Voice over IP

Voice over IP
Thay thế bằng VoIP
Nội dung
- Kiến trúc
- Các protocol
- Ưu - nhược điểm
Internet Protocol (IP)
IP là một cơ chế truyền, một connectionless protocol nằm ở lớp network trong mô hình OSI
Gói IP


Voice sang IP
Analog
Digital
Voice
CODEC: Analog sang Digital
(PCM, ADPCM…)
Nén
Tạo Voice Datagram (phần dữ
liệu trong gói IP)
Gắn Header
(RTP, UDP, IP, etc)
IP sang voice
Digital
Analog
Voice
Xử lý Header
Re-sequence and
Buffer Delay
Giải nén
CODEC: Digital sang Analog
Kiến trúc tổng quát
Các mô hình cơ bản: VoIP Forum (thuộc IMTC) đã phát triển 3 cấu hình kết nối kết hợp giữa mạng IP và PSTN:
PC to PC
PC to phone
Phone to phone

PC to phone
PC to PC
Phone to phone
Các thành phần của mạng VoIP
Chất lượng dịch vụ (QoS)

Thời gian trễ tối đa để duy trì chất lượng tiếng nói còn tốt là 150 ms.
Các phương pháp làm tăng QoS của VoIP:
Tăng băng thông.
cRTP: protocol truyền thời gian thực nén  giảm header từ 40 byte còn 2-4 byte, một cuộc gọi IP chỉ còn cần đường truyền 11.2 kpbs thay vì 24 kbps.
Tạo hàng đợi.
Ưu tiên cho IP RTP.
Phân mảnh.
Signaling Process
ITU-T H series
H.320 : ISDN
H.321: B-ISDN (ATM)
H.322: LAN (provide a guaranteed QoS)
H.323: LAN (not provide a guaranteed QoS)
H.324: low bit rate connection (PSTN and wireless applications)
H.323 Invironment
Các định nghĩa
Multipoint Processor (MP): cung cấp khả năng xử lý tập trung các dòng dữ liệu, audio, video trong hội thoại đa điểm.
MC: điều khiển tài nguyên, được gắn trong terminal, gateway, gatekeeper hay MCU.
Multipoint Control Unit (MCU): gồm 1 MC (bắt buộc) và nhiều MP (tuỳ chọn).
H.323 Components
H.323 Protocols
Call Control
Data
Audio
Video
A/V Control
Gateway
Cung cấp liên lạc 2 chiều, thời gian thực giữa các H.323 terminals trên LAN và các terminal khác trên WAN, hay H.323 gateway khác.
Chuyển đổi định dạng truyền (PCM), các dòng điều khiển, âm thanh và dữ liệu từ các mạng khác nhau.
Xử lý tín hiệu giữa 2 bên: khử tạp âm trên đường truyền, mã hóa/giải mã tín hiệu analog, đưa thông tin chuyển đổi vào dạng IP và truyền.


Gatekeeper
Kiểm soát mọi hoạt động trong một miền:
Dịch địa chỉ:
E.164 telephone number  IP-based network address
Cho phép truy nhập vào mạng dựa trên cuộc gọi, băng thông hiện hữu và các tiêu chuẩn khác.
Điều khiển băng thông.
Quản lý miền: Cung cấp các dịch vụ trên cho terminal, gateway và MCU đã đăng ký.
Ngoài ra còn có các chức năng tùy chọn khác…
H.225 RAS
- Tìm gatekeeper
- Đăng ký
- Định vị điểm cuối
- Các điều khiển khác
H.245
Trao đổi thông tin khả năng
Báo hiệu kênh logic
Điều khiển luồng
Quyết định chủ tớ
Các chỉ thị khác

Call Signaling
Direct
Call Signaling
Gatekeeper – Routed
H.323 Both Endpoints Registered, Same Gatekeeper - Gatekeeper Routed Call Signaling
ARQ(1)
AFC/ARJ(2)
Setup(3)
Call processing (4)
ARQ(5)
AFC/ARJ(6)
Alerting (7)
Connect (8)
RAS Messages
Call signaling Messages
Ghi chú:
Session Initiation Protocol (SIP)
- User agent (UA): gồm User Agent Client (UAC) và User Agent Server (UAS)
- Network Server: có các loại
Proxy
Redirect
Registar
Location

