ thống thông báo Notification, và cơ sở dữ liệu nhúng SQLite lưu tại thư mục /data/data/<package_name>/databases.

Phương pháp nghiên cứu và phát triển

Tác giả áp dụng quy trình công nghệ phần mềm thực nghiệm:

• Phân tích yêu cầu chức năng qua mô hình ca sử dụng (Use Case) và phân tích tương tác qua biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram).
• Kỹ thuật bao bọc và biên dịch mã nguồn gốc (Native Code Integration): Biên dịch thư viện PJSIP (viết bằng C) thông qua bộ Android NDK (phiên bản android-ndk-r4-crystax-4) để sinh thư viện liên kết động libpjsipjni.so cho kiến trúc CPU armeabi và armeabi-v7a.
• Triển khai máy chủ mã nguồn mở Kamailio v3.0 / v3.1 kết hợp module cơ sở dữ liệu db_mysql trên môi trường máy chủ Linux Debian.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo mô hình phân tán ngang hàng (peer-to-peer) kết hợp máy chủ định tuyến báo hiệu (Signaling Server):

[Voip Android Client A] <--- Signaling (SIP over UDP/TCP) ---> [Kamailio SIP Proxy/Registrar] <--- Signaling ---> [Voip Android Client B]
         |                                                                                                            |
         +--------------------------------- Media Stream (RTP/RTCP - Peer-to-Peer) -----------------------------------+

Triển khai máy chủ (Server-side)

Máy chủ Kamailio đóng hai vai trò: Proxy Server (tiếp nhận và chuyển tiếp bản tin SIP, không can thiệp vào luồng âm thanh) và Registrar Server (tiếp nhận bản tin REGISTER để lập ánh xạ SIP URI với địa chỉ IP:port trong cơ sở dữ liệu vị trí Location Database).

Quá trình biên dịch và cấu hình trên hệ điều hành Debian bao gồm:

1. Cài đặt các gói phụ trợ: git-core, gcc, flex, bison, libmysqlclient15-dev, make, libcurl4-openssl-dev, libxml2-dev, libpcre3-dev.
2. Tải mã nguồn Kamailio qua Git và cấu hình tham số biên dịch:
   • Cấu hình: make PREFIX="/usr/local/kamailio-3.1" FLAVOUR=kamailio include_modules="db_mysql dialplan" cfg
   • Biên dịch và cài đặt: make all và make install
3. Khởi tạo lược đồ cơ sở dữ liệu MySQL bằng công cụ script: /usr/local/sbin/kamdbctl create.
4. Cấu hình tệp /usr/local/etc/kamailio/kamailio.cfg kích hoạt các chỉ thị tiền xử lý: #!define WITH_MYSQL, #!define WITH_AUTH, #!define WITH_USRLOCDB.
5. Quản trị dịch vụ và người dùng qua tiện ích dòng lệnh: kamctl start, kamctl stop, và lệnh tạo tài khoản kamctl add <username> <password>.

Kiến trúc phần mềm phía máy khách (Client-side)

Mã nguồn ứng dụng được phân chia thành 4 gói (package) chính trên môi trường Eclipse tích hợp Android SDK:

• package service: Thành phần trung tâm vận hành tiến trình nền SipService. Lớp này chịu trách nhiệm nạp thư viện libpjsipjni.so, khởi tạo stack PJSUA, cấu hình giao thức truyền tải (UDP, TCP), thiết lập máy chủ STUN, ưu tiên codec âm thanh, duy trì đăng ký tài khoản và xử lý chuyển đổi âm thanh qua cơ chế Conference Bridge của PJSIP. Giao tiếp giữa giao diện người dùng và tiến trình nền được định nghĩa thông qua ngôn ngữ mô tả giao diện AIDL (Android Interface Definition Language) với giao diện ISipService. Lớp UAStateReceiver cài đặt các hàm callback từ PJSIP: on_incoming_call, on_call_state, on_pager, on_pager_status, on_reg_state, và on_call_media_state.
• package models: Chứa các lớp ánh xạ dữ liệu và trạng thái nghiệp vụ gồm SipMessage (lưu trữ nội dung tin nhắn tức thời, người gửi, người nhận), CallInfo (quản lý định danh cuộc gọi callId, trạng thái cuộc gọi, số hiệu cổng đàm thoại confPort), IAccount (thông tin tài khoản SIP, tên hiển thị, mật khẩu, thời gian hết hạn đăng ký reg_timeout, chu kỳ duy trì kết nối ka_interval), và AccountState (mã trạng thái và tính hợp lệ của tài khoản).
• package utils: Cung cấp lớp DBAdapter để đóng gói các truy vấn thao tác với cơ sở dữ liệu SQLite, lớp PreferencesWrapper, lớp Compatibility kiểm tra phiên bản API và phần cứng loa/mic, cùng lớp MediaManager phối hợp với AudioFocusWrapper (AudioFocus3 hoặc AudioFocus8) và luồng Ringer để quản lý chuông và chuyển đổi đầu ra âm thanh.
• package ui: Các màn hình tương tác người dùng gồm MainScreen, AccountList (áp dụng mẫu thiết kế Factory Pattern với các lớp AccountFormFactory, SimpleAccountForm, AbstractAccountForm), InCallActivity (chứa các widget tùy biến kế thừa FrameLayout là InCallInfo và InCallControls), ConversationList và OutgoingCallChooser.

