Luận Văn Một số giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong VoIP

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Mục lục
Thuật ngữ viết tắt iv
Lời nói đầu 8
Chương I. Tổng quan về mạng IP 2
và công nghệ VoIP 2
1.1 kiến trúc TCP/IP 2
1.1.1 Đóng gói dữ liệu 3
1.1.2 Địa chỉ IP 4
1.1.3 Bộ định tuyến IP 6
1.1.4 Giao thức truyền tải tin cậy TCP 7
1.1.5 Giao thức truyền tải không tin cậy UDP 11
1.2 Giới thiệu chung về công nghệ VoIP 13
1.3 Cấu hình của mạng điện thoại IP 14
1.3.1 Thiết bị đầu cuối 16
1.3.2 Mạng truy nhập IP 16
1.3.3 Gatekeeper 17
1.3.4 Gateway 18
1.4 Các ứng dụng của VoIP 21
1.4.1 Dịch vụ thoại qua Internet 21
1.4.2 Thoại thông minh 22
1.4.3 Dịch vụ tính cước cho bị gọi 22
1.4.4 Dịch vụ Callback Web 23
1.4.5 Dịch vụ fax qua IP 23
1.4.6 Dịch vụ Call center 24
1.5 Các loại hình dịch vụ thoại qua IP 24
1.5.1 Máy điện thoại tới máy điện thoại 24
1.5.2 Máy tính tới máy điện thoại 25
1.5.3 Máy tính tới máy tính 25
1.6 Đánh số, chuyển đổi địa chỉ và định tuyến 26
1.7 Đặc điểm của VoIP 29
1.7.1 Các ưu điểm của VoIP 29
1.7.2 Các nhược điểm của VoIP 30
Kết luận chương I 32
Chương ii. Các kỹ thuật và giao thức hỗ trợ truyền tín hiệu thoại qua mạng IP 27
2.1 Giao thức thời gian thực RTP 27
2.1.1 Giao thức dòng thời gian thực RTSP( Real Time Stream Protocol ) 29
2.1.2 Giao thức điều khiển thời gian thực RTCP 31
2.1.3 Các định dạng payload 33
2.1.4 Giao thức giữ trước tài nguyên RSVP 34
2.2 Chuẩn H323 35
2.2.1 Chồng giao thức H.323 35
2.2.2 Chuyển đổi địa chỉ 36
2.2.2.1 Địa chỉ mạng 36
2.2.2.2 Định danh điểm truy nhập dịch vụ giao vận TSAP 37
2.2.2.3 Địa chỉ thế 37
2.2.3 Các kênh điều khiển 37
2.2.3.1 Kênh RAS 37
2.2.3.2 Kênh báo hiệu 40
2.2.3.3 Kênh điều khiển 42
2.2.4 Các thủ tục báo hiệu 43
2.2.4.1 Bước 1 - Thiết lập cuộc gọi 44
2.2.4.2 Bước 2 - Thiết lập kênh điều khiển 45
2.2.4.3 Bước 3 - Thiết lập kênh truyền thông 45
2.2.4.4 Bước 4 - Dịch vụ cuộc gọi 46
2.2.4.5 Bước 5 - Kết thúc cuộc gọi 48
2.3 Giao thức khởi đầu phiên SIP 48
2.3.1 Giới thiệu chung về giao thức SIP 48
2.3.2 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP 50
2.3.3 Bản tin SIP 53
2.3.3.1 Các bản tin yêu cầu (Request) 54
2.3.3.2 Các bản tin trả lời (Respond) 55
2.3.4 Hội thoại (Dialog) 56
2.3.4.1 Tạo một Dialog 56
2.3.4.2 Xử lý các bản tin trong Dialog 57
2.3.4.3 Kết thúc một Dialog 58
2.3.5 Các chức năng của SIP 58
2.3.5.1 Đăng ký (Registration) 58
2.3.5.2 Truy vấn khả năng (Querying for Capabilities) 59
2.3.5.3 Khởi tạo phiên (Initiating a Session) 60
2.3.5.4 Hiệu chỉnh phiên (Modifying an existing Session) 61
2.3.5.5 Giải phóng phiên (Terminating a Session) 64
Kết luận chương II 65
Chương III. Đánh giá chất lượng 59
dịch vụ trong VoIP 59
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ trong VoIP 59
3.1.1 Trễ 60
3.1.2 Jitter 64
3.1.3 Mất gói tin 64
3.2 Các biện pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ 66
3.2.1 Nén tín hiệu thoại 67
3.2.1.1 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP 69
3.2.1.2 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP 69
3.2.1.3 Chuẩn nén G.729A 70
3.2.1.4 Chuẩn nén G.729B 71
3.2.1.5 Chuẩn nén G.723.1 74
3.2.1.6 Chuẩn nén GSM 06.10 76
3.2.2 Các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ bên trong một phần tử mạng 77
3.2.2.1 Các thuật toán xếp hàng 77
3.2.2.2 Định hình lưu lượng 80
3.2.2.3 Các cơ chế tăng hiệu quả đường truyền 80
3.2.3 Báo hiệu phục vụ điều khiển chất lượng dịch vụ 80
3.3 Các phương pháp đo thử 81
3.3.1 Đo chất lượng thoại IP 81
3.3.1.1 Phương pháp "Điểm đánh giá trung bình (MOS-Mean Opinion Score) 81
3.3.1.2 Đo chất lượng tiếng nói theo cảm nhận (PSQM) 82
3.3.1.3 Các đặc tính truyền dẫn và Mô hình-E (E-Model) 83
3.3.1.4 Các phép đo chất lượng tiếng nói khác 84
3.3.1.5 Phép đo chất lượng thoại nào nên được sử dụng 85
3.3.2 Đo thử VoIP 86
3.3.2.1 Phân tích mạng VoIP 86
3.3.2.2 Phân tích thoại đầu cuối tới đầu cuối 87
3.3.2.3 Đo thử mức căng thẳng báo hiệu 89
Kết luận chương III 90
Chương IV. Một số kỹ thuật 85
nâng cao chất lượng dịch vụ trong VoIP 85
4.1 Chỉnh sửa dữ liệu phía người gửi (Sender-Based Repair) 85
4.1.1 Sửa lỗi trước (Forward Error Correction) 86
4.1.1.1 FEC độc lập với môi trường (Media-independent FEC) 86
4.1.1.2 FEC phụ thuộc vào môi trường (Media-specific FEC) 88
4.1.1.3 Điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control) 89
4.1.2 Đan xen (Interleaving) 90
4.1.3 Sự phát lại gói tin (Retransmission) 91
4.2 Các kỹ thuật sửa lỗi phía người nhận (Receiver-based repair) 92
4.2.1 Sửa lỗi trên cơ sở chèn gói (Insertion-Based Repair) 94
4.2.1.1 Sự thay thế bằng khoảng lặng (Silence Substitution) 94
4.2.1.2 Chèn bằng tạp âm (Noise Substitution) 94
4.2.1.3 Lặp (Repetition) 95
4.2.2 Sửa lỗi bằng phương pháp nội suy (Interpolation-Based Repair) 95
4.2.3 Sửa lỗi bằng cách tái tạo (Regeneration-Based Repair) 95
4.2.3.1 Nội suy trạng thái truyền dẫn (Interpolation of Transmitted State) 96
4.2.3.2 Phục hồi trên cơ sở mô hình (Model-Based Recovery) 96
Kết luận chương IV 98
Kết luận chung 96
Tài liệu tham khảo 97

