Đồ Án Dịch vụ VoIP và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ thoại trong mạng NGN

LỜI MỞ ĐẦU


Các nhà quản lý mạng viễn thông đang hướng tới một mạng thế hệ sau với sự tích hợp tất cả các mạng, dạng dữ liệu và dịch vụ trên toàn cầu vào một mạng duy nhất. Với mạng thế hệ sau (NGN) này, người sử dụng có thể sử dụng tất cả các dịch vụ viễn thông mà chỉ phải đăng ký với một nhà cung cấp dịch vụ, tất cả các dạng dữ liệu: thoại, fax, video, dữ liệu máy tính . sẽ được truyền tải trên một mạng duy nhất. Có nhiều sự lựa chọn công nghệ mạng truyền tải này nhưng IP là sự lựa chọn tốt nhất nhờ tính chất đơn giản và hỗ trợ rất tốt cho mạng Internet đang bùng nổ trên thế giới. Tuy nhiên với xu hướng tích hợp các dạng dữ liệu lại với nhau, mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống bộc lộ một nhược điểm lớn là sử dụng lãng phí băng tần (tài nguyên vô giá trong các mạng tích hợp). Công nghệ VoIP ra đời đã giải quyết bài toán này. Thay vì sử dụng một kênh logic cố định để mang thông tin thoại thì VoIP cắt thông tin thoại thành các gói tin và chuyển chúng qua mạng IP, nhờ vậy băng thông của kênh logic được chia sẽ với các dạng dữ liệu khác, và cũng vì vậy mà giá thành chi phí cho một cuộc gọi sẽ nhỏ hơn nhiều so với điện thoại truyền thống. Đối với các doanh nghiệp thường xuyên có nhu cầu sử dụng dịch vụ gọi quốc tế thì VoIP là một giải pháp thích hợp. Trong quá trình thử nghiệm dịch vụ tại nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam, dịch vụ voIP đã dành được sự chấp nhận của đại đa số người sử dụng dịch vụ. Trong tương lai dịch vụ VoIP được dự báo là sẽ rất phát triển và trở thành một dịch vụ cơ bản trong các mạng thế hệ sau.

Với xu hướng phát triển của loại hình dịch vụ VoIP em đã chọn đề tài “Dịch vụ VoIP và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ thoại trong mạng NGN” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Mục đích của đồ án là tìm hiểu về dịch vụ VoIP, đi sâu vào các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ VoIP như trễ, mất gói, jitter đồng thời đưa ra một số biện pháp khắc phục.
Nội dung chi tiết bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về NGN: Định nghĩa, đặc điểm, cấu trúc và dịch vụ trên NGN - nền tảng triển khai VoIP.
Chương 2: VoIP trên mạng NGN: Đề cập đến cấu trúc, các giao thức, lợi ích, thách thức của VoIP cũng như việc triền khai VoIP tại nước ta hiện nay.
Chương 3: Giải pháp nâng cao chất lượng thoại: Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ thoại bao gồm: trễ, jitter, mất gói đồng thời đưa ra một số mô hình cải thiện chất lượng dịch vụ.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình làm đồ án, xong đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em rất mong được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn trong ngành Điện tử – Viễn thông để đồ án của em ngày một hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong ngành Điện tử – Viễn thông và đặc biệt là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Cô giáo ThS. Vũ Thị Nhài đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án để em hoàn thành tốt bản đồ án này.