Thiết kế cơ sở dữ liệu SQLite

Cơ sở dữ liệu cục bộ của ứng dụng có cấu trúc gồm 3 bảng chính:

Tên bảng	Các trường dữ liệu chính	Kiểu khóa / Ràng buộc	Ý nghĩa và chức năng lưu trữ
Account	id, display_name, transport, active, account_id, reg_timeout, ka_interval, data, datatype, scheme, username, realm	id (Khóa chính)	Lưu thông tin cấu hình tài khoản SIP, thông tin xác thực (dạng plain hoặc digest), địa chỉ server và giao thức kết nối.
CallLogs	id, name, date, duration, number, type	id (Khóa chính)	Ghi nhận nhật ký lịch sử cuộc gọi: tên liên hệ, ngày giờ thực hiện, thời lượng đàm thoại, SIP URI đối tác, phân loại (gọi đến, gọi đi, gọi nhỡ).
Messages	id, sender, receiver, body, date, status, read	id (Khóa chính)	Quản lý các tin nhắn tức thời (SIP MESSAGE): URI người gửi, URI người nhận, nội dung văn bản, thời gian, trạng thái gửi và cờ đã đọc.

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục khóa luận được kết cấu chặt chẽ theo các phần nội dung trong tài liệu:

Mở đầu

Chương này giới thiệu tổng quan về xu thế công nghệ VoIP, lý do lựa chọn đề tài xây dựng hệ thống trên nền tảng Android nhằm phục vụ nhu cầu liên lạc thoại nội bộ giá rẻ trong doanh nghiệp. Tác giả giới thiệu môi trường nghiên cứu thực tế tại Phòng R&D của Trung tâm Phần mềm Viettel, cơ cấu nhân sự tham gia dự án (gồm Quản trị dự án Đỗ Đình Thắng, thành viên Đào Hải Hưng và Nguyễn Khắc Vinh) và tóm tắt cấu trúc phân bổ các chương mục trong đồ án tốt nghiệp.

Phần I: Đặt vấn đề và định hướng giải pháp

Chương này tập trung giải quyết các bài toán cơ sở lý luận và lựa chọn công nghệ:

• Trình bày tổng quan 7 nhiệm vụ kỹ thuật cần giải quyết của đề tài.
• Trình bày chi tiết lý thuyết nền tảng về VoIP, cấu trúc khung bản tin SIP, mô tả phiên SDP và nguyên lý truyền thông RTP/RTCP; phân tích ưu nhược điểm của 4 chuẩn mã hóa âm thanh (G.711, G.729, G.723.1, G.722).
• Khái quát kiến trúc thành phần của hệ điều hành Android (Activity, Service, Intent, Broadcast Receiver, Notification, cơ sở dữ liệu SQLite và tệp cấu hình AndroidManifest.xml).
• Đặt ra hai thách thức kỹ thuật then chốt: nguy cơ mất an toàn thông tin do SIP truyền dưới dạng văn bản rõ và rào cản phân giải gói tin qua các thiết bị biên dịch địa chỉ mạng (NAT).
• Đề xuất định hướng giải pháp: sử dụng xác thực SIP Digest theo chuẩn RFC 2617; giải quyết vượt NAT cho báo hiệu SIP thông qua cơ chế ghi nhận cổng mặt ngoài của SIP Server và cho gói tin RTP thông qua giao thức STUN.
• Phân tích và đưa ra quyết định lựa chọn công cụ: chọn chuẩn SIP và RTP làm nền tảng báo hiệu và truyền thông; chọn codec G.729; lựa chọn bộ thư viện PJSIP (viết bằng C, dung lượng nhỏ gọn, hỗ trợ sẵn xử lý media và NAT) để phát triển client; lựa chọn máy chủ mã nguồn mở Kamailio (OpenSER cũ) với khả năng xử lý hàng nghìn cuộc gọi mỗi giây làm SIP Proxy và Registrar Server.

