Giao thức H323 trong Mạng NGN

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành điện tử, tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ, cung cấp ngày càng nhiều các dịch vụ mới đa dạng, an toàn và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của khách hàng. Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có những thay đổi lớn về cơ bản. Những tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn có thể đáp ứng được những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc độ cao, chính vì thế đòi hỏi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu hướng viễn thông dựa trên nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ trên cùng một hạ tầng là điều tất yếu. Mạng thế hệ sau ra đời đã đáp ứng được các yêu cầu này. Sự ra đời của NGN ngoài mặt có ý nghĩa về công nghệ và dịch vụ, nó còn đem lại cơ hội cho những công ty nhỏ ít tên tuổi hoặc những công ty mới tham gia vào thị trường viễn thông có thể đứng vững trên thị trường mà trước đây nằm trong sự kiểm soát của một số ít nhà sản xuất lớn. Đứng trước xu hướng tự do hóa thị trường, cạnh tranh và hội nhập, việc phát triển mạng viễn thông theo cấu trúc thế hệ sau ( NGN) với các công nghệ phù hợp là bước đi tất yếu của viễn thông thế giới và mạng viễn thông Việt Nam. Vì vậy em chọn đề tài mạng NGN để làm đồ án tốt nghiệp. Trong đó, đồ án kì 8, em tìm hiểu về “Giao thức H323 trong Mạng NGN”. Em xin chân thành cám ơn ThS. Vũ Thị Nhài đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án này. I. SỰ TIẾN HÓA TỪ MẠNG HIỆN CÓ LÊN NGN 1. Chiến lược tiến hóa - Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp Viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khai thác trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng, cạnh tranh ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ mới ( hay còn gọi là mạng thế hệ tiếp theo – NGN ) ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh. - Một chiến lược để phát triển nhịp nhàng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới là rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp, trong khi sớm tận dụng được những phẩm chất cảu mạng NGN. Tuy nhiên, bất kỳ bước đi nào trong tiến trình chuyển tiếp này cũng cần tạo điều kiện dễ dàng hơn cho mạng để rốt cuộc vẫn phát triển sang kiến trúc NGN dựa trên chuyển mạch gói. Bất cứ giải pháp nào được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ phải tồn tại bên cạnh các phần tử dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau : * Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. * Mạng có cấu trúc đơn giản. * Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. * Dễ dàng mở rộng dung lượn, phát triển các dịch vụ mới. * Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu : 1 . NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành. 2. Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối. 3. Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối ( hay còn gọi là cuộc gọi ) , thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến. 2. Sự tiến hóa từ các mạng hiện có lên NGN a. Sự phát triển từ PSTN lên NGN - Thoại luôn là dịch vụ được xét đến hàng đầu trong quá trình xây dựng mạng. Do đó, ở đây ta xét một minh họa về sự chuyển dịch thoại từ PSTN sang NGN * Mạng PSTN hiện tại : Đối với các mạng dịch vụ khác : Từ những phân tích trên, chúng ta xây dựng sự tiến hóa bằng sơ đồ lớp chức năng của các mạng : Mạng hiện tại : Mạng trong tương lai gần : Mạng tương lai : II. MẠNG VIỄN THÔNG THÊ HỆ MỚI (NGN – NEXT GENERATION - NETWORK ) 1. Định nghĩa Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như : Mạng đa dịch vụ ( cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau ). Mạng hội tụ ( hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ ) Mạng phân phối ( phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng). Mạng nhiều lớp ( mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM) Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng chưa có một định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN. Do đó định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. Và ta có thể định nghĩa một cách khái quát mạng NGN như sau: Mạng viễn thông thế hệ mới là một mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ gói để có thể triển khai nhanh chóng các loại hình dịch vụ khác nhau dựa trên sự hội tụ giữa thoại và số liệu giữa cố định và di động. Đặc điểm quan trọng của mạng NGN là cấu trúc phân lớp theo chức năng và phân tán các tiềm