Tài liệu Nghiên cứu giải pháp triển khai ip call center trên mạng viễn thông việt nam

ðẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ðẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ANH ðỨC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI IP CALL CENTER TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2008 2 ðẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ðẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ANH ðỨC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI IP CALL CENTER TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM Ngành: Công nghệ ðiện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Cảnh Tuấn Hà Nội – 2008 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ðOAN ...................................................................................................... 1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... 6 DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................. 11 MỞ ðẦU ................................................................................................................. 12 CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VOIP ............................................. 14 1.1. Giới thiệu về VoIP ..........................................................................................14 1.1.1. Các mô hình truyền thoại qua VoIP ..........................................................14 1.1.2. Các ñặc ñiểm của VoIP.............................................................................16 1.2. Mô hình mạng VoIP ........................................................................................19 1.2.1. Mô hình mạng VoIP .................................................................................19 1.2.2. Hoạt ñộng của mạng VoIP ........................................................................21 1.3. Các giao thức trong mạng VoIP.......................................................................23 1.3.1. Giao thức TCP/IP .....................................................................................23 1.3.2. Giao thức UDP (User Data Protocol) ........................................................27 1.3.3. Giao thức RTP (Real time Transport Protocol) .........................................28 1.3.4. Giao thức RTCP (Real-time Transport Control Protocol)..........................29 1.3.5. Giao thức SIP (Session Initial Protocol)....................................................31 1.3.6. Giao thức H.323........................................................................................37 1.3.7. Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) ...............................42 1.3.8. Giao thức MGCP(Media Gateway Control Protocol) ................................43 1.3.9. Giao thức Megaco/H.248 ..........................................................................43 1.4. Vấn ñề QoS trong VoIP...................................................................................44 1.4.1. Giới thiệu về QoS .....................................................................................44 1.4.2. QoS trong VoIP và các yếu tố chính có ảnh hưởng tới mạng VoIP ...........45 CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CALL CENTER ............................. 49 2.1. ðịnh nghĩa.......................................................................................................49 2.2. Lịch sử phát triển.............................................................................................49 2.3. Lợi ích và khả năng ứng dụng của Call Center ................................................51 2.4. IP Call Center..................................................................................................54 2.4.1. Thành phần hệ thống IP Call Center .........................................................55 2.4.2. Lợi lích của IP Call Center........................................................................58 2.4.3. Nguyên tắc tổ chức của hệ thống IP Call Center .......................................61 2.4.4. Các bước triển khai IP Call Center............................................................64 2.5. Các giải pháp Call Center trên thế giới và Việt Nam .......................................65 2.5.1. Thị trường thế giới....................................................................................65 2.5.2. Thị trường Việt Nam.................................................................................73 2.5.3. Khả năng áp dụng .....................................................................................74 CHƯƠNG 3 - NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN IP CALL CENTER TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VN................................................................................................... 75 3.1. Hiện trạng mạng viễn thông việt nam ..............................................................75 3.2. Thiết kế tổng thể hệ thống IP Call Center ........................................................77 3.2.1. Mô hình hóa hệ thống ...............................................................................77 3.2.2. Nhiệm vụ thiết kế......................................................................................80 3.2.3. ðề xuất cấu trúc tổng thể của IP Call Center .............................................80 5 3.3. Lựa chọn giải pháp xây dựng hệ thống IP Call Center .....................................82 3.3.1. Giải pháp software-based..........................................................................82 3.3.2. Giải pháp hardware-based.........................................................................85 3.3.3. Giải pháp kết hợp......................................................................................85 3.3.4. So sánh các giải pháp................................................................................88 3.4. Xây dựng các công ñoạn ñể triển khai IP Call Center bằng giải pháp kết hợp..89 3.4.1. Lựa chọn giải pháp mã nguồn mở .............................................................89 3.4.2. Lựa chọn phần cứng..................................................................................96 3.4.3. Thiết kế phần mềm Manager Desktop.......................................................99 3.4.4. Thiết kế phần mềm Agent Desktop ......................................................... 102 3.5. Thử nghiệm hệ thống IP Call Center ............................................................. 103 3.5.1. IPPBX .................................................................................................... 104 3.5.2. Media Gateway....................................................................................... 104 3.5.3. ðo kiểm .................................................................................................. 105 3.6. Những vấn ñề còn tồn tại và hướng phát triển trong tương lai ....................... 107 KẾT LUẬN ............................................................................................................109 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................110 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Số thứ Thuật ngữ tự 1 ACD Tên ñầy ñủ tiếng Anh Chú giải Automatic Call Distribution Adaptive Differential Pulse Code Modulation Tính năng tự ñộng phân phối cuộc gọi trong một số hệ thống thoại Chuẩn nén 32kbps sử dụng ñể chuyển ñổi tín hiệu số sang tương tự và ngược lại ðường thuê bao số bất ñối xứng 2 ADPCM 3 ADSL 4 AMD 5 ANI 6 API 7 ACF 8 ANSI/ISO 9 ARJ American National Standard for Information Systems Admission ReJect 10 ARQ Admission ReQuest 11 AVVID 12 13 14 CDR BCG BCR Architecture for Voice, Video and Integrated Data Call Detail Record Business Common Gallery Business Communication Review 15 DNIS 16 CI Dialed Number Identification Service Controlled Interation 17 CO Central Office 18 COSMIC 19 20 CPU CS Common Software Measurement International Consortium Central Processing Unit Call Server Asymmetric Digital Subscriber Line Advanced Micro Devices Automatic Number Identification Application Programming Interface Admission ConFirm Tập ñoàn chuyên sản xuất các thiết bị vi xử lí Tự ñộng xác ñịnh số gọi ñến Giao diện lập trình ứng dụng Bản tin xác nhận ñăng kí trong giao thức báo hiệu H.225, họ giao thức VoIP H.323 Chuẩn quốc gia Hoa Kỳ cho các hệ thống thông tin Bản tin từ chối ñăng kí trong giao thức báo hiệu H.225, họ giao thức VoIP H.323 Bản tin yêu cầu ñăng kí trong giao thức báo hiệu H.225, họ giao thức VoIP H.323 Kiến trúc cho thoại, video và dữ liệu tổng hợp Bản ghi lưu thông tin cuộc gọi Một bộ thư viện xây dựng giao diện Tổ chức chuyên thực hiện các nghiên cứu và ñánh giá về các sản phẩm và thị trường mạng Dịch vụ xác ñịnh số bị gọi Mô hình phát triển phần mềm ñưa ra bởi hãng Rational Khối cung cấp ñường thuê bao analog tới người dùng Liên minh quốc tế ñánh giá phần mềm chung Bộ vi xử lí trung tâm Khỗi xử lí trạng thái cuộc gọi và các phiên báo hiệu trong mô hình NGNPBX của ITU-T 7 Số thứ Thuật ngữ tự 21 CSTA Tên ñầy ñủ tiếng Anh Computer-Supported Telecommunications Applications Computer Telephony Integration Database Dialogic Native NT Architecture 22 CTI 23 24 DB DNA 25 DTMF 26 ETSI 27 GK 28 29 30 GNU GPL GSM codec GNU's Not UNIX General Public License Global System for Mobile Communications codec 31 32 GUI GW Graphic User Interface Gateway 33 ICP 34 IEEE 35 36 IP IP-PBX 37 IPVS Integrated Communications Platform Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Internet Protocol Private Branch eXchange IP Voice Stream Resource 38 ISDN 39 ISO/IEC 40 ITU-T 41 IVR 42 43 LAN MFC Dual Tone Multi Frequency European Telecommunications Standards Institute Gatekeeper Integrated Services Digital Networks Information Technology -Open Systems Interconnection International Telecommunication Union – Standardization Sector Interactive Voice Response Local Area Network Microsoft Foundation Code Chú giải Các ứng dụng viễn thông