Thông điệp SIP
INVITE
BYE
ACK
OPTIONS
REGISTER
CANCEL
Thông điệp phản hồi
Hoaït ñoäng cuûa SIP
SIP Addressing
Locating Server
SIP Transaction
SIP Invitation
Locating User
Changing Session
Proxy
Redirect
Registrar
Location
SIP Servers
UAC
UAS
UAC
UAS
Signaling messages between User Agent and Servers
Ghi chú:
Server functions are not necessarily located in the same physical device
UAC: User Agent Client
UAS: User Agent Server
Location server
User Agent 1
User Agent 2
1. INVITE
7. 200 OK
8. ACK
4. INVITE
6. 200 OK
9. ACK
5. Ring
Proxy Server
User Agent
Registrar Server
REGISTER
200 OK
Location server
Redirect Server
User Agent 1
1. INVITE
4. 302 Moved
5. ACK
User Agent 2
7. Ring
6. INVITE
8. 200 OK
9. ACK
Media Gateway Control Protocol
Điều khiển các gateway:
Trunking gateway
Voice over ATM gateway
Residential gateway
Access gateway
Business gateway
Network access server
Circuit hoặc packet switch
MGCP
Gởi yêu cầu từ Call Agent đến các gateway.
Các yêu cầu bao gồm:
- Endpoint Configuration (EPCF)
- Notification Request (RQNT)
- Notify (NTFY)
- Create Connection (CRCX)

MGCP
- Modify Connection (MDCX)
- Delete Connection (DLCX)
- Audit Endpoint (AUEP)
- Audit Connection (AUCX)
- Restart In Progress (RSIP)
Một số Protocol hỗ trợ VoIP
Multicast IP, RTP , RTCP , RSVP , RTSP, ENUM ,SDP ………..
Multicast IP
Đây là giao thức sử dụng cơ chế one-to-many packet transport nghĩa là :sender gởi đi dữ liệu và cho phép nhiều receiver trong nhóm được phép nhận dữ liệu đó
Hình minh hoạ:
Multicast IP
Moät soá öùng duïng maø giao thöùc hoã trôï nhö:
Audio and video conferencing , news broadcast , distance learning ……
Multicast IP
Real-Time Protocol
Chia laøm 2 phaàn:
Real-Time transport protocol(RTP)
Real-Time Control protocol(RTCP)
RTP:coù nhieäm vuï mang caùc döõ lieäu coù tính chaát thôøi gian thöïc (real-time) .
RTCP:coù nhieäm vuï giaùm saùt chaát löôïng dòch vuï vaø mang caùc thoâng tin veà caùc thaønh vieân ñang tham gia trong nhoùm

Real-Time Transport Protocol
(RTP)
Cung cấp những dịch vụ phân phối dữ liệu
end-to-end mà đòi hỏi hỗ trợ thờigian thực
như interactive audio and video.
Các dịch vụ được giao thức cung cấp là:
Payload type identification
Sequence number
Timestampinng
Delivery monitoring