Phần II: Xây dựng hệ thống VoIP

Chương này là phần nội dung thực nghiệm trọng tâm của đồ án:

• Khảo sát và phân tích yêu cầu: Xác định các ràng buộc kỹ thuật (ngôn ngữ Java, công cụ Eclipse kết hợp Android SDK, máy chủ nền UNIX) và yêu cầu hiệu năng (phục vụ nhiều người dùng đồng thời, duy trì chất lượng cuộc gọi ổn định).
• Mô hình kiến trúc tổng quan: Xây dựng mô hình tương tác phân tán giữa client (UA đóng cả vai trò UAC và UAS) và signaling server Kamailio; xây dựng biểu đồ Use Case mô tả các tác vụ: quản lý tài khoản (thêm, sửa, xóa, đăng ký/hủy đăng ký), quản lý tin nhắn tức thời và quản lý cuộc gọi thoại.
• Biểu đồ tuần tự nghiệp vụ: Chi tiết hóa quy trình tương tác qua biểu đồ tuần tự cho các chức năng: thêm/xem danh sách tài khoản, xóa/sửa tài khoản, xem/xóa nhật ký cuộc gọi, xem/xóa tin nhắn và quy trình gửi tin nhắn - thiết lập cuộc gọi thoại.
• Triển khai máy chủ Kamailio: Hướng dẫn từng bước từ chuẩn bị gói phụ trợ, tải mã nguồn Git, chỉnh sửa Makefiles tích hợp module db_mysql và dialplan, biên dịch, cài đặt vào thư mục /usr/local/kamailio-3.1, khởi tạo cơ sở dữ liệu bằng kamdbctl và cấu hình tệp kamailio.cfg.
• Biên dịch thư viện phía Client: Hướng dẫn sử dụng Android NDK (android-ndk-r4-crystax-4) biên dịch gói pjsip_android tạo ra tệp thư viện liên kết động libpjsipjni.so.
• Thiết kế cơ sở dữ liệu và chi tiết cài đặt ứng dụng: Định nghĩa cấu trúc các bảng Account, CallLogs, Messages; chi tiết hóa mã nguồn các lớp nòng cốt trong SipService (xử lý logic cuộc gọi, cơ chế giữ máy, ngắt kết nối, tắt mic, bật loa ngoài), MediaManager (kết nối cổng âm thanh hai chiều qua conference bridge của PJSIP), UAStateReceiver, SipNotifications, các lớp mô hình dữ liệu (SipMessage, CallInfo, IAccount, AccountState), và các thành phần giao diện (AccountFormFactory, InCallActivity, các widget InCallInfo, InCallControls).

Kết luận

Chương kết luận tổng hợp mức độ hoàn thành công việc so với mục tiêu ban đầu, chỉ ra những hạn chế kỹ thuật còn tồn đọng và đề xuất các định hướng nghiên cứu, hoàn thiện hệ thống trong giai đoạn tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm

• Xây dựng thành công hệ thống VoIP hoàn chỉnh theo mô hình Client-Server. Phía máy chủ vận hành ổn định trên nền Debian Linux sử dụng Kamailio 3.0/3.1 kết hợp MySQL, có năng lực xử lý hàng nghìn phiên giao dịch mỗi giây theo thiết kế của mã nguồn mở.
• Phía máy khách, ứng dụng softphone Android biên dịch thành công tệp libpjsipjni.so (hỗ trợ kiến trúc armeabi và armeabi-v7a), tích hợp giao diện điều khiển bằng Java thông qua AIDL và JNI (org.pjsua).
• Ứng dụng thực hiện đầy đủ các chức năng: đăng ký tài khoản với cơ chế bảo mật SIP Digest (xác thực MD5 challenge/response không lộ mật khẩu dạng clear text), khởi tạo và tiếp nhận cuộc gọi hai chiều qua RTP, gửi và nhận tin nhắn tức thời (SIP MESSAGE), tạm dừng cuộc gọi (hold), ngắt cuộc gọi, quản lý trạng thái âm thanh (mute, speaker) và lưu trữ cục bộ danh sách tài khoản, lịch sử đàm thoại, tin nhắn bằng SQLite.
• Thử nghiệm kiểm tra khả năng tương tác liên hệ thống (interoperability) thành công giữa ứng dụng VoIP Android với phần mềm softphone chuẩn công nghiệp X-Lite 3.0 trên máy tính cá nhân. Thử nghiệm trên mạng Wi-Fi ghi nhận chất lượng đàm thoại tương đối tốt.

Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất

• Xử lý ưu tiên cuộc gọi mạng viễn thông: Đăng ký lắng nghe sự kiện của hệ điều hành Android; khi có cuộc gọi mạng di động (GSM) đến, hệ thống tự động ưu tiên GSM và tạm dừng (hold) cuộc gọi VoIP IP, sau khi kết thúc cuộc gọi GSM mới khôi phục lại kết nối VoIP.
• Xử lý biến động mạng: Khi thiết bị chuyển đổi hạ tầng kết nối mạng (từ 3G sang Wi-Fi hoặc ngược lại), địa chỉ IP cục bộ thay đổi, tác giả cài đặt giải pháp tự động tái khởi động SipService để đăng ký lại phiên làm việc với SIP Server.
• Cấu hình linh hoạt cơ chế vượt NAT: Cung cấp tùy chọn cấu hình máy chủ STUN (như stun.fwdnet.net hoặc stun.counterpath.com) trong màn hình cài đặt, cho phép người dùng chủ động bật STUN khi ở mạng ngoài và tắt đi khi kết nối trong mạng LAN nội bộ.