ñược hỗ trợ bởi máy tính Công nghệ tích hợp giữa máy tính và ñiện thoại Cơ sở dữ liệu Một tập các hàm ñiều khiển của hãng Dialogic, cho phép can thiệp sâu tới phần cứng Xung báo hiệu ña tần Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Khối quản lí báo hiệu trong giao thức H.323 Chuẩn nén với tốc ñộ 8.3kbps, ñược sử dụng ñầu tiên trong các mạng di ñộng GSM Giao diện ñồ họa với người dùng Khối xử lí media và kết nối tới mạng NGN trong mô hình NGNPBX của ITU-T Nền tảng giao tiếp hợp nhất Hiệp hội kỹ sư ñiện/ ñiện tử Giao thức truyền thông liên mạng Tổng ñài liên lạc nội bộ sử dụng giao thức IP Công nghệ cho phép thực thi các stack VoIP tự phát triển trên nền phần cứng Dialogic Công nghệ dịch vụ tích hợp số Công nghệ thông tin – Liên kểt các hệ thống mở Liên minh viễn thong quốc tế Nhánh chuẩn hoá Hệ thống tương tác với người sử dụng bằng tiếng nói Mạng nội bộ Bộ thư viên phát triển giao diện cung cấp bởi bộ công cụ Visual Studio của Microsoft 8 Số thứ Thuật ngữ tự 44 MGCP 45 MIPS 46 MMUSIC 47 MUTEX 48 49 50 NGN OMG PLOP 51 PSTN 52 PIN 53 54 PBX R4 55 RAD 56 RAS 57 RFC 58 RIPT 59 RIVF 60 RPT 61 SCCP 62 SDK 63 SMB 64 SOAP 65 STL Tên ñầy ñủ tiếng Anh Media Gateway Control Protocol Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages Multiparty Multimedia Session Control WG Mutual Exclusive synchronization Next Generation Network Object Management Group Pattern Languages of Programs Plain Switch Telephony Network Personal Identification Number Private Branch eXchange Dialogic R4 framework Chú giải Giao thức ñiều khiển Media Gateway, ñược sử dụng trong mạng NGN Một công nghệ vi xử lí chuyên dụng dành cho các loại máy chủ lớn Nhóm làm việc của IETF, tập trung vào lĩnh vực xây dựng các tiêu chuẩn về quản lí phiên truyền thông ña phương tiện Một phương pháp ñồng bộ giữa các thread trong hệ ñiều hành Mạng thế hệ sau Nhóm quản lý ñối tượng Ngôn ngữ mẫu của lập trình Mạng chuyển mạch kênh Số ñịnh danh cá nhân, thường dùng trong các dịch vụ kiểu trả trước Tổng ñài liên lạc nội bộ Một tập các hàm API do hãng Dialogic cung cấp ñể xây dựng giao diện ñiều khiển chung giữa các thiết bị của hãng Rapid Application Develop Mô hình phát triển phần mềm với tốc ñộ nhanh Registration Admission Giao thức quản lí quyền ñăng kí và and Status trạng thái ñầu cuối, sử dụng trong chuẩn H.225 của họ tiêu chuẩn VoIP H.323 Request For Comments Tập hợp các tiêu chuẩn liên quan ñến Internet ñưa ra bởi tổ chức IETF Research Institute of Posts Viện KHKT Bưu ðiện and Telecoms Research, Innovation and Hội nghị quốc tế về CNTT, ñược tổ Vision for the Future chức thường niên Real-time Transmission Giao thức truyền dữ liệu thời gian Protocol thực Signaling Connection Một giao thức ñiều khiển chuyên Control Part dụng của Cisco Software Development Kit Bộ công cụ và thư viện phát triển phần mềm Small and Medium Các doanh nghiệp vừa và nhỏ Business Simple Object Access Giao thức truy nhập ñối tượng ñơn Protocol giản, thường sử dụng trong các mô hình client/server Standard Template Library Bộ thư viện mở rộng cho ngôn ngữ 9 Số thứ Thuật ngữ tự 66 SIP 67 SRL Tên ñầy ñủ tiếng Anh Chú giải Session Initiation Protocol Standard Runtime Library Giao thức khởi tạo phiên Thư viện lập trình chuẩn cho thiết bị của hãng Dialogic Bộ kết nối tới các thuê bao analog và mạng PSTN trong mô hình NGN-PBX của ITU-T Ghép kênh theo khe thời gian 68 TA Terminal Adaptor 69 TDM 70 TCP 71 UII Time Division Multiplexing Transmission Control Protocol User Input Indication 72 VoIP 73 VOCAL 74 75 WAN XML Voice over Internet Protocol Vovida Open Communication Application Library Wide Area Network eXtensible Markup Language Giao thức truyền thông có ñiều khiển Bản tin do người dùng nhập trong giao thức VoIP, thường ñược sử dụng ñể chuyển các kí tự DTMF trên mạng VoIP Thoại qua giao thức IP Thư viện ứng dụng giao tiếp mở Vovida Mạng diện rộng Một ngôn ngữ nâng cao phát triển từ ngôn ngữ siêu văn bản HTML, cho phép ñịnh nghĩa các kết nối và giao dịch về dữ liệu và cơ sở dữ liệu 10 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2-1 So sánh Call Center truyền thống với IP Call Center ..................................55 Bảng 3-1 Danh sách các tổ chức mã nguồn mở cho VoIP ..........................................84 Bảng 3-2 So sánh các giải pháp phát triển hệ thống IP Call Center ............................88 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1 Mô hình PC-to-PC ..................................................................................... 15 Hình 1-2 Mô hình PC-to-Phone ................................................................................ 15 Hình 1-3 Mô hình Phone-to-Phone ........................................................................... 16 Hình 1-4 Mô hình mạng VoIP .................................................................................. 20 Hình 1-5 Mô hình thông tin truyền thống của doanh nghiệp ..................................... 