năng (intelligence) trên mạng. Chính điều này đã làm cho mạng mềm hoá (progamable network) và sử dụng rộng rãi các giao diện mở API để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng. 2. Đặc điểm và khả năng của mạng NGN Với sự hội tụ mạng chuyển từ tích hợp các mạng đơn dịch vụ theo chiều dọc sang mạng đa dịch vụ cấu trúc theo các lớp ngang, mạng NGN có những đặc điểm và khả năng chính như sau: Một trong các đặc tính chính của NGN là tách riêng các dịch vụ và mạng, cho phép đưa chúng ra một cách riêng biệt và phát triển độc lập. Do đó trong các cấu trúc NGN đưa ra có sự phân chia rõ ràng giữa các chức năng của dịch vụ và các chức năng truyền tải. NGN cho phép cung cấp cả các dịch vụ đang tồn tại và các dịch vụ mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập được sử dụng. NGN sẽ phải cung cấp các năng lực (cơ sở hạ tầng, các giao thức...) để có thể tạo ra, phát triển và quản lý tất cả các loại dịch vụ đã hoặc sẽ có. Các dịch vụ trên có thể là Multimedia (audio, visual, audiovisual…), Unicast, Boadcast, nhắn tin,... dịch vụ truyền dữ liệu đơn giản, yêu cầu/ không yêu cầu thời gian thực, nhạy cảm với trễ hay chấp nhận trễ, hoặc yêu cầu độ rộng băng thông khác nhau từ vài kbit/s tới hàng trăm Mbit/s. Trong mạng NGN các dịch vụ tuỳ biến theo khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ ngày càng quan trọng. NGN sử dụng giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programme Interface) để hỗ trợ việc tạo, cung cấp và quản lý các dịch vụ. Trong NGN, các thực thể chức năng điều khiển hoạt động, các phiên, các tài nguyên, phân phát dịch vụ, bảo mật, ...có thể được phân tán khắp cơ sở hạ tầng mạng bao gồm cả các mạng đang tồn tại và mạng mới. Mạng NGN liên kết hoạt động với các mạng đang tồn tại như PSTN, ISDN và GSM qua các Gateway. NGN hỗ trợ cả các thiết bị đầu cuối nhận biết NGN và các dịch vụ đang tồn tại. Vì thế, các thiết bị kết nối tới NGN bao gồm các thiết bị thoại tương tự, máy fax, các thiết bị ISDN, điện thoại di động tế bào, đầu cuối SIP,.... Đối với việc chuyển các dịch vụ thoại tới cơ sở hạ tầng NGN, chất lượng dịch vụ liên quan tới các dịch vụ thời gian thực (đảm bảo băng thông, độ trễ, độ mất gói ...) cũng như vấn đề bảo mật, NGN cần cung cấp cơ chế đối với các thông tin nhậy cảm khi qua cơ sở hạ tầng của nó, để bảo vệ chống lại việc sử dụng gian lận các dịch vụ được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ và bảo vệ bản thân cơ sở hạ tầng của nó trước sự tấn công từ bên ngoài. Mạng NGN sẽ hỗ trợ tính di động chung (generalized mobility). Ngày nay, các mạng cố định và di động cung cấp nhiều dịch vụ tương tự nhau cho người sử dụng. Tuy nhiên, họ vẫn được xem là các khách hàng khác nhau với cấu hình dịch vụ khác nhau và không có cầu nối giữa các dịch vụ khác nhau đó. Một đặc điểm nổi bật khác của mạng NGN đó là tính di động chung, nó cho phép cung cấp nhất quán các dịch vụ cho người sử dụng. Điều này có nghĩa là người sử dụng sẽ được xem là duy nhất khi họ sử dụng các công nghệ truy nhập khác nhau, với bất cứ loại thiết bị nào. Tuy nhiên, mạng NGN cũng gặp phải các vấn đề khó khăn như việc chuyển các dịch vụ thoại sang hạ tầng NGN, vấn đề QoS liên quan đến các dịch vụ thoại thời gian thực (đảm bảo về băng thông, trễ, mất gói…) cũng như việc đảm bảo an ninh, bảo mật. Những đặc điểm và khả năng này của mạng NGN có ảnh hưởng trực tiếp và đặt ra nhiều yêu cầu mới đối với hệ thống quản lý mạng NGN. Sự hội tụ của nhiều mạng khác nhau một mặt làm tăng sự phức tạp và thách thức trong quản lý mạng và dịch vụ như phải quản lý nhiều phần tử mạng phân tán với công nghệ và nhà cung cấp khác nhau, phải đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối cho các loại dịch vụ khác nhau, vấn đề tương quan lỗi, tính cước, an ninh… đều phức tạp hơn. Mặt khác, sự tách biệt giữa mạng và dịch vụ, giữa chức năng kết nối truyền tải và chức năng điều khiển dịch vụ cho phép đơn giản hơn việc quản lý mạng nhờ dữ liệu liên quan đến cuộc gọi và các dữ liệu logic phức tạp khác được tập trung, triển khai nhanh các loại hình dịch vụ khác nhau. Hiện nay, có nhiều hãng cung cấp thiết bị đưa ra các mô hình khác nhau nhằm thỏa mãn các yêu cầu của mạng NGN: Alcatel với E10MM, Ericsson với ENGINE, Siemens với SURPASS… III. GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 1. Giới thiệu chung : - Kiến trúc của NGN là kiến trúc phân tán. Vì thế mà các chức năng báo hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi.... được thực hiện bởi các thiết bị nằm phân tán trong cấu trúc hình mạng được thể hiện trên hình 2.1. Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và điều khiển với nhau. Cách thức trao đổi thông tin báo hiệu và điều khiển đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng trong mạng. Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ bản sau: - H.323; - SIP; - BICC; - SIGTRAN; - MGCP, MEGACO/H.248. Hình : Các giao thức báo hiệu tương ứng trên các thiết bị của NGN Các giao thức này có thể phân thành 2 loại: các giao thức ngang hàng (H.323, SIP, BICC) và các giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248). Sự khác nhau cơ bản giữa hai cách tiếp cận này là ở chỗ “khả năng thông minh” được phân bổ như thế nào giữa các thiết bị biên của mạng và các server. Sự lựa chọn phương thức nào là phụ thuộc vào chi phí hệ thống, triển khai dịch vụ, độ khả thi. Một giải pháp tổng thể sử dụng ưu điểm của cả hai cách tiếp cận nên được xem xét. Sự so sánh giữa hai cách tiếp cận này được trình bày trong bảng Chủ / Tớ Ngang hàng Khai thác - Thiết bị cổng đơn giản. - Ứng dụng được đặt tại các Server. - Thiết bị cổng phức tạp. - Tương tác ngang hàng. Triển khai dịch vụ - Chỉ triển khai dịch vụ tại các server. - Chỉ nâng cấp các Server điều khiển. - Quản lí các dịch vụ linhhoạt trên toàn mạng. - Triển khai trên từng thiếtbị. - Thời gian triển khai trên mạng lớn. - Phải nâng cấp tất cả thiết bị mạng khi triển khai một dịch vụ mới trên toàn bộ mạng. Chi phí - Thiết bị cổng được tối ưu về chi phí dẫn tới tổng chi phí giảm. - Vòng đời sản phẩm của các thiết bị cổng dài hơn. -Thiếtbị mạng có giá thành cao làm cho chi phí tổng thể lớn. - Theo thời gian, thiết bị cổng có thể phải thường xuyên nâng cấp. Ví dụ về các giao thức - MEGACO/H.248. - MGCP. - SIP. - H.323. Bảng 1: So sánh 2 giao thức chủ/tớ và ngang hàng Vai trò của những giao thức này được minh hoạ trên hình 2.2 · Giao thức ngang cấp H323, SIP được sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu giữa các MGC, giữa MGC và các Server. · Giao thức chủ tớ MGCP, MEGACO là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các Gateway (trong đó MGC điều khiển Gateway) · Giao thức Sigtran là giao thức truyền tải báo hiệu trong mạng IP và giữa MGC và Signaling Gateway. Các giao thức ngang cấp thực hiện chức năng mạng ở cấp cao hơn, quy định cách thức giao tiếp giữa các thực thể cùng cấp để cùng phối hợp thực hiện cuộc gọi hay các ứng dụng khác. Trong khi đó các giao thức chủ tớ là sản phẩm của việc phân bố không đồng đều trí tuệ mạng, phần lớn trí tuệ mạng được tập trung trong các thực thể chức năng điều khiển (đóng vai trò là master), thực thể này sẽ giao tiếp điều khiển với nhiều thực thể khác qua các giao thức chủ tớ nhằm cung cấp dịch vụ. 2. Cơ sở xây dựng H.323 - Đầu năm 1996 một nhóm các công ty lớn (Microsoft, Intel...) đã tổ chức hội nghị Voice over IP nhằm thống nhất tiêu chuẩn cho các sản phẩm của các nhà cung cấp. Đến tháng 5/1996, ITU-T phê chuẩn đặc tả H.323. Chuẩn H.323 cung cấp nền tảng kỹ thuật cho truyền thoại, hình ảnh và số liệu một cách đồng thời qua các mạng IP, bao gồm cả Internet. Tuân theo chuẩn H.323, các sản phẩm và các ứng dụng đa phương tiện từ nhiều hãng khác nhau có thể hoạt động cùng với nhau, cho phép người dùng có thể thông tin qua lại mà không phải quan tâm tới vấn đề tương thích. - H.323 cũng đồng thời giải quyết các ứng dụng cốt lõi của điện thoại IP thông qua việc định nghĩa tiêu chuẩn về độ trễ cho các tín hiệu âm thanh, định nghĩa mức ưu tiên trong việc chuyển tải các tín hiệu yêu cầu thời gian thực trong truyền thông Internet. (H.324 định nghĩa việc truyền tải các tín hiệu âm thanh, hình ảnh và dữ liệu qua mạng điện thoại truyền thống, trong khi đó H.320 định nghĩa tiêu chuẩn cho truyền tải các tín hiệu âm thanh, hình ảnh và dữ liệu qua mạng tổ hợp đa dịch vụ ISDN). - Đến nay H.323 đã phát triển thông qua hai phiên bản. Phiên bản thứ nhất (Version 1) được thông qua vào năm 1996 và phiên bản thứ hai (Version 2) được thông qua vào tháng một năm 1998. ứng dụng của chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt động độc lập (stand-alone) cũng như những ứng dụng truyền thông nhúng trong môi trường máy tính cá nhân, có thể áp dụng cho đàm thoại điểm-điểm cũng như cho truyêng thông hội nghị. H.323 còn bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lý thông tin đa phương tiện và quản lý băng thông đồng thời còn cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác. - Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất, các