Đóng góp kỹ thuật tự nêu

• Làm chủ quy trình tích hợp thư viện mã nguồn mở C/C++ (PJSIP) vào môi trường lập trình ứng dụng Android thông qua bộ công cụ phát triển mã gốc NDK (Crystax NDK r4) tại thời điểm nền tảng Android (API 8) còn hạn chế về hỗ trợ VoIP gốc.
• Đưa ra giải pháp kiến trúc phần mềm client hoàn chỉnh, tách biệt giao diện người dùng và tiến trình chạy ngầm xử lý giao thức viễn thông thông qua giao tiếp liên tiến trình AIDL, đảm bảo thiết bị vẫn nhận được cuộc gọi và tin nhắn ngay cả khi ứng dụng chính không hiển thị trên màn hình.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế kỹ thuật

Dựa trên đánh giá khách quan của tác giả trong văn bản, hệ thống còn tồn tại một số điểm hạn chế:

• Giao diện của một số chức năng chưa được thiết kế tối ưu, chưa đạt được độ tiện dụng và thân thiện cao nhất cho người dùng.
• Ứng dụng hoàn toàn thiếu chức năng quản lý danh bạ lưu trữ các địa chỉ SIP URI.
• Đăng ký tài khoản người dùng mới chưa được tích hợp trên client mà phải đăng ký thủ công qua giao diện web của nhà cung cấp dịch vụ hoặc tạo trực tiếp bằng dòng lệnh trên server.
• Chất lượng đàm thoại khi thử nghiệm trên hạ tầng mạng di động 3G còn thấp, độ trễ truyền gói tin còn lớn do đặc tính trễ của mạng di động tại thời điểm nghiên cứu.
• Hệ thống chưa hỗ trợ bảo mật mã hóa cho bản tin báo hiệu SIP (chưa áp dụng TLS) và chưa mã hóa luồng dữ liệu thoại RTP (chưa áp dụng SRTP), dẫn đến nguy cơ bị nghe lén hoặc giả mạo.
• Phía máy chủ Kamailio chưa có giao diện quản trị người dùng trên nền web mà phụ thuộc hoàn toàn vào các lệnh script điều khiển (kamctl).
• Giải pháp vượt NAT bằng STUN không thể giải quyết được bài toán kết nối nếu client nằm sau thiết bị mạng thuộc loại Symmetric NAT.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo

• Cải tiến và chuẩn hóa giao diện người dùng để tăng tính tiện dụng và thẩm mỹ.
• Nâng cao năng lực bảo mật toàn diện: triển khai giao thức TLS để mã hóa các gói tin báo hiệu SIP và tích hợp cơ chế bảo vệ luồng thoại chống nghe lén.
• Xây dựng giao diện web quản trị tập trung phía máy chủ để quản lý người dùng và cấu hình dịch vụ trực quan.
• Tối ưu hóa các bộ codec âm thanh nhằm nâng cao chất lượng nén và giảm thiểu độ trễ khi truyền thông qua mạng di động 3G.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho sinh viên các ngành Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Phần mềm và Mạng truyền thông - Viễn thông khi nghiên cứu về kiến trúc VoIP và lập trình softphone.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

• Quy trình chi tiết biên dịch thư viện C/C++ đa nền tảng bằng Android NDK Crystax để tích hợp vào ứng dụng Android qua JNI.
• Kỹ thuật xây dựng kiến trúc dịch vụ chạy ngầm độc lập sử dụng AIDL để kết nối IPC giữa giao diện (Activity) và khối giao thức (Service), đảm bảo cơ chế nhận cuộc gọi/tin nhắn theo thời gian thực kết hợp hệ thống thông báo Android Notification.
• Phương pháp định tuyến và xử lý luồng âm thanh thông qua mô hình Conference Bridge trong PJSIP kết hợp với cơ chế quản lý trạng thái âm thanh (AudioFocus) trên hệ điều hành Android.
• Tài liệu thực hành cấu hình máy chủ SIP Kamailio kết nối cơ sở dữ liệu MySQL trên Linux Debian, làm nền tảng triển khai cho các hệ thống tổng đài IP quy mô vừa và lớn.

Câu hỏi thường gặp

1. Ứng dụng xử lý như thế nào khi người dùng nhận được cuộc gọi mạng di động thông thường (GSM) trong lúc đang đàm thoại VoIP?
Trong lớp SipService, ứng dụng đăng ký lắng nghe sự kiện thay đổi trạng thái từ hệ điều hành Android. Hệ thống thiết lập quy tắc ưu tiên cuộc gọi GSM cao hơn cuộc gọi VoIP: nếu có cuộc gọi GSM kích hoạt, ứng dụng sẽ tự động chuyển cuộc gọi VoIP sang trạng thái tạm dừng (hold); sau khi cuộc gọi GSM kết thúc, phiên kết nối VoIP mới được khôi phục lại để người dùng tiếp tục đàm thoại.