22 Hình 1-6 Mô hình thông tin của doanh nghiệp với giải pháp VoIP............................ 22 Hình 1-7 Mô hình kiến trúc TCP/IP so sánh với mô hình tham chiếu OSI ................ 24 Hình 1-8 Cấu trúc của IP Datagram .......................................................................... 24 Hình 1-9 Cấu trúc của UDP Datagram...................................................................... 27 Hình 1-10 Cấu trúc gói tin RTP ................................................................................ 28 Hình 1-11 Cấu trúc gói tin RTCP.............................................................................. 30 Hình 1-12 Mô hình mạng SIP ................................................................................... 31 Hình 1-13 Ví dụ một bản tin SIP............................................................................... 34 Hình 1-14 Một số trường mào ñầu SIP ..................................................................... 34 Hình 1-15 Thiết lập cuộc gọi SIP ñơn giản ............................................................... 35 Hình 1-17 Thiết lập cuộc gọi SIP qua Proxy Server .................................................. 36 Hình 1-18 Thiết lập cuộc gọi SIP qua Redirect Server .............................................. 36 Hình 1-19 Mô hình mạng H.323 ñơn giản................................................................. 38 Hình 1-20 Các giao thức thuộc H.323....................................................................... 38 Hình 1-21 Chồng giao thức tại ñầu cuối H.323 ......................................................... 39 Hình 1-21 Cấu tạo của gateway ................................................................................ 40 Hình 1-22 Chức năng của một Gatekeeper................................................................ 40 Hình 1-23 Quá trình báo hiệu cuộc gọi ñơn giản sử dụng H.225 ............................... 42 Hình 2-1 Hệ thống Call Center thời kỳ ñầu............................................................... 49 Hình 2-2 Hệ thống Call Center truyền thống, có trang bị PC..................................... 50 Hình 2-3 Hệ thống Call Center có trang bị PC và VRU ............................................ 50 Hình 2-4 Thành phần hệ thống IP Call Center .......................................................... 56 Hình 2-4 Giải pháp Call Center của Ericsson............................................................ 66 Hình 2-5 Giải pháp Call Center của Avaya ............................................................... 68 Hình 2-6 Giải pháp Call Center của IBM .................................................................. 70 Hình 2-7 Giải pháp Call Center của Cisco ................................................................ 72 Hình 3-1 Giải pháp IP Centrex của VNPT ................................................................ 76 Hình 3-2 Mô hình giao tiếp giữa các tác nhân với hệ thống ...................................... 78 Hình 3-3 Thành phần chức năng cơ bản của hệ thống Call Center ............................ 81 Hình 3-4 Sơ ñồ khối của Asterisk ............................................................................. 90 Hình 3-5 Giải pháp tích hợp card phần cứng trên Asterisk ........................................ 97 Hình 3-6 Giải pháp tích hợp MediaGateway trên Asterisk ........................................ 98 Hình 3-7 Giải pháp tích hợp MediaServer trên Asterisk............................................ 99 Hình 3-8 Thiết kế module Manager Desktop .......................................................... 101 Hình 3-9 Thiết kế module Agent Desktop............................................................... 102 Hình 3-10 Cấu hình thử nghiệm IP Call Center....................................................... 103 Hình 3-11 Phân tích giao thức VoIP ....................................................................... 106 Hình 3-12 Giao diện phần mềm giả lập VoIP Sipp ................................................. 106 Hình 3-13 ðiều khiển hệ thống qua telnet............................................................... 107 12 MỞ ðẦU Mọi tổ chức ñều có nhu cầu phải giao tiếp bằng ñiện thoại. Có giải pháp lưu trữ, quản lý và có nhiều hình thức khai thác các thông tin cuộc gọi sẽ ñem lại nhiều thông tin quan trọng hỗ trợ công tác quản lý cũng như các quyết ñịnh về tổ chức, sản xuất, kinh doanh của tổ chức. Trong một tổ chức, các nguồn lực như vốn, nhân lực, vật tư ñều ñược quản lý. Trong giai ñoạn kinh tế tri thức, thông tin ñược ñánh giá là một trong các nguồn lực quan trọng. Trong mỗi tổ chức, một lượng thông tin rất lớn ñược lưu chuyển qua ñường ñiện thoại, thông tin này cũng cần phải có giải pháp quản lý. Hiện nay, trong mạng ñiện thoại công cộng PSTN các cơ quan ñơn vị thường sử dụng tổng ñài nội bộ (PBX) trong liên lạc ñiện thoại. Cần phải có phần mềm riêng quản lý, tính cước, kết nối máy tính. Cần phải ñầu tư thiết bị riêng ñể ghi âm. Khi cần cung cấp dịch vụ gọi tự ñộng, trả lời tự ñộng hay trả lời bằng ñiện thoại viên ñều phải