Real-Time Transport Protocol(RTP)
The RTP header format
V=2
P
X
CC
M
PT
Sequence Number
Timestamp
Synchronization Source (SSRC) identifier
Contributing Source(CSRC) identifier
…………
Defined by profile
Length
Header extension
………
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Bits
RTP
Header
(fixed)I
Inserted
By Mixer
(Optional)
Header extension
(Optional and
Variable length)
Real-Time Transport Protocol(RTP)
The RTP header format
Version(V,2bits):cho bieát phieân baûn RTP naøo ñöôïc söû duïng
Padding(p,1bit):caàn thieát cho moät soá giaûi thuaät maät maõ
Extension(x,1):qui ñònh coù hay khoâng header môû roäng theo sau
CSRC count(CC,4bits):chöùa soá danh ñònh (identifiers) cuûa CSRC
Real-Time Transport Protocol(RTP)
The RTP header format
Marker(M,1bit):baùo hieäu caùc söï kieän quan troïng nhö caùc frame bieân (ñaàu /cuoái trong 1 goùi tin)
Payload type(PT,7bits):nhaän daïng format cuûa döõ lieäu vaø quyeát ñònh caùch bieân dòch chuùng
Sequence number(16 bits)
Timestamp(32 bits):cho bieát caùch laáy maãu cuï theå trong byte ñaàu tieân ôû phaàn döõ lieäu
SSRC(32 bits): cho bieát nguoàn ñeå ñoàng boä ñöôc laáy töø ñaâu.
Real-Time Control Protocol (RTCP)
Giao thöùc hoaït ñoäng döïa treân vieäc truyeàn caùc thoâng tin ñieàu khieån ñònh kì ñeán caùc thaønh vieân trong nhoùm.
Moät soá chöùc naêng cô baûn cuûa giao thöùc ñöôïc ñònh nghóa trong RFC 1889:
Giaùm saùt chaát löôïng vaø ñieàu khiaån taéc ngheõn
Xaùc ñònh nguoàn
Ñoàng boä moâi tröôøng
Ñieàu chænh thoâng tin ñieàu khieån
RTCP Function
Giám sát chất lượng và điều khiển tắc nghẽn:cung cấp thông tin về chất lượng phân phối dữ liệu cho ứng dụng.Qua đó bên phát/thu sẽ điều chỉnh cách truyền cho phù hợp cũng như xác định tắc nghẽn là cục bộ,từng phần từ đó tính được hiệu suất mạng.
Xác định nguồn :cho biết tên người sử dụng , địa chỉ e-mail, điện thoại ...


RTCP Function
Đồng bộ môi trường:giúp cho việc đồng bộ giữa âm thanh và hình ảnh
Điều chỉnh thông tin điều khiển:điều chỉnh lượng thông tin điều khiển cho phù hợp khi số lượng người tham dự tăng cao .Vì khi đó đòi hỏi lưu lượng điều khiển rất lớn chiếm dụng nhiều tài nguyên mạng.


Ưu - Nhược điểm
Ưu điểm
Thông tin được nén dung lượng thấp giảm được lưu lượng mạng
Có cơ chế phát hiện khoảng lặng không có tiếng nói làm tăng hiệu suất so với mạng PSTN.
…
 Tiết kiệm băng thông
Ưu - Nhược điểm
Ưu điểm
Truyeàn voice döôùi daïng soá neân choáng nhieãu toát.

Ưu - Nhược điểm
Ưu điểm
Cơ sở hạ tầng có sẵn:
Internet
PSTN
Ưu - Nhược điểm
Ưu điểm
Dịch vụ đa dạng:
Có thể áp dụng cho hầu hết các yêu cầu của giao tiếp thoại, từ cuộc đàm thoại đơn giản cho đến cuộc gọi hội nghị nhiều người phức tạp
Fax over IP (FoIP)
Click-2-Dial
Video Conference, voice chat, voice mail…


Ưu - Nhược điểm
Ưu điểm
Cơ động
Giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) cho phép thay đổi vị trí của điện thoại bất cứ nơi nào ta muốn mà vẫn không thay đổi số điện thoại
Chỉ cần click chuột để thực hiện cuộc gọi
…
Ưu - Nhược điểm
Nhược điểm
Khó đạt được thời gian thực
Do: - Kỹ thuật nén
- Mạng số liệu được xây dựng không
cho mục đích truyền thoại thời gian
thực
Tiếng vọng.
Lợi ích
Giảm chi phí điện thoại đường dài (ghép kênh thống kê thay TDM,v.v…)
Đơn giản hóa: Mạng voice và dữ liệu dùng chung tối thiểu hóa các thiết bị trong một cơ sở hạ tầng.
Các ứng dụng đa dịch vụ và đa phương tiện

VoIP trong tương lai
FoIP thay thế nhanh chóng dịch vụ Fax truyền thống
Khi hệ thống đa phương tiện ngày càng được phát triển, khi Camera trở thành một thiết bị chuẩn của máy tính cá nhân
 Nhu cầu truyền voice, video qua mạng càng cao
Tài liệu tham khảo
Voice over IP: protocols and standards – Rakest Arora
H.323 – Web proforum tutorials http://www.iec.org
Voice over IP: Fundamentals – Jonathan Davidson, James Peters
Voice over IP technologies: Building the Converged Network – Mark A. Miller
www.ebooks.vdcmedia.com
Configuring Cisco Voice over IP – Cisco Press