2. Làm thế nào để giải quyết vấn đề thay đổi địa chỉ IP khi thiết bị di động chuyển vùng kết nối giữa mạng Wi-Fi và mạng 3G?
Khi trạng thái mạng thay đổi (ví dụ chuyển từ Wi-Fi sang 3G hoặc ngược lại), địa chỉ IP nội bộ của thiết bị sẽ thay đổi theo. SipService phát hiện sự kiện này thông qua hệ thống Android OS và thực hiện khởi động lại (restart) dịch vụ, sau đó gửi lại bản tin REGISTER lên Kamailio server để cập nhật địa chỉ tiếp nhận mới vào cơ sở dữ liệu định vị (Location Database).

3. Cơ chế bảo vệ mật khẩu tài khoản khi đăng ký với máy chủ SIP Kamailio hoạt động ra sao?
Đồ án áp dụng cơ chế xác thực SIP Digest theo chuẩn RFC 2617. Khi client gửi bản tin REGISTER đầu tiên, máy chủ phản hồi mã 401 Unauthorized chứa chuỗi ngẫu nhiên dùng một lần (nonce). Client sử dụng thuật toán băm MD5 để tính toán chuỗi kiểm tra tổng hợp từ username, password, realm và nonce, rồi gửi kết quả băm trong trường response của bản tin đăng ký tiếp theo. Nhờ đó, mật khẩu không bao giờ truyền trên đường truyền dưới dạng bản rõ (clear text).

4. Vì sao đồ án sử dụng giao diện AIDL và tệp ISipService trong kiến trúc client?
Giao thức VoIP đòi hỏi duy trì kết nối mạng liên tục để lắng nghe cuộc gọi đến, do đó PJSIP được nạp và thực thi trong một tiến trình nền (SipService). Nền tảng Android yêu cầu cơ chế giao tiếp liên tiến trình (IPC) để các giao diện người dùng (Activity) điều khiển dịch vụ này. Tác giả sử dụng AIDL (Android Interface Definition Language) để sinh ra giao diện ISipService, đóng vai trò cầu nối cho phép các Activity gọi các phương thức dịch vụ như makeCall, hangup, hold, sendMessage, setSpeakerphoneOn và tiếp nhận thông báo trạng thái mà không làm gián đoạn chu trình sống của ứng dụng.

5. Điểm hạn chế chính của giải pháp vượt NAT bằng giao thức STUN trong đồ án là gì?
STUN giúp client gửi yêu cầu đến máy chủ STUN công cộng để xác định cặp địa chỉ và cổng công khai (public IP:port) tương ứng trên thiết bị NAT, từ đó gửi thông tin này qua bản tin SDP cho phía bên kia kết nối trực tiếp luồng RTP. Tuy nhiên, giải pháp này chỉ hoạt động với các loại NAT thông thường (như Full Cone, Restricted Cone, Port Restricted Cone). Nếu thiết bị client nằm sau một mạng Symmetric NAT (loại NAT thay đổi cổng cho mỗi đích kết nối khác nhau), giao thức STUN hoàn toàn mất tác dụng và không thể thiết lập luồng truyền thông ngang hàng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Khắc Vinh đã nghiên cứu toàn diện kiến trúc công nghệ VoIP và các thành phần cốt lõi của hệ điều hành di động Android. Tác giả đã thiết kế và triển khai thành công một hệ thống VoIP thực nghiệm hoàn chỉnh, kết hợp máy chủ định tuyến Kamailio v3.0 trên hệ điều hành Linux Debian với ứng dụng softphone đa luồng trên Android sử dụng thư viện gốc PJSIP biên dịch qua NDK. Kết quả thử nghiệm liên thông với phần mềm X-Lite 3.0 và khả năng đàm thoại ổn định trên mạng Wi-Fi đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật của giải pháp, cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết cho các nghiên cứu phát triển hệ thống truyền thông thoại qua giao thức IP trên thiết bị di động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề và định hướng giải pháp 1) Cac nhiệm vụ cần thực hiện trong đề tài 2. Cơ sở lý thuyết và công cụ sử dụng. PHÀN 2: Các kết quả đạt được 1. Phan tích yêu cầu 2.