thêm thiết bị, phần mềm. Tổng thể, ñầu tư cho cả hệ thống sẽ rất lớn, sử dụng phức tạp và khó triển khai. Với việc cung cấp dịch vụ khách hàng qua trung tâm cuộc gọi(Call Center), các tổ chức sẽ tiết kiệm ñược rất nhiều chi phí, nhân lực vì ñây là loại dịch vụ tự thực hiện, ngoài ra, sự nhanh chóng, thuận tiện và khả năng ñáp ứng cao sẽ góp phần tăng thêm khách hàng cho tổ chức. Với sự ra ñời của công nghệ thoại qua Internet(VoIP) ñã làm xuất hiện IP Call Center. Hệ thống IP Call Center cho phép tích hợp ñiện thoại- máy tính, ñảm nhiệm các yêu cầu cần phải ñáp ứng về liên lạc ñiện thoại. Cơ quan, ñơn vị sử dụng hệ thống ngoài chức năng quản lý giám sát hệ thống liên lạc nội bộ, còn dễ dàng thuận tiện khi cần triển khai các dịch vụ khách hàng. Hệ thống này giúp tự ñộng hoá, quản lý nhiều hoạt ñộng hiện ñang phải triển khai thủ công như các công việc trực ban, tra cứu danh bạ, liên lạc, giải pháp thông tin, ghi âm các liên lạc quan trọng làm dữ liệu. Hệ thống này sẵn sàng, thuận tiện trong việc mở rộng khi có các yêu cầu phát triển mới về ñường truyền, mở rộng phạm vi, thêm chức năng, dịch vụ. Mặt khác mạng viễn thông Việt Nam ñã và ñang triển khai mạng NGN, do ñó việc ñịnh hướng chuyển ñổi mô hình Call Center sang IP Call Center ñang ñược các hãng, tổ chức quan tâm. Trên cơ sở ñó, việc nghiên cứu giải pháp thiết kế, chế tạo và triển khai IP Call Center tại Việt Nam là cấp thiết. Mục tiêu của ñề tài là giới thiệu các khái niệm cũng như giải pháp thiết kế và triển khai IP Call Center cho các doanh nghiệp có nhu cầu về dịch vụ khách hàng qua Call Center. 13 ðề tài bao gồm 3 chương: Chương 1 - nêu lên các khái niệm tổng quan nhất về VoIP: ñịnh nghĩa, các giao thức, kiến trúc mạng VoIP và ñánh giá QoS trong mạng VoIP. Chương 2 - nêu lên các khái niệm tổng quan về hệ thống Call Center: ñịnh nghĩa, lịch sử phát triển, lợi ích và khả năng ứng dụng, ñồng thời cũng tiến hành khảo sát phân tích các giải pháp Call Center nổi tiếng trên thế giới, và nhu cầu phát triển ở Việt Nam. Chương 3 – nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp hệ thống IP Call Center sau khi nghiên cứu, phân tích nhiều hệ thống Call Center ñược thực hiện bởi các hãng viễn thông lớn, bao gồm: các thành phần chức năng của hệ thống, các giao thức sử dụng. ðề tài ñã thiết kế, lắp ráp chạy thử trên mạng lưới. Với khuôn khổ và mục tiêu của ñề tài rộng lớn, nhưng kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp, giúp ñỡ quý báu của các thầy cô giáo cùng các bạn bè, các ñồng nghiệp. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Nguyễn Cảnh Tuấn, người ñã tận tình giúp ñỡ tôi hoàn thành bản luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa ðiện tử – Viễn thông trường ðại Học Công Nghệ, những người ñã hỗ trợ cho tôi có những kiến thức quý báu. Cảm ơn sự giúp ñỡ, tạo ñiều kiện của các bạn ñồng nghiệp nơi tôi công tác là Công ty Cổ phần Truyền Thông ABC. 14 CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VOIP 1.1. Giới thiệu về VoIP Trong những năm gần ñây, số lượng người sử dụng Internet và số lượng máy chủ cung cấp dịch vụ ñã tăng một cách mạnh mẽ. Song song với việc không ngừng tăng nhu cầu sử dụng Internet là sự xuất hiện ña dạng của các dịch vụ mới chạy trên nền tảng kỹ thuật của mạng toàn cầu. Một trong số các dịch vụ mới tỏ ra có rất nhiều hứa hẹn là Voice over IP. Voice over IP (VoIP) là mô hình truyền thoại sử dụng giao thức IP (Internet Protocol), kết hợp với khả năng tính toán và xử lý dữ liệu của các thiết bị ñầu cuối ñể thực hiện truyền tải các cuộc ñàm thoại với một chất lượng dịch vụ phù hợp và giá cước hợp lý [2]. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông ñang ñược quan tâm nhất hiện nay không chỉ ñối với nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ. Voip có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi như trên mạng ñiện thoại kênh truyền thống (PSTN) ñồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Do các ưu ñiểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên voip hiện nay ñược triển khai một cách rộng rãi. Dịch vụ ñiện thoại VoIP là dịch vụ ứng dụng giao thức IP, nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này ñược ráp lại theo ñúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban ñầu. VoIP tạo thuận lợi cho cả các nhà khai thác và người sử dụng có thể tiết kiệm chi phí bao gồm chi phí cho cơ sở hạ tầng mạng và chi phí liên lạc, nhất là liên lạc ñường dài. ðối với các nhà cung cấp dịch vụ, VoIP ñược xem như một mô hình mới hấp dẫn, có thể mang lại lợi nhuận nhờ khả năng mở rộng và phát triển các loại hình dịch vụ ña dạng với chi phí hạ tầng rất thấp. Vấn ñề quan trọng trong VoIP là cần phải có những giải pháp kỹ thuật phù hợp ñể có thể tăng dung lượng và nâng cao chất lượng dịch vụ. 1.1.1. Các mô hình truyền thoại qua VoIP Trong ñiện thoại thông thường, tín hiện thoại có tần số nằm trong khoảng từ 0 ñến 4 KHz, ñược lấy mẫu với tần số 8KHz. Sau ñó các mẫu sẽ ñược lượng tử hóa với 8 bit/mẫu và ñược truyền với tốc ñộ 64Kb/s ñến mạng chuyển mạch, sau ñó truyền tới ñích. Ở bên nhận, dòng số 64Kb/s này ñược giải mã ñể ñược tín hiệu thoại tương tự. 15 Thực chất thoại qua mạng IP cũng không hoàn toàn khác hẳn ñiện thoại thông thường. ðầu tiên tín hiện thoại cũng ñược số hóa, nhưng sau ñó thay vì truyền trên mạng PSTN qua các trường chuyển mạch, chúng sẽ ñược nén xuống tốc ñộ thấp, ñóng gói và chuyển qua mạng IP. Tại bên nhận, các gói tin này ñược giải nén thành các dòng 64Kb/s truyền ñến thuê bao bị gọi. Sự khác nhau ở thoại thông thường và thoại IP chính là mạng truyền dẫn và khuôn dạng thông tin dùng ñể truyền dẫn[2]. 