Lời nói đầu

Ngày nay, công nghiệp viễn thông đã đạt những thành tựu to lớn. Nhờ sự phát triển của kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng và công nghệ phần mềm đã và đang đem lại cho người sử dụng các dịch vụ mới đa dạng và phong phú.
Mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP có các ưu điểm như tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng cũng hiệu quả sử dụng cao . đã và đang dần chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới. Nhiều nghiên cứu về công nghệ IP đã được thực hiện để đưa ra các giải pháp tiến đến một mạng hội tụ toàn IP. Trong đó, bước triển khai đầu tiên chính là loại hình dịch vụ thoại qua giao thức Internet VoIP.
Mạng IP vốn là mạng không đảm bảo chất lượng dịch vụ. Chính vì vậy muốn chất lượng dịch vụ được đảm bảo thì người ta cần phải thêm vào mạng đó một số phần tử khác cũng như thiết kế các giao thức phù hợp để có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng, đây chính là công nghệ VoIP. Việc nâng cao chất lượng dịch vụ trong VoIP là vấn đề không thể thiếu được nhằm cải thiện hơn nữa chất lượng dịch vụ cho người sử dụng.
Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống VoIP, việc tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ VoIP nói chung và vấn đề nâng cao chất lượng dịch vụ trong VoIP nói riêng là một vấn đề rất quan trọng. Chính vì vậy mà tôi lựa chọn đề tài này để thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình. Đồ án đã tiến hành nghiên cứu "Một số giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong VoIP", trong đó đồ án chủ yếu nghiên cứu một số kỹ thuật phục hồi các gói bị mất cho luồng thoại và audio.
Bản đồ án được chia làm bốn chương:
Chương I. Tổng quan về mạng IP và công nghệ VoIP: Trình bày kiến trúc về TCP/IP, cấu hình của mạng điện thoại IP, các ứng dụng của VoIP cũng như các loại hình dịch vụ thoại qua VoIP.
Chương II. Các kỹ thuật và giao thức hỗ trợ truyền tín hiệu thoại qua mạng IP: Trình bày giao thức thời gian thực RTP và đặc biệt đi sâu nghiên cứu về hai giao thức báo hiệu H.323 và SIP.
Chương III. Đánh giá chất lượng dịch vụ trong VoIP: Trình bày các yếu tố đảm bảo chất lượng dịch vụ trong VoIP, các biện pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ và các phương pháp để đo thử chất lượng dịch vụ đó.
Chương IV. Một vài kỹ thuật nâng cao chất lượng dịch vụ trong VoIP: Trình bày về các phương pháp sửa lỗi phía người gửi và phía người nhận dùng cho tín hiệu audio như chèn, lặp, nội suy, hiệu chỉnh lỗi trước (FEC)
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Tiến Ban cùng các ý kiến đóng góp quý báu của các bạn trong lớp D2001VT đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.