ITSP (Internet Telephony Service Provider: Nhà cung cấp dịch vụ điện thoại Internet) đều chấp nhận sử dụng tiêu chuẩn H.323 của ITU_T làm nền tảng để phát triển công nghệ VoIP. Điều này cho phép các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau có thể làm việc tương thích với nhau. Đây là một vấn đề lớn khi triển khai bất kì một công nghệ mới nào. 3. Định nghĩa : H.323 là chuẩn của ITU_T quy định về các thiết bị, giao thức và thủ tục để cung cấp các dịch vụ thông tin đa phương tiện thời gian thực trên các mạng chuyển mạch gói, bao gồm cả mạng IP. H.323 là một tập hợp các khuyến nghị, bao gồm các chuẩn nén tiếng nói như G.729, G.723.1, chuẩn truyền dẫn thời gian thực như RTP (Real Time Protocol), các chuẩn báo hiệu như H.225, H.245. Đầu cuối H.323 trên chuyển mạch gói Tuy nhiên, do H.323 là chuẩn của truyền thông tin multimedia trên mạng chuyển mạch gói, cụ thể ban đầu là các mạng LAN, nên cần phải bổ sung một số điểm để phù hợp với mục đích truyền tin thoại thời gian thực trên các mạng IP, đặc biệt là mạng Internet. Vấn đề nén tiếng nói, các sản phẩm hiện nay trên thị trường thường dùng đồng thời các chuẩn G.729, G.711, G.723.1 ... để truyền mỗi kênh thoại với tốc độ khoảng 10 kbit/s (chuẩn H.323 ban đầu là 64 kbit/s). Phía phát và phía thu sẽ có một cơ chế trao đổi để xác định chuẩn nén tiếng nói được sử dụng. 4. Cấu trúc và các thành phần của H.323 Cấu trúc H.323 có thể được sử dụng một cách thông dụng ở mạng LAN hoặc mạng gói diện rộng. Bất kỳ một mạng gói không đủ tin cậy không có đảm bảo về chất lượng dịch vụ hoặc có độ trễ đều có thể sử dụng H.323. Không những thế, các khả năng của H.323 có thể mở rộng cho WAN nếu các kết nối được thiết lập giữa các thiết bị H.323, đây chính là chức năng chính của các thiết bị Gatekeeper H.323, các thiết bị này là tuỳ chọn ở H.323, nếu không có các Gatekeeper tất cả các thiết bị phải có khả năng tự đưa ra các bản tin báo hiệu trực tiếp. Mọi kết nối WAN đềuđược xử lý bằng một hoặc nhiều GATEWAY H.323 và các GATEWAY H.323 có thể phù hợp hoạt động với các loại thiết bị khác nhau trong các cấu trúc mạng khác nhau. H.323 có thể được sử dụng với PSTN toàn cầu, N- ISDN (tốc độ nhỏ hơn 1,5 Mbs hoặc 2 Mbs), B- ISDN sử dụng ATM (tốc độ nhỏ hơn 1,5 Mbs hoặc 2 Mbs) thậm chí một đầu cuối thoại cũng có thể tham gia vào H.323 nhưng chỉ với khả năng audio. Khi H.323 được sử dụng với N- ISDN điện thoại ISDN hoặc các kết nối H.320 cũng được sử dụng. H.320 mô tả sự sắp xếp các kết cuối đối với hệ thống thoại N-ISDN, các thiết bị này thường được dùng cho các dịch vụ video conference và video phone. Nếu có một mạng LAN được gắn liền với ISDN đảm bảo chất lượng mặc định của các tham số dịch vụ, khi đó H.323 là đầu cuối gắn liền với mạng trong đó đường truyền bao gồm 1 hoặc nhiều mạng LAN, mỗi mạng LAN được cấu tạo để cung cấp một chất lượng dịch vụ QoS tương ứng với chất lượng N- ISDN. Những mạng B-ISDN dựa trên ATM có thể dùng để kết cuối H.321 video/audio. B - ISDN cũng có thể dùng cấu hình kết cuối H.310 hoạt động trong H.321. Các kết cuối H.310 là một kiểu kết cuối audio/visual tận dụng được cả B - ISDN và ATM về mặt dịch vụ và báo hiệu. Tóm lại, bên cạnh H.323 còn có thêm một số giao diện khác có một số ứng dụng khác nhau và người ta phân chúng ra cho các ứng dụng cụ thể: H.320 dùng cho xác định các loại đầu cuối; H.321 dùng cho B- ISDN và ATM; H.322 cho QoS các mạng LAN; H.323 dùng cho hội nghị; H.324 dành cho các kết nối thoại 33,6 Kbs. Khi dùng cho thoại IP, H.323 gồm cả các cuộc gọi VoIP được thực hiện giữa các kết cuối H.323 và GATEWAY H.323. Các dòng thông tin trong hệ thống H.323 được chia thành các loại sau: Audio (thoại): là tín hiệu thoại được số hoá và mã hoá. Để giảm tốc độ trung bình của tín hiệu thoại, cơ chế phát hiện tích cực thoại có thể được sử dụng. Tín hiệu thoại được đi kèm với tín hiệu điều khiển thoại. Video (hình ảnh): là tín hiệu hình ảnh động cũng được số hoá và mã hoá. Tín hiệu video cũng đi kèm với tín hiệu điều khiển video. Số liệu: bao gồm tín hiệu fax, tài liệu văn bản, ảnh tĩnh, file... Tín hiệu điều khiển truyền thông (Communication Control Signals) là các thông tin điều khiển trao đổi giữa các thành phần chức năng trong hệ thống để thực hiện điều khiển truyền thông giữa chúng như: trao đổi khả năng, đóng mở các kênh logic, các thông điệp điều khiển luồng và các chức năng khác. Tín hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signals) được sử dụng cho các chức năng điều khiển cuộc gọi như thiết lập cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi ... Tín hiệu kênh RAS (Random Access Signal) được sử dụng để thực các chức năng: đăng ký tham gia vào một vùng H.323, kết nạp/ tháo gỡ một điểm cuối khỏi vùng. Thay đổi băng thông và các chức năng khác liên quan đến quản lý hoạt động của các điểm cuối trong một vùng H.323. Hình: Cấu trúc H.323 và các thành phần H.323 Về mặt logic, hệ thống H.323 bao gồm các thành phần 4.1. Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal): là một trạm đầu cuối trong mạng LAN, đảm nhận việc cung cấp truyền thông hai chiều theo thời gian thực. Giao diện với mạng LAN (LAN Interface) Chức năng điều khiển hệ thống (System Control) RAS Control H.225.0 Call Control H .225.0 H.245 Control Trễ chiều thu (Receive Path Delay) Lớp đóng gói dữ liệu Multimedia, chuẩn H.225.0 (H.225.0 Layer) Audio Codec G.711, G.722, G.723, G.728, G.729(G.711:Bắt buộc) Video Codec Camera/ display Micro/ Speaker ứng dụng số liệu Giao diện điều khiển hệ thống cho người sử dụng Các chức năng H.323 Hình 4.1 miêu tả các thành phần chức năng của một thiết bị đầu cuối H.323. - Các phần giao tiếp với người sử dụng. - Các bộ codec (Audio và video). - Phần trao đổi dữ liệu từ xa (telematic). - Lớp (layer) đóng gói (chuẩn H.225.0 cho việc đóng gói multimedia). - Phần chức năng điều khiển hệ thống - Và giao diện giao tiếp với mạng LAN. Tất cả các thiết bị đầu cuối H.323 đều phải có một đơn vị điều khiển hệ thống, lớp đóng gói H.225.0, giao diện mạng và bộ codec thoại. Bộ codec cho tín hiệu video và các ứng dụng dữ liệu của người sử dụng là tuỳ chọn (có thể có hoặc không). - Giao diện với mạng LAN (LAN Interface): Giao diện với mạng LAN phải cung cấp các dịch vụ sau cho lớp trên (lớp đóng gói dữ liệu multimedia H.225.0): Dịch vụ thông tin tin cậy đầu cuối đến đầu cuối (ví dụ như TCP hay SPX). Dịch vụ này phục vụ cho kênh điều khiển H.245 và kênh dữ liệu. Dịch vụ truyền thông tin không tin cậy đầu cuối đến đầu cuối (ví dụ như UDP hay IPX). Dịch vụ này phục vụ cho các kênh Audio, các kênh Video, và kênh điều khiển RAS. Các dịch vụ này có thể là song công hay bán song công, thông tin unicast hay multicast tuỳ thuộc vào ứng dụng, khả năng của thiết bị đầu cuối và cấu hình của mạng LAN. - Bộ codec video (Video codec): Bộ video codec là thành phần tuỳ chọn, cung cấp cho thiết bị đầu cuối khả năng truyền video. - Bộ codec thoại (audio codec): Tất cả các thiết bị đầu cuối H.323 đều phải có thành phần này. Nó đảm nhận chức năng mã hoá và giải mã tín hiệu thoại. Chức năng mã/giải mã dòng thoại PCM 64kbps luật A và luật m (theo khuyến nghị G.711) là bắt buộc. Ngoài ra bộ codec có thể có thêm chức năng mã/giải mã thoại theo các thuật toán khác gồm: CS-ACELP (khuyến nghị G.729 và G.729A), ADPCM (khuyến nghị G.723), LD-CEPT (G.728), mã hoá băng rộng (G.722). Với các bộ codec thoại có nhiều khả năng mã hoá, thuật toán được sử dụng cho mã/giải mã thoại sẽ được đàm phán giữa các terminal tham gia cuộc đàm thoại (quá trình này được gọi là trao đổi khả năng). Trong trường hợp này terminal phải có khả năng hoạt động không đối xứng (ví dụ như mã hoá tín hiệu phát sử dụng theo khuyến nghị G.711 (PCM64), giải mã tín hiệu thu được theo G.728 (LD-CEPT)). Thiết bị đầu cuối Terminal có thể gửi đi nhiều kênh thoại cùng một lúc tuỳ thuộc vào ứng dụng. Các gói thoại phải được gửi lên tầng giao vận (transport layer) một các định kỳ theo những khoảng thời gian được xác định bởi chức năng codec nào đang được sử dụng (khoảng thời gian của khung tín hiệu thoại). Sự phân phối gói thoại lên lớp trên (lớp giao vận) không được muộn hơn 5ms sau khi kết thúc khoảng thời gian của khung thoại trước đó. Thiết bị đầu cuối H.323 có thể thu một vài kênh thoại (đàm thoại hội nghị). Trong trường hợp này, terminal cần thực hiện chức năng trộn các kênh thoại lại thành một kênh hỗn hợp đưa đến người sử dụng (Audio Mixing). Số lượng các kênh thoại bị hạn chế căn cứ vào tài nguyên sẵn có của mạng. - Trễ chiều thu: Chức năng trễ chiều thu bao gồm việc thêm vào dòng thông tin thời gian thực một độ trễ để đảm bảo duy trì sự đồng bộ và bù độ jitter của các gói đến. Độ trễ thêm vào phải tính đến thời gian trễ do xử lý tín hiệu khi thu. Dòng tín hiệu chiều phát không được làm trễ. - Kênh số liệu (Data Channel): Kênh dữ liệu trong thiết bị đầu cuối H.323 là không bắt buộc. Kênh dữ liệu có thể là đơn hướng hay hai hướng tuỳ thuộc vào từng ứng dụng. Nền tảng của ứng truyền số liệu trong