1.1.1.1. Mô hình PC-to-PC Trong mô hình này, mỗi máy tính cần ñược trang bị một sound card, một microphone, một speaker và ñược kết nối trực tiếp với mạng Internet. Mỗi máy tính ñược cung cấp một ñịa chỉ IP và có thể trao ñổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa và giải mã, nén và giải nén tín hiệu ñều ñược máy tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy tính ñược nối với cùng một mạng mới có khả năng trao ñổi thông tin với nhau. Hình 1-1 Mô hình PC-to-PC 1.1.1.2. Mô hình PC-to-Phone Mô hình PC-to-Phone là một mô hình ñược cải tiến hơn so với mô hình PC-toPC. Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi ñến mạng PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị ñặc biệt ñó là cổng phương tiện(Media Gateway). ðây là mô hình cơ sở ñể dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay ña dịch vụ khác. Hình 1-2 Mô hình PC-to-Phone 16 1.1.1.3. Mô hình Phone-to-Phone Là mô hình mở rộng của mô hình PC-to-Phone sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN ñều kết nối với mạng Internet thông qua các Gateway. Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN sẽ kết nối ñến Gateway gần nhất. Tại Gateway ñịa chỉ sẽ ñược chuyển ñổi từ ñịa chỉ PSTN sang ñịa chỉ IP ñể có thể ñịnh tuyến các gói tin ñến ñược mạng ñích. ðồng thời Gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển ñổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau ñó mã hóa, nén, ñóng gói và gửi qua mạng. Mạng ñích cũng ñược kết nối với Gateway và tại Gateway ñích, ñịa chỉ lại ñược chuyển ñổi trở lại thành ñịa chỉ PSTN và tín hiệu ñược giải nén, giải mã chuyển ñổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN ñến ñích. Hình 1-3 Mô hình Phone-to-Phone 1.1.2. Các ñặc ñiểm của VoIP VoIP là một dịch vụ truyền thoại qua các mạng IP. Mạng IP ở ñây là mạng dữ liệu sử dụng vào giao thức TCP/IP cho các chức năng tầng giao vận (Transport Layer) và tầng mạng (Network Layer). Còn giao thức các tầng thấp hơn (các giao thức truy cập mạng: Network Access Protocols) có thể là giao thức trong mạng LAN, X.25, Frame Relay, ATM, hay PPP…Bởi vậy so với ñiện thoại chuyển mạch kênh thông thường, ñiện thoại IP có nhiều khác biệt. ðể thấy ñược những khác biệt này, trước hết ta xem xét ñặc ñiểm mạng PSTN, mạng chuyển mạch gói và mạng Internet. 1.1.2.1. Mạng PSTN, mạng chuyển mạch gói và mạng Internet. Mạng ñiện thoại công cộng (Public Switched Telephone Network - PSTN) là mạng truyền thông dựa trên nền tảng kỹ thuật chuyển mạch kênh (Circuit Switching). Chuyển mạch kênh là phương pháp truyền thống trong ñó một kênh truyền dẫn dành riêng ñược thiết lập giữa hai thiết bị ñầu cuối thông qua một hay nhiều nút chuyển mạch trung gian. Dòng thông tin truyền trên kênh này là dòng bit truyền liên tục theo thời gian. Băng thông của kênh dành riêng ñược ñảm bảo và cố ñịnh trong quá trình liên lạc (64Kb/s ñối với mạng ñiện thoại PSTN), và ñộ trễ thông tin là rất nhỏ chỉ cỡ thời gian truyền thông tin trên kênh (Propagation time). Khác với mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói (Packet Switching Network) sử dụng hệ thống lưu trữ rồi truyền (Store-and-forward system) tại các nút mạng. Thông tin ñược chia thành các phần nhỏ (gọi là gói), mỗi gói ñược thêm các thông tin ñiều khiển cần thiết cho quá trình truyền như là ñịa chỉ nơi gửi, ñịa chỉ nơi 17 nhận. Các gói thông tin ñến nút mạng ñược xử lý và lưu trữ trong một thời gian nhất ñịnh rồi mới ñược truyền ñến nút tiếp theo sao cho việc sử dụng kênh có hiệu quả cao nhất. Trong mạng chuyển mạch gói không có kênh dành riêng nào ñược thiết lập, băng thông của kênh logic giữa hai thiết bị ñầu cuối thường không cố ñịnh, và ñộ trễ thông tin lớn hơn mạng chuyển mạch kênh rất nhiều. Khi các mạng số liệu trên thế giới ñược liên kết lại, một mạng số liệu lớn ñược thiết lập, ñó là Internet. Giao thức liên mạng sử dụng trong Internet là giao thức IP (Internet Protocol). Cũng giống như mạng ñiện thoại PSTN, mạng Internet có quy mô toàn cầu, phù hợp cho việc khai thác và phat triển các dịch vụ viễn thông trên thế giới[6]. 1.1.2.2. Ưu ñiểm của VoIP