Hà Nội, ngày 5 tháng 5 năm 2011
Sinh viên
Đinh Đăng Định


MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i
DANH MỤC HÌNH VẼ I
DANH MỤC BẢNG BIỂU III
LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGN 3
1.1. NGN LÀ GÌ? 3
1.2. ĐẶC ĐIỂM VÀ KHẢ NĂNG CỦA MẠNG NGN 4
1.3. CẤU TRÚC MẠNG NGN 7
1.3.1. Lớp ứng dụng/dịch vụ 8
1.3.2. Lớp điều khiển 8
1.3.3. Lớp chuyển tải dịch vụ 8
1.3.4. Lớp truy nhập dịch vụ 8
1.3.5 Lớp quản lý 9
1.4. CÁC DỊCH VỤ CHÍNH TRONG NGN: 9
1.4.1. Dịch vụ thoại (Voice telephony) 10
1.4.2. Dịch vụ dữ liệu (Data Serrvice) 10
1.4.3. Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) 11
1.4.4. Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) 11
1.4.5. Tính toán mạng công cộng (PNC Public Network Computing) 11
1.4.6. Bản tin hợp nhất (Unified Messaging) 12
1.4.7. Môi giới thông tin (Information Brokering) 12
1.4.8. Thương mại điện tử (E-Commerce) 12
1.4.9. Dịch vụ chuyển cuộc gọi (Call Center Service) 13
1.4.10. Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming) 13
1.4.11. Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality) 13
1.4.12. Quản lý tại gia (Home Manager) 13
1.5. KẾT LUẬN 14

CHƯƠNG 2: VoIP TRÊN MẠNG NGN 15
2.1. CÔNG NGHỆ VOIP 15
2.1.1. Giới thiệu 15
2.1.2. Cấu trúc cơ bản của VoIP trên NGN 17
2.1.3. Lợi ích của VoIP 18
2.1.4. Thách thức của VoIP 19
2.2. CÁC GIAO THỨC TRONG VOIP 21
2.2.1. Giao thức H.323 21
2.2.1.1. Các thành phần chính của H.323 21
2.2.1.2. Bộ giao thức H.323 25
2.2.1.3. Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi của H.323 27
2.2.2 Giao thức SIP 29
2.2.2.2. Các bản tin SIP 32
2.2.2.3. Hoạt động của SIP 33
2.2.2.4. Đánh giá SIP 36
2.2.3. Giao thức MGCP 37
2.2.3.1. Kiến trúc và các thành phần 38
2.2.3.2. Đánh giá MGCP 41
2.2.4. So sánh các giao thức 42
2.3. CÔNG NGHỆ VOIP TRÊN NGN Ở NƯỚC TA 43
2.3.1 Mạng NGN của VTN 43
2.3.2. Phân tích cuộc gọi IP trên mạng NGN. 48
2.3.3. Các dịch vụ VoIP đã triển khai trên mạng NGN của VNPT. 52
2.3.4. VNPT với hướng phát triển VoIP trên mạng NGN trong thời gian tới. 64
2.4. KẾT LUẬN 70

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THOẠI 71
3.1. CHẤT LƯỢNG THOẠI CỦA CUỘC GỌI: 71
3.1.1. Trễ ( Delay) 71
3.1.2. Jitter 75
3.1.3. Sai thứ tự (Miss Order) 76
3.1.4. Mất gói (Lost Packet). 77
3.1.5. Vọng (Echo) 80
3.2. GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THOẠI 81
3.2.1. Mô hình chất lượng dịch vụ cho mạng IP. 81
3.2.1.1. Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort). 82
3.2.1.2. Dịch vụ tích hợp (IntServ). 82
3.2.1.3. Dịch vụ DiffServ. 85
3.2.2. Nâng cao chất lượng cho dịch vụ VoIP 87
3.2.2.1. Các công cụ xử lý tắc nghẽn trên hàng đợi. 88
3.2.2.2. Các cơ cấu nâng cao hiệu quả đường truyền. 91
3.2.2.3. Báo hiệu chất lượng dịch vụ 93
3.3. KẾT LUẬN 95
KẾT LUẬN CHUNG 96
LỜI CAM ĐOAN 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 98



DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Topo mạng thế hệ sau 6
Hình 1.2: Hy vọng của NGN 7
Hình 1.3: Cấu trúc phân lớp trong mạng NGN 7
Hình 1.4: Một số dịch vụ NGN điển hình 10
Hình 1.5: Dịch vụ VPN 11
Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của VoIP trên NGN 17
Hình 2.2: Đầu cuối H.323 trên mạng chuyển mạch gói 21
Hình 2.3: Hệ thống chuẩn H.323 và các thành phần 22
Hình 2.4: Các lớp của bộ giao thức H.323 26
Hình 2.5: Các thành phần của SIP 30
Hình 2.6: Sự hoạt động của trường hợp Proxy Mode 35
Hình 2.7: Sự hoạt động của trường hợp Redirect mode 36
Hình 2.8: Kiến trúc tổng quan 38
Hình 2.9: Cuộc gọi MGCP 41
Hình 2.10: Sơ đồ chồng giao thức mô tả cả ba kiến trúc H.323, SIP và MGCP 43
Hình 2.11: Mô hình mạng NGN của Siemens 44
Hình 2.12: Sơ đồ tổng thể mạng thế hệ mới NGN – VNPT 45
Hình 2.13: Các lớp của mạng Surpass. 46
Hình 2.14: Mô hình Virtual Trunking với 1 Softswitch 50
Hình 2.15: Các bản tin trao đổi trong mô hình 1 Softswitch 50
Hình 2.16: Mô hình trung kế ảo với 2 Softswitch 51
Hình 2.17: Các bản tin trao đổi trong mô hình 2 Softswitch 52
Hình 2.18: Trung kế ảo trong SURPASS NGN 54
Hình 2.19: Sơ đồ thiết lập cuộc gọi VoIP 171 trên NGN 54
Hình 2.20: Sơ đồ thiết lập cuộc gọi VoIP 171 từ Đà Lạt đi Vũng Tàu 56
Hình 2.21: Sơ đồ thiết lập cuộc gọi 1719 58
Hình 2.22: Sơ đồ thiết lập cuộc gọi nội tỉnh dùng dịch vụ 1719 59
Hình 2.23: Một ví dụ minh họa về dịch vụ thoại miễn phí 1800 60
Hình 2.24: Sơ đồ thiết lập cuộc gọi 1800 61
Hình 2.25: Một ví dụ minh họa về dịch vụ thông tin giải trí 1900 62
Hình 2.26: Sơ đồ thiết lập cuộc gọi 1900 63
Hình 2.27: Sơ đồ cấu trúc mạng cho cuộc gọi 1900 63
Hình 2.28: Ví dụ cụ thể cho cuộc gọi tham gia chương trình giải trí với truyền hình 19001570 64
Hình 2.29: Cấu trúc chung mạng cho các dịch vụ MMA 65
Hình 2.30: Cấu hình mạng cho dịch vụ FCB 67
Hình 2.31: Cấu trúc mạng cho thoại VoIP với Media Gateway HiG120069
(kết nối với PSTN bằng giao tiếp quang 155Mb/s) 69
Hình 2.32: Kết nối mạng NGN VTN với mạng băng rộng MAN 70
Hình 3.1: Các nguồn gây trễ 72
Hình 3.2: Mối quan hệ giữa chất lượng thoại và độ trễ 72
Hình 3.3: Quá trình đóng khung 73
Hình 3.4: Cấu trúc gói tin thoại IP 74
Hình 3.5: Hiện tượng Jitter 75
Hình 3.6: Miss Order, gói tin 2 phát trước lại tới sau gói tin 3 76
Hình 3.7: Sự sắp xếp lại các gói tin 77
Hình 3.8: Mối quan hệ giữa chất lượng và tỉ lệ mất gói tin thoại 78
Hình 3.9: Mô tả sự mất gói tin thoại 79
Hình 3.10: Mô hình mức QoS cho mạng IP 81
Hình 3.11 : Mô hình họat động của IntServ 82
Hình 3.12 : Mô hình hoạt động IntServ 84
Hình 3.13: Mô hình DiffServ cho router biên 85
Hình 3.14: Mô hình DiffServ cho router lõi 85
Hình 3.15: Mô hình cho quản lý hàng đợi của WFQ 88
Hình 3.16: Mô hình cho quản lý hàng đợi của CQ 89
Hình 3.17: Mô hình quản lý hàng đợi PQ 90
Hình 3.18: Khuôn dạng gói tin thoại CRTP 91
Hình 3.19: Bit ToS trong tiêu đề IP 93
Hình 3.20: RSVP tương tác với các Module 94

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chức năng các thành phần của kiến trúc SIP 31
Bảng 2.2: Các yêu cầu SIP 32
Bảng 2.3: Các đáp ứng SIP 33
Bảng 3.1: Kích thước khung của một số bộ mã hoá 73
Bảng 3.2: Các nhân tố chính gây trễ và độ lớn trễ của chúng 75