thiết bị đầu cuối H.323 là chuẩn T.120. Trong luận án phần này cũng không được mô tả chi tiết. - Chức năng điều khiển truyền thông multimedia (chuẩn H.245): Chức năng điều khiển truyền thông sử dụng kênh điều khiển truyền thông H.245 để truyền tải các thông điệp điều khiển hoạt động truyền thông đầu cuối tới đầu cuối bao gồm: + Trao đổi khả năng (Capabilities Exchange). + Đóng mở các kênh logic cho tín hiệu media (tín hiệu thời gian thực) - Chức năng báo hiệu RAS (Registration - Admission - Status): Chức năng báo hiệu RAS sử dụng các thông điệp H.225.0 để thực hiện các thủ tục điều khiển giữa termnal và gatekeeper, bao gồm: + Khám phá gatekeeper. + Đăng ký (registration) tham gia vào vùng H.323. + Định vị điểm cuối. + Điều khiển kết nạp, tháo gỡ (Admission/Desengage). + Thay đổi băng thông sử dụng(bandwidth changes). + Thông báo trạng thái (status). - Chức năng báo hiệu cuộc gọi: Chức năng báo hiệu cuộc gọi sử dụng báo hiệu cuộc gọi H.225.0 (Q.931) để thiết lập kết nối giữa các điểm cuối H.323. - Lớp đóng gói thông tin (H.225.0 layer): Các kênh logic mang thông tin thoại, video, số liệu hay thông tin điều khiển được thiết lập theo các thủ tục điều khiển mô tả trong khuyến nghị H.245. Các kênh logic hầu hết là đơn hướng và độc lập trên mỗi hướng truyền. Một vài kênh lôgic như kênh số liệu có thể là hai hướng và liên quan đến thủ tục mở kênh hai hướng của H.245. Một số lượng bất kỳ các kênh logic có thể được sử dụng để truyền ngoại trừ kênh điều khiển H.245 (chỉ có một kênh cho mỗi cuộc gọi). Ngoài ra các điểm cuối H.323 còn sử dụng thêm hai kênh cho báo hiệu cuộc gọi và các chức năng liên quan đến gatekeeper (RAS). a. Số kênh logic (Logical Channel Number - LCN): Mỗi một kênh logic được chỉ ra bởi một số kênh logic (LCN) trong khoảng từ 0 cho đến 65535 nhằm mục đích phù hợp với kênh logic tương ứng trong kết nối tầng giao vận. Số kênh logic được bên phát chọn một cách tuỳ tiện ngoại trừ kênh logic 0 được dành riêng cho kênh điều khiển h.245. b. Giới hạn tốc độ bit của kênh logic: Băng thông của một kênh logic phải được giới hạn bởi một giá trị cận trên suy ra từ khả năng phát tối thiểu và khả năng thu của thiết bị đầu cuối. Dựa trên giới hạn này, một thiết bị đầu cuối phải mở kênh logic với tốc độ giới hạn kênh thấp hơn hoặc bằng cận trên đó và bên phát có thể phát bất cứ dòng thông tin nào có tốc độ không quá tốc độ giới hạn của kênh. Tốc độ giới hạn kênh chỉ ra tốc độ của dòng dữ liệu mang thông tin nội dung của kênh mà không bao gồm các phần mào đầu giao thức. Khi thiết bị đầu cuối không có thông tin nào để gửi đi trong một kênh thì thiết bị đầu cuối không cần phải gửi đi các thông tin lấp vào để duy trì tốc độ của kênh. 4.2 . H.323 Gateway : Gateway ( GW) là thành phần dùng để kết nối 2 mạng khác loại nhau. Một cổng H323 dùng để liên kết mạng H323 với mạng không phải mạng chuẩn H.323. Việc kết nối giữa 2 mạng khác loại nhau thực hiện được nhờ việc dịch các giao thức ( protocol translation) khác nhau cho quá trình thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với GW. Tuy nhiên một GW sẽ không cần thiết lập cho việc liên lạc giữa các đầu cuối thuộc cùng mạng H.323. Cấu tạo của một GW bao gồm : 1 Media Gateway Controller (MGC), Media Gateway (MG) và Signaling Gateway (SG) được minh họa trong hình vẽ * Các đặc tính cơ bản của một GW : Một GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng H.323 và mạng sử dụng chuyển mạch kênh ( SCN – Switched Circuit Network ) Về phía H.323, GW phải hỗ trợ báo hiệu điều khiển H.245 cho quá trình trao đổi khả năng hoạt động của terminal cũng như của GW, báo hiệu cuộc gọi H.225, báo hiệu RAS. Về phía SCN, GW phải hỗ trợ các giao thức hoạt động trong mạng chuyển mạch kênh ( như SS7 sử dụng trong PSTN ). Các giao thức mà một GW phải hỗ trợ được minh họa trong hình vẽ : Hình : Chồng giao thức của một Gateway * Các chức năng của Gateway : - Chuyển đổi giữa các dạng khung truyền dẫn. - Chuyển đổi giữa các thủ tục giao tiếp. - Chuyển đổi giữa các dạng mã hoá khác nhau của các luồng tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh. - Thực hiện việc thiết lập và xoá cuộc gọi ở cả phía mạng LAN cũng như phía mạng chuyển mạch SCN. - Gateway khi hoạt động sẽ có đặc điểm của một thiết bị đầu cuối H.323 hoặc một MCU trong mạng LAN và có đặc điểm của một thiết bị đầu cuối trong SCN hoặc một MCU trong SCN. 4.3. Gatekeeper. Một Gatekeeper ( GK ) được xem là bộ não của mạng H.323, nó chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323. Mặc