Thiết kế hệ thống 3. Danh gia wu, nhuge diém ctia hé théng KET LUAN Két luận chung: tự đánh giá công việc làm được và chưa làm được, định hướng phát triển và hoàn thiện hệ thống trong tương lai. PHAN I: DAT VAN DE VA DINH HUONG GIAI PHAP 1 Tống quan về đề tài 1.1 Cac van dé cần giải quyết Tìm hiểu về kiến trúc của Voip Tìm hiểu về hệ điều hành Android Tìm hiểu thư viện hỗ trợ để lập trình Voip Client trên Android Chọn server để xây dựng hệ thống Dùng thư viện và server đã chọn xây dựng một hệ thống Voip co ban Bảo mật cho tài khoản khi đăng kí với server Tìm hiểu và lựa chọn giao thức vượt NAT 2 Giới thiệu tóm tắt về cơ sở lý thuyết 2.1 Giới thiệu về VOIP Trong một mạng VOIP, có 2 giao thức được sửàdựng chính .Giao thức đầu tiên là Signaling Protocol (giao thức báo hiệu): dừñ§›trông Việc Khởi tạo và quản lý các tương tác giữa cdc user session bao gdm voicesevideos instant messaging. Giao thire thir hai 1a speech transmission protocol; Siaohtre\taayemtiéng noi.

Cả hai giao thức yêu cầu tat cả các thông tin được truyền tảïÏỀtrong cắc bói. Cho tới nay có một vài chuẩn cho signaling protocols, gdm cớ3H.Còn RTP là chuẩn cho speech transmission protocol duge str dung trong céemang’ VOIP .Tin hiéu tiếng nói được số hóa, đóng gói trong các gói tin và được truyền thồng qua mang IP .Ta cần rất nhiều các gói tin mới có thê truyền tải đượềymộàâm đồn do một người phát ra .Tín hiệu voice được số hóa bằng các sử dụng.mộ:tròngcăc chuân G. DNS Server Outgoing Incoming: proxy | proxy (BomainA) (ĐomaainB) SIP User agentA@DomainA User agentB@DomainB starting the call receiving the call Figure 1: Kiến trúc của hệ thong Voip Proxy server là một thiết bị trung gian nhận SIP requếểÊtừ tuột Client và sau đó chuyển tiếp request cho tới khi tới được sip client cần tớiếProxy£seveblà thành phần quan trọng trong hệ thống VoIP, cho phép các user agentstrao.đôï\thông tin, đăng ký người dùng và quản lý trạng thái user agent .Proxy server KHÔNGìthựẻ hiện chuyên mạch điện thoại (telephone switch) .Khi proxy server thiết lập một €uộc goi (peer-to-peer), server sé không tham gia vào quá trìnhẦruYễn tầi tiếng nói .Các gói tin chứa tiếng nói được truyền trực tiếp từ một phone tới một .pRontkháè Ngoài ra còn có Registrar servér Xứ'lý các requests từ các UAC để đăng ký vi tri (ip, port) cua UAC do .RegiStrar server thường được đặt cùng với proxy server 2.1 Giới thiệu về SIP SIP là giao thức tâg)application trong mô hình OSI nó được sử đụng đề thiết lập, thay đổi, vàkếtYhúc cá©-session, SIP là giao thức thuần text (clear text) .Thiết lập các tham số vé media duge sit dung (codec, ip, port) gitta cac UA théng qua Session Description Protocol (SDP) .Giao thức SIP được thiết kế là một phần của một kiến trúc đa phương tiện bao gồm các giao thức khác như RTP, SDP .Tuy nhiên SIP không phụ thuộc vào các giao thức khác để làm viéc .Dia chi SIP giống như một địa chỉ email, ví dụ như: johndoe()sipA. Các phương thức có trong SIP gồm có: INVITE = Thiết lập phiên ACK = Xác nhận yêu cầu INVTTE BYE = Kết thúc phiên CANCEL = Hủy bỏ việc thiết lập phiên REGISTER = Trao déi thông tin địa điểm người dùng (tên may, IP) OPTIONS = Trao đối các thông tin về khả năng của các điện thoại SIP goi va nghe trong phiên Đáp úng cho các phương thức trên dưới dạng là text như trong HTML, có 6 loại Phản hồi SIP: 1xx = phản hồi thông tin, ví đụ 180, có nghĩa là đang đỗ chuông 2xx = phản hồi thành công 3xx = phán hồi chuyển hướng 4xx = yêu cầu bị thất bại 5xx = lỗi máy chủ 6xx = thất bại toàn cục 2.2 Giới thiệu về RTP Giao thức truyền tín hiệu giọng nói, hình ảnh chuân được sử đụng trêÑẾmạng Internet hiện nay là giao thức RTP (Real-time transport protoeol)R'TP được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên lạc và giải trí cần tới styéaring đữ liệu Tài liệu đặc tả của RTP mô tả hai giao thức €onì -_ Giao thức truyền dữ liệu; RTP, ¿hịu rách nghiệm truyền đữ liệu thời gian thực.