Tiết kiệm chi phí Ưu ñiểm nổi bật nhất của thoại IP so với dịch vụ ñiện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi ñường dài giá rẻ với chất lượng chấp nhận ñược. Nếu dịch vụ ñiện thoại IP ñược triển khai, chi phí cho một cuộc gọi ñường dài sẽ chỉ tương ñương với chi phí truy nhập Internet. Nguyên nhân dẫn ñến chi phí thấp như vậy là do: 1. Tín hiệu thoại ñược truyền tải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao. 2. Kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc ñộ bít từ 64Kb/s xuống thấp tới 8Kb/s (theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T), kết hợp với tốc ñộ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay, cho phép việc truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện ñược với lượng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ. So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua mạng IP ta thấy: - Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra ñể duy trì cho một kênh 64Kb/s suốt từ ñầu cuối này tới ñầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng ñài. Chi phí này ñối với các cuộc gọi ñường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn. - Trong trường hợp cuộc gọi qua mạng IP, người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64Kb/s ñến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại ñịa phương. Nhà cung cấp dịch vụ ñiện thoại IP sẽ ñảm nhận nhiệm vụ nén, ñóng gói tín hiệu thoại và gửi chúng ñi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất ñể tới ñược Gateway nối tới một mạng ñiện thoại khác có người liên lạc ñầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm ñáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kb/s ñã ñược thay thế bằng việc truyền thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao. 18
Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu Trong công nghệ VoIP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu ñều có thể cùng truyền tải trên cùng một mạng IP. ðiều này sẽ tiết kiệm ñược chi phí ñầu tư ñể xây dựng những mạng riêng rẽ.
Quản lý băng thông Trong ñiện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố ñịnh (một kênh 64Kb/s) nhưng trong ñiện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể. Nhưng khi lưu lượng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận ñược nhằm phục vụ cùng lúc ñược nhiều người nhất. ðiểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của ñiện thoại IP. Việc quản lý băng thông một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn như truyền hình hội nghị, ñiều mà với công nghệ chuyển mạch cũ người ta ñã không thực hiện vì chi phí quá cao.
Nhiều tính năng dịch vụ Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại. Ví dụ cho biết thông tin về người gọi tới hay một thuê bao ñiện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị ñầu cuối duy nhất (ví dụ như một thiết bị IP Phone có thể có một số ñiện thoại dành cho công việc, một cho các cuộc gọi riêng tư).
Khả năng Multimedia Trong một cuộc gọi người sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia.
Quản lý ñơn giản VoIP mang lại cho người sử dụng khả năng quản lý dễ dàng hơn. Việc kết hợp mạng thoại và mạng số liệu có thể giảm bớt gánh nặng cho việc quản lý. Chỉ cần phải quản lý một mạng số liệu thống nhất thay vì quản lý mạng riêng rẽ như trước ñây. ðối với doanh nghiệp, tất cả các cuộc gọi nội bộ có thể dùng kỹ thuật VoIP mà không gặp vấn ñề gì về chất lượng dịch vụ. Còn khi cần gọi ra ngoài chỉ cần một số kết nối nhất ñịnh ñến mạng PSTN thông qua các Gateway. ðối với trong gia ñình, áp dụng kỹ thuật VoIP không hề làm thay ñổi cách sử dụng ñiện thoại truyền thống (chỉ phải quay nhiều số hơn).
Sử dụng hiệu quả 19 Như chúng ta ñã biết, VoIP truyền thoại qua mạng Internet và sử dụng giao thức IP. Hiện nay IP là giao thức mạng ñược sử dụng rộng rãi nhất. Có rất nhiều ứng dụng ñang ñược khai thác trên cơ sở các giao thức của mạng IP. VoIP có thể kết hợp sử dụng các dứng dụng này ñể nâng cao hiệu quả sử dụng mạng. Kỹ thuật VoIP ñược sử dụng chủ yếu kết hợp với các mạng máy tính do ñó có thể tận dụng ñược sự phát triển của công nghệ thông tin ñể nâng cao hiệu quả sử dụng. Các phần mềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc khai thác các dịch vụ của mạng VoIP. Công nghệ thông tin càng phát triển thì việc khai thác càng có hiệu quả, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ mới hỗ trợ người sử dụng trong mọi lĩnh vực. 1.1.2.3. Nhược ñiểm của VoIP
Kỹ thuật phức tạp Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh ñược và ñộ trễ không cố ñịnh của các gói thông tin khi truyền trên mạng. ðể có ñược một dịch vụ thoại chấp nhận ñược, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu ñạt ñược những yêu cầu khắt khe như tỉ số nén phải lớn (ñể giảm thiểu ñược tốc ñộ bit), có khả năng suy ñoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc. Tốc ñộ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder) phải ñủ nhanh ñể không làm cuộc ñàm thoại bị gián ñoạn. ðồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần ñược nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM… ñể có tốc ñộ cao hơn và/hoặc phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service). Tất cả các ñiều này làm cho kỹ thuật thực hiện ñiện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện ñược trong những năm gần ñây.