dù là thành phần tùy chọn nhưng GK cung cấp các dịch vụ quan trọng như việc dịch địa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước. Ngoài ra nó cũng cung cấp dịch vụ định tuyến cuộc gọi. Đây là một chức năng có rất nhiều ưu điểm vì quá trình giám sát cuộc gọi cũng như định tuyến qua GK sẽ cung cấp hoạt động mạng tốt hơn. Điều này là do việc GK đưa ra quyết định định tuyến dựa trên rất nhiều yếu tố, ví dụ như yếu tố cân bằng tải giữa các GW. Hình 4.3 : Chức năng của một Gatekeeper Các chức năng cần thiết của một GK : Dịch địa chỉ ( Address Translation ) : một cuộc gọi đi trong mạng H.323 có thể dùng bí danh ( alias ) để chỉ địa chỉ của đầu cuối đích ( destination terminal ). Do đó ta cần phải sử dụng chức năng này để dịch bí danh sang địa chỉ H.323. Quản lý việc thu nhận điểm cuối ( Admission Control ) : GK sử dụng báo hiệu RAS để quản lý việc tham gia vào mạng H.323 để có thể tham gia vào một kết nối nào đó của các điểm cuối dựa vào một số tiêu chuẩn như băng thông còn trống, sự cho phép hay một số tiêu chuẩn khác mà một số yêu cầu đặc biệt khác đòi hỏi đáp ứng. Điều khiển băng thông ( Bandwidth Control ) : GK điều khiển băng thông bằng báo hiệu RAS. Ví dụ nếu người điều hành mạng đã xác định số cuộc gọi tối đa được thực hiện cùng lúc thì mạng có quyền từ chối bất cứ cuộc gọi nào khi số cuộc gọi tại thời điểm đó đã đạt đến ngưỡng này. Quản lý vùng hoạt động ( One management ) : GK chỉ có thể thực hiện các chức năng trên đối với các terminal, GW và MCU thuộc vùng quản lý của nó. Hay nói cách khác GK định nghĩa các điểm cuối ( endpoint ) nó quản lý. Các chức năng tùy chọn của GK : Báo hiệu điều khiển cuộc gọi ( Call Control Signaling ). Chấp nhận cuộc gọi ( Call Authorixation) : GK có quyền quyết định cho một điểm cuối ( endpoint) có thể thực hiện một cuộc gọi hay không. Quản lý cuộc gọi ( Call Management ) : chức năng này cho phép GK lưu trữ tất cả các thông tin về các cuộc gọi mà nó xử lý ( các cuộ gọi xuất phát từ vùng hoạt động của nó ). 4.4 Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm ( MCU- Multipoint ControlUnit): a. Multipoint Control Unit ( MCU ) là thành phần hỗ trợ trong dịch vụ hội nghị đa điểm có sự tham gia của từ 2 terminal H.323 trở lên. Mọi terminal tham gia vào hội nghị đều phải thiết lập một kết nối với các MCU. Và MCU quản lý tài nguyên phục vụ cho hội nghị, thương lượng giữa các terminal để xác định loại codec ( coder / decoder ) nào cho tiếng và hình được sử dụng đồng thời xử lý dòng thông tin truyền . Một MCU bao gồm 2 thành phần con : bộ điều khiển đa điểm ( Multipoint Controller – MC ) và thành phần tùy chọn bộ xử lý đa điểm ( Multipoint Processor – MP ) Hình 4.4 : Cấu tạo của Multipoint Control Unit MC có chức năng quản lý báo hiệu cuộc gọi. Trong lúc đó, MP xử lý việc trộn và chuyển mạch các dòng thông tin cũng như các quá trình xử lý thông tin khác . b. Vùng hoạt động. - Một vùng hoạt động H.323 là tập hợp tất cả các đầu cuối, các GW và các MCU chịu sự quản lý duy nhất của một GK. Vùng hoạt động này độc lập với các topo của mạng thực tế và có thể bao gồm nhiều đoạn mạng ( segment ) nối với nhau qua router hay các thiết bị khác. Mô hình về một vùng hoạt động đơn giản được minh họa trong hình sau : Hình 4.4a : Một vùng hoạt động 5. H.323 Xone Hình III.3 H.323 Zone Một H.323 Zone là tập hợp tất cả các đầu cuối, Gateway, MCU được quản lý bởi một Gatekeeper (hình III.5). Một zone bao gồm ít nhất một đầu cuối và có thể bao gồm Gateway hay MCU. Mỗi zone chỉ có duy nhất một Gatekeeper. 6. Bộ giao thức H.323 Hình 5. Các lớp của bộ giao thức H.323 Khuyến nghị H.323 đề ra những giao thức nằm trên tầng IP và các tầng vận tải (TCP hay UDP), những giao thức này được sử dụng một cách kết hợp bảo đảm cho việc thiết lập cuộc thoại và truyền dòng tiếng nói tuân thủ tính thời gian thực qua mạng chuyển mạch gói. Hình III.4 là sơ đồ chồng giao thức. Có thể phân chia thành 2 nhóm giao thức : Nhóm thứ nhất có vai trò thực hiện trao đổi tín hiệu (signaling) giữa các thành phần của mạng H.323, đảm bảo cho một endpoint có thể thiết lập được cuộc thoại với một endpoint khác. Bao gồm: RAS (Registation/Admission/Status): giao thức trao đổi giữa endpoint với Gatekeeper. Q.931: giao thức cho phép thiết lập và kết thúc cuộc gọi. H.245: giao thức cho phép thống nhất phương thức truyền thông giữa các endpoint và thiết lập kênh logic để dữ liệu tiếng nói truyền qua kênh này. Như vậy nhóm này có thể coi như tập giao thức giúp các bên tham gia “bắt