Thông tin cung cấp chồ;giầo thừc aày Bao gồm timestamps (đề đồng bộ hóa), chuỗi số (cho kiểm tra. gói;tin'bị mat) và tham số chỉ định đạng của đữ liệu. -_ Một giao thức điều khiến,\R GP) dùng đẻ tính toán các tham số trên đường truyền RTP dé téi ưu. đường truyền "Băng thông của RTCP tương đối nhỏ so voi RTP, nằm trongffthoảb 5%.

Có một vài£@huâ›só hóa)đữ liệu âm thanh và một trong số chúng được sử đụng chủ yếu trong V6IR ‘Ba‘sd\cde nha cung cấp dịch vụ và thiết bị hỗ trợ một hoặc nhiều các chuân đưa ra Bởi ITÙnhư dưới đây: e_ G.7IT là chuẩn mặc định cho tất cả các nhà cung cấp (dịch vụ và thiết bi), cũng như cho PSTN. Chuẩn này số hóa voice thành dữ liệu không nén có bitrate là 64 Kbps e G.729 được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp cho phép nén dữ liệu âm ở bitrate 8 Kbps. Chất lượng của chuẩn này kém hơn so với G.71 1, nó cũng là chuẩn phố biến thứ 2 sau G.1 là chuân nén được khuyến cáo. Bitrate của dữ liệu theo chuẩn này là 6.

Mặc dù chuẩn này làm giảm gắng nặng băng thông, nhưng chất lượng thấp hơn đáng kề so với G.729 và không được phô biến trong VolP.722 cé bitrate 64kbps nhung cé dé trung thực về tiếng nói cao. Trái với ba chuẩn trước sử dụng tần số lay mau vao khoang 3.722 lay mau với tần số 7 kHz. Chuân này sẽ được sử dụng phô biến trong tương lai. Trong mọi trường hợp, IP phone lấy đữ liệu số của 10 đến 30 ms và đặt nó trong gói tin RTP và truyền đi 2.2 Đăng ký, thiết lập cuộc gọi với SIP proxy server 2.1 Đăng ký mới: Khi User muốn sử dụng IP phone để sử dụng dịch vụ Vo[P họ phải thực hiệngbước đăng ky dia chi sip của họ với một registrar server.Registrar server cung cap cáế thông)tin về user cho location server (location database) dựa trên các request đã nHận;được từ usèr .SIP phone sử đụng phương thức REGISTER để register téi registrar Servel, Server nhận và lưu các thông tin trong request nhận được vào location database .Registrar server cO thể chấp nhận các loại thông tin khác nhau, không chỉ địa €hÌJP của'elient .Database có chứa tất cả các ánh xạ gitta dia chi SIP tong tg voi@ia chi IPcuadclient, vi du: SIP user [e-mail] dang ky 6 dia chi IP 200.Ie Figure 2: Đăng kí với Sip Server thành công Caller githSIP- REGISTER request téi SIP server .Request này bao gồm trong nó danh sách liên lạc (contact list) của user đó (danh sách các địa chỉ SIP của Caller).

SIP server yêu cầu user nhập thông tin (user ID và password) đề xác thực .SIP client mã hóa thông tin người dùng và gửi tới server .Server xác thực thông tin người dùng, nếu thành công nó trả về chuỗi 200 OK cho SIP client .Với cơ chế này client sử dụng giá trị nonce (Do server sinh ra và gửi cho client và là dãy số chỉ dùng | lần, tương tự như one time password) đề tạo ra thông tin gửi lên server. Thông tin gửi lên server gôm có checksum của username, password, giá trị nonce (username, cnonce, hash (nonce +cnonce + password)) và kêt hợp với một số giá trị khác .Theo cach nay, password ctia người dùng được gửi đi không bao giờ tồn tại đưới dang clear text và cũng không thê giải mã được ra password FI REGISTER sip: 192.193:6060; rport; branch=z9hG4bKBuZ0keykB Max-Forwards: 70 To: <sip:1000@192.193> ;tag=ImzIc5Cd Call-ID: [e-mail] CSeq: 1 REGISTER Contact: sip: 1000@192.193:6060;transport=UDP F2 SIP/2.193:6060,;rport=6060; br To: <sip: 1000192. 193>;tag=b27elald3376 Ie85846Jc9.193>;tag= Imzlc5 Cả Call-ID: NedrmYWF-1295248430029@en. vinh CSeq: 1 REGISTER WWW-Authenticate: Digest realm="4 1 93.", honce="TTPt WU0z7C2nK ObujoCYR89 Y¥fUgq3 YDxC" Server: kamailio (3.

Content-Length: 0 Server doi username va pa: nonce="TTPtWU0z7C2nK: 00@192. 193>;tag=bYwlyuoF` Call-ID; [e-mail] CSeq: 2 REGISTER Contact: <sip: 1000@192.193:6060;transport=UDP> Authorization: Digest username="1000", realm="192.193", nonce="TTPtWU0z7C2nK ObujoCYR89 ¥fUg3 YDxC", uri="sip: 192.193", response= "ba7b6b7988a263cba8de358cc3eac7el" Client dùng MD5 tính checksum của password, nonce. rồi gửi response="ba7b6b7988a263cba8de358cc3eac7el" tro lai server.0 200 OK Via: SIP/2. I93:6060;rport=6060;branch=z9hG4bK2LKuGIvwn To: <sip: 1000192.