Vấn ñề bảo mật (Security) Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp (hetorogenous network). Trong ñó có rất nhiều loại máy tính khác nhau cùng các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì ñảm bảo rằng thông tin liên quan ñến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng ñược giữ bí mật. 1.2. Mô hình mạng VoIP 1.2.1. Mô hình mạng VoIP ðể có thể là một dịch vụ ñộc lập, cần phải có một mô hình VoIP toàn diện, có khả năng ñáp ứng ñược các yêu cầu sau:
Hoạt ñộng song song cùng với mạng chuyển mạch kênh có thể mang dịch vụ thoại IP ñến cho ñông ñảo người sử dụng và tận dụng ñược ưu thế chi phí thấp của việc truyền tín hiệu trên mạng chuyển mạch gói. 20
Thực hiện ñược các chức năng cơ bản của một dịch vụ viễn thông như tính cước, quản lý cuộc gọi…
Có thể thực hiện những chức năng mới của thoại IP. Signaling Gateway SIGTRAN SCP SS7 IP Network Media Server Call Control Center SIP/H323 PSTN STP MGCP/MEGACO TDM RTP/IP Media Gateway CO RTP/IP Media Gateway Hình 1-4 Mô hình mạng VoIP ðể hoạt ñộng cùng với mạng chuyển mạch kênh, mô hình buộc phải bao gồm hệ thống báo hiệu của mạng ñiện thoại. Có như vậy nó mới có khả năng thiết lập ñược một kết nối thông suốt giữa hai ñầu cuối thông qua mạng IP. Trong mô hình, hệ thống báo hiệu ñược sử dụng là SS7 nhưng trong thực tế hệ thống báo hiệu có thể là những hệ thống báo hiệu khác như R2MF, ISDN[6]... Các thành phần trong hệ thống VoIP gồm:
Media Gateway Chuyển ñổi khuôn dạng thông tin: từ dạng thông tin ghép kênh theo thời gian (TDM) trong mạng chuyển mạch kênh sang dạng gói trong mạng IP và ngược lại. Thực hiện các quá trình xử lý cần thiết khác như: Nén tín hiệu thoại (voice compression), nén khoảng lặng (silence suppression), triệt tiếng vọng (echo cancellation). Cung cấp nhiều giao diện vật lý cần thiết cho kết nối: Giao diện với mạng chuyển mạch kênh (E1/T1, PRI-ISDN,…), giao diện với mạng IP (Ethernet, Fast Ethernet, Frame Relay,…).
Signalling Gateway Phục vụ cho báo hiệu giữa các Terminal trong mạng chuyển mạch kênh và các termical trong mạng IP. ðóng gói lại các thông ñiệp SS7 thành các gói phù hợp với mạng IP, lọc các dòng lưu lượng không phù hợp…Thành phần này kết hợp hoạt ñộng của mạng IP và mạng báo hiệu SS7. 21
Call Control Center - Hướng dẫn Media Gateway cách thiết lập, xử lý và kết thúc dòng thông tin media (thông tin thời gian thực) phục vụ cho cuộc gọi. - Xử lý thông tin báo hiệu - Theo dõi trạng thái của tất cả các dòng media ñang truyền trong hệ thống - Thực hiện nhiều dịch vụ của hệ thống: Tính cước, tạo ra các bản ghi lưu trữ, các chức năng quản lý mạng, quản lý cuộc gọi…
Các thành phần khác Bao gồm các Terminal PSTN (máy ñiện thoại, máy fax), tổng ñài PSTN PBX; thiết bị trong mạng IP (IP phone, IP PBX). Signalling Gateway có thể là một thiết bị ñộc lập hoặc ñược tích hợp với Media Gateway. Dung lượng của các Gateway có thể biến ñổi tùy thuộc vào những ứng dụng cụ thể. Từ các Gateway có dung lượng nhỏ phục vụ cho hoạt ñộng của một văn phòng công ty tới các Gateway công cộng có dung lượng lớn và cực lớn ñể phục vụ các cuộc gọi tới từng gia ñình. 1.2.2. Hoạt ñộng của mạng VoIP 1.2.2.1. Giải pháp VoIP cho các doanh nghiệp và cho dịch vụ công cộng
Giải pháp VoIP cho các doanh nghiệp Thông thường các mô hình thông tin của doanh nghiệp sử dụng hai liên kết, một cho các dịch vụ thoại qua mạng PSTN và một cho kết nối Internet ñể sử dụng các dịch vụ như E-mail, Web…Với giải pháp VoIP cho doanh nghiệp, các doanh nghiệp sử dụng Gateway của riêng họ ñể kết nối các thiết bị ñầu cuối thoại truyền thống (máy ñiện thoại, fax, PBX) vào Internet. Nhờ vậy, thoại và các dịch vụ Internet ñược tích hợp vào một ñường truyền chung thay vì phải dùng hai ñường truyền như trước kia.