tay” được với nhau trước khi dòng tiếng nói thực sự được trao đổi qua lại. Nhóm thứ hai chịu trách nhiệm đảm bảo truyền dòng tiếng nói có tính thời gian thực qua mạng, cộng thêm một số thông tin trạng thái và điều khiển giúp cho việc nâng cao chất lượng cuộc thoại. Bao gồm : RTP (Real Time Protocol): giao thức đảm nhiệm việc truyền dòng tiếng nói thực sự tới phía nhận. RTCP (Real Time Control Protocol): giao thức hỗ trợ cung cấp các thông tin trạng thái và điều khiển chất lượng cuộc thoại tới các bên tham gia. Tính chất của các thông tin mà nhóm này chịu trách nhiệm truyền là tính thời gian thực (Real Time). Vì thế người ta chọn tầng vận tải phía dưới chúng là UDP. Tầng này tuy không có cơ chế đảm bảo độ tin cậy trong việc truyền dữ liệu (không có cơ chế phát hiện sự mất dữ liệu, không phát lại dữ liệu bị mất...) nhưng bù lại header của UDP nhỏ gọn và đơn giản, dẫn đến có thể tăng tốc độ xử lí, phù hợp với yêu cầu về thời gian thực. RTP và RTCP thường được mở trên hai cổng UDP riêng, sát cạnh nhau. Việc thiết lập các cổng này là chức năng của giao thức H.245 (mở kênh logic) Codec 7. Thiết lập và giải phóng cuộc gọi cho H.323 Báo hiệu H.323 là một quá trình phức tạp. Tương tác giữa các phần tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu được mô tả như sau: Hình 6. Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN Hình 6.1 . Quá trình thiết lập cuộc gọi H.323 Nếu xem xét một cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 thì quá trình được thiết lập như sau: Trước hết, cả hai đầu cuối H.323 phải được đăng ký tại các Gatekeeper Đầu cuối A gửi yêu cầu tới Gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi GATEWAY gửi cho đầu cuối A thông tin cần thiết về đầu cuối B Đầu cuối A gửi bản tin SETUP tới đầu cuối B Đầu cuối B trả lời bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với Gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi. Đầu cuối B gửi bản tin Alerting và Connect Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kết nối RTP Mô tả trong hình là trường hợp cuộc gọi điểm- điểm đơn giản nhất, khi báo hiệu cuộc gọi không định tuyến tới Gatekeeper. 8. H.323 cho IP Telephone Cấu trúc H.323 là quá mức cần thiết đối với VoIP thậm chí đối với cả mạng IP hoàn chỉnh. Chỉ có một tập con của H.323 là cần thiết cho vận hành các kết cuối audio (các PC hoặc điện thoại) qua mạng IP. Hình ảnh Âm thanh Điều khiển Dữ liệu H.261 H.263 (mã hoá video) G.711 G.722 G.723 G.728 G.729 H.225 Báo hiệu từ kết cuối tới Gatekeeper H.225 Tín hiệu cuộc gọi H.245 T.120 Chuyển tiếp dữ liệu đa điểm RTP RTCP RTP RTCP Chuyển tải không tin cậy (UDP) Chuyển tải tin cậy (TCP) Hình III.7. H.323 cho thoại IP Thoại IP chỉ sử dụng thành phần audio và điều khiển của H.323. Thành phần audio xử lý toàn bộ chức năng VoIP và tiêu chuẩn audio mà H.323 yêu cầu là G.711 ( 64Kbs). Hầu hết các cấu hình của VoIP, G.278 ( 16Kbs) có ý nghĩa hơn khi thực hiện thoại có tốc độ thấp, đặc biệt là G.723 (5,3Kbs) hoặc G.729 (6,4Kbs). Hình III.8. Các chức năng giao thức của hệ thức VoIP. Phần điều khiển của H.323 cũng có thể sử dụng các UDP để nhanh chóng thiết lập các kết nối giữa các thiết bị đầu cuối H.323 và Gatekeeper H.323. Gatekeeper H.323 về mặt cơ bản là một server truy nhập từ xa của mạng H.323. H.225 cũng được dùng để điều khiển cuộc gọi tới TCP để thiết lập, duy trì những kết nối VoIP. H245 sử dụng với mọi kết cuối H.320 cũng có thể được sử dụng với TCP. Trong khi một số các nhà sản xuất thiết bị và phần mềm VoIP tùy thuộc vào các thành phần và giao thức độc quyền. Hầu hết họ sử dụng khuyến nghị H.323 và cố tuân thủ nó một cách đầy đủ để cố gắng có thể phối hợp hoạt động với nhiều nhà khai thác. Thực tế đó làm cho H.323 trở thành mô hình tốt đối với các hệ thống VoIP. KẾT LUẬN - Trong mạng NGN báo hiệu là vấn đề hết sức quan trọng , nó là tiền đề cho việc thực hiện thành công hay không việc truyền lưu lượng dữ liệu trong mạng. Báo hiệu đảm bảo cho việc điều khiển các thành phần của mạng phối hợp hoạt động nhịp nhàng, hiệu quả thiết lập các dịch vụ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng. Thêm nữa, báo hiệu còn là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng mạng. - Sau khi tìm hiểu báo hiệu H.323 ta thấy giao thức báo hiệu này phức tạp hơn giao thức SIP. Nhưng giao thức H.323 cho phép quản lý các thành phần tham gia vào mạng một cách khá chặt chẽ. Vì vậy tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạng ta sẽ có lựa chọn giao thức báo hiệu thích hợp.