193>;tag=b27elald3376 Ie85846ƒc98/5/3a7e58.193>;tag=bYwlyuoF Call-ID: [e-mail] CSeq: 2 REGISTER Contact: <sip:1000@192.193:6060;transport=UDP> expires=3600 Server: kamailio (3.0 (i386/linux)) Content-Length: 0 Khi user 1000@192.193 Log out khỏi server 192.193snó tạo request: REGISTER sip: 192.193:6060;rport; branch=z9hG4bKZOmd$4hLG Max-Forwards: 70 To: <sip:1000@192.193>;tag=FLjcVEm6 Call-ID: Ne4rmYWF-1295248430029@en. vinhnk CSeq: 4 REGISTER Contact: <sip: 1000@192. 19326060,ifansport=UDP> ; expires=0 Authorization: Digest usernames 1 0004 realm=tQ2.193", nonce="TTPt+k0z7 M6Bs W/EXuH6wCI9ZHF244HG", uri="sip: 192.193", response="d18e2c81 9303{864d9b09280015267 df" Sau đó server trả về thành công: SIP/2.193:6060;rport=6060, branch=z9hG4bKZOmdS4hLG To2x<Sip: 1000@,192: 168. 193> ;tag=b27e1ald33761e85846fc98/3/3a7e58.193>;tag=FL jcVEm6 Call-ID: [e-mail] CSeq: 4 REGISTER Server: kamailio (3.

Thiết lập cuộc gọi Khi user thiết lập một cuộc gọi, một SIP request được gửi tới SIP server (một proxy server hoặc một redirect server) .Trong request này bao gồm địa chỉ của người gọi (trường From) và địa chỉ của người nhận (trường To).Khác với phương thức REGISTER, phương thức INVITE được sử dụng đề thiết lập các media session giữa các user agent .Một media session được thiết lập khi các bản tin INVTTE ,200 OK, ACK được trao đối gitta UAC va UAS .Phuong thic BYE dugc str dung boi mot trong cac UA để kết thúc media session đã được thiết lập. UAC mà khởi tạo một INVTTE request sẽ tạo ra một Call-ID duy nhất, sử dụng cho việc xác định thời gian của cuộc gọi. Biến đếm CSeq được khởi tạo (không cần giá trị phải bằng 1, nhưng phải là một số nguyên) và tăng khi có một request mới từ cùng một Call- TD. Trường To và From trong header của request là địa chỉ SIP của người nhận và người gọi.

Trường Expires trong header của một INVTTE request cho UAS biết request này có hiệu lực trong khoảng thời gian bao lâu .Một khi media session được thiết lập thì trường này sẽ không còn ý nghĩa nữa .Trường Session-Expires có thê được sử dụng đê giới hạn thời gian của mot session. | Both Way RTP |<=== = Figure: Thiết lập thành công cuộc gọi Trong phần này sẽ đi chỉ tiết về tiệcìthiết lập cuộc gọi (thiết lập sesssion) giữa hai SIP UA: [e-mail] trao déi théng tin vé media cua UA dvroadatttrong SDP payloads .Trong phan này, cuộc gọi được thiết lập và cuối cùnồ›yêu cầu kết thúc cuộc gọi đến từ phía 1000. PI INVITE sip: 1001@)192.193:6060;rport; branch=z9hG4bKrybFW32gj Max-Forwards: 70 To: <sip:1001@192.193>;tag=mXuZXRSC Call-ID: [e-mail] CSeq: 4 INVITE Content-Length: 218 Content-Type: application/sdp Contact: <sip:1000@192.193:6060;transport=UDP> Proxy-Authorization: Digest username="1000", realm="192.193", nonce= "TTPs/E0z39DX2sC/X:Rzl8POlpKPODIQ", uri= "sip: 1001192. 1 93", response="3e671b21b/e90c3e9c94ec63c229041c" v=0 o=userl 1782520463 2100547947 IN IP4 192.193 00 m=audio 8000 RTP/AVP 0 8 101 a=ripmap:0 PCMU/S000 a=rtpmap:8 PCMA/8000 a=rtpmap: 101 telephone-event/8000 a=sendrecv Nội dung ban tin SDP (tir doan v=0) 6 request nay ch e 000 sẽ nhận RTP audio có loại codec 1a 0, 8, 101 6 192.0 180 Ringing Via: SIP/2.

I 93:64 ainch=z9hG4bKrybFW32gj Contact: <sip:1001@192; 1632922; Pinstance=2/19/079276fe5/9> To: <sip:10 > flag=ca470244 From: <sip:1 1681033.