• Thứ Sáu, 03/06/2005 14:47 (GMT+7)

    Kiến trúc h.323 nền tảng cho dịch vụ thoại IP

    Điện thoại IP ngày càng trở nên hiệu quả nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của mạng máy tính. Trong việc xử lý tín hiệu, kỹ thuật nén cho phép tín hiệu thoại được nén ở tốc độ bit rất thấp mà vẫn giữ được chất lượng. Băng thông rộng cho phép điện thoại IP tăng khả năng tìm đường và thực hiện các dịch vụ như chuyển mạng. Thêm vào đó sự phát triển các thiết bị IP với công nghệ ngày càng cao cho phép mô hình IP ngày càng mở rộng.
    Mặt khác, mạng điện thoại truyền thống PSTN (Public Switched Telephone Network) đã tồn tại và phát triển từ trước đến nay bảo đảm độ tin cậy cao và dễ sử dụng. Người dùng vốn đã quen với hình thức sử dụng điện thoại thông thường là nhấc máy, nhận được tín hiệu chuông từ tổng đài rồi quay số điện thoại cần gọi tới. Điện thoại PSTN lại có thể sử dụng rộng rãi trong xã hội. Với những ưu điểm và thế mạnh của PSTN, mô hình điện thoại IP không thể dễ dàng thay thế trong một thời gian ngắn mà trước hết đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa hai mô hình này và đó cũng là mục tiêu phát triển chủ yếu của công nghệ viễn thông hiện tại. Việc kết nối giữa hai mạng chủ yếu dựa trên nền tảng chuẩn H.323 của tổ chức ITU-T. Bài viết này giới thiệu khái quát về kiến trúc chuẩn H.323 - nền tảng trong thiết kế các dịch vụ thoại IP.

    Thành phần cơ bản
    1. Thiết bị đầu cuối


    Hình 2. Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323

    Một thiết bị đầu cuối H.323 có thể bao gồm các phân tử được thể hiện trên Hình 2. Các phần tử này có thể được chia làm 2 loại: Các phần tử không nằm trong phạm vi của khuyến cáo H.323 và phần tử thuộc phạm vi khuyến cáo H.323.
    Các phần tử nằm ngoài phạm vi H.323
    o   Thiết bị vào/ra video (Video I/O Equipment) bao gồm: camera, màn hình và các thiết bị điều khiển xử lý nén tín hiệu video và thực hiện chức năng phân chia khung hình.
    o    Thiết bị vào/ra audio (Audio I/O Equipment) bao gồm: micro, loa, máy điện thoại, thiết bị trộn ghép các kênh audio và thiết bị khử tiếng vọng.
    o    Thiết bị vào/ra dữ liệu: Sử dụng giao tiếp T.120 hoặc dịch vụ dữ liệu khác trên kênh dữ liệu.
    o    Giao tiếp mạng LAN: Cung cấp giao tiếp với mạng LAN hỗ trợ báo hiệu và mức tín hiệu tùy theo các chuẩn quốc gia và quốc tế.
    o    Giao tiếp người dùng: Cung cấp giao tiếp cho việc điều khiển hệ thống và sử dụng các dịch vụ.

    Các phần tử nằm trong phạm vi H.323
    o     Bộ mã hóa và giải mã video: Mã hóa và giải mã tín hiệu video theo chuẩn H.261 QCIF (Quarter Common Intermediate Format). Ngoài ra, còn có các chuẩn H.261 CIF,  H.263 SQCIF, SQCIF, CIF, 4CIF  và 16CIF. Phần tử này là tuỳ chọn.
    o     Bộ mã hóa và giải mã audio: Mã hóa và giải mã tín hiệu audio theo chuẩn G.711, G.722, G.728, G.729, MPEG 1 audio và G.723. 
    o     Bộ đệm nhận tín hiệu: Có tác dụng điều khiển trễ trên đường nhận tín hiệu, thực hiện chức năng cộng thêm trễ vào các gói tín hiệu để đạt được đồng bộ. Ngoài ra nó cũng có thể dùng để thực hiện đồng bộ giữa các luồng tín hiệu.
    o     Khối điều khiển hệ thống: Có nhiệm vụ điều khiển và giám sát mọi hoạt động của thiết bị trong mạng. Khối điều khiển hệ thống gồm có 3 chức năng điều khiển độc lập nhau: điều khiển H.245, điều khiển cuộc gọi và điều khiển RAS.

    2. GATEWAY


    Hình 1.Mô Hình kết hợp giữa mạng PSTN và mạng IP

    Gateway là phần tử không nhất thiết phải có trong một giao tiếp của các phần tử H.323, nó đóng vai trò làm phần tử cầu nối và chỉ tham gia vào cuộc gọi khi có sự chuyển tiếp từ mạng H.323 (ví dụ LAN hoặc Internet) sang mạng phi H.323 (ví dụ mạng chuyển mạch kênh SCN - Switched Circuit Network hoặc mạng chuyển mạch điện thoại PSTN).

     


    3. GATEKEEPER
    Gatekeeper là phần tử tuỳ chọn trong hệ thống H.323, nó thực hiện việc điều khiển các dịch vụ cuộc gọi của các đầu cuối H.323. Các chức năng của một Gatekeeper được phân làm 2 loại:
    o Các chức năng bắt buộc: dịch địa chỉ, điều khiển truy cập, điều khiển độ rộng băng tần.
    o Các chức năng không bắt buộc: hạn chế truy cập, giám sát cuộc gọi.

    Báo hiệu và xử lý cuộc gọi
    Các bước báo hiệu khi thực hiện cuộc gọi qua Internet được trình bày trong khuyến cáo H.323 của UTU-T. Có 3 kênh báo hiệu tồn tại độc lập nhau liên quan đến báo hiệu và xử lý cuộc gọi: kênh điều khiển H.245, kênh báo hiệu cuộc gọi và kênh báo hiệu RAS.
    Trong mạng không có Gatekeeper, các bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa thuê bao chủ gọi và bị gọi bằng cách truyền báo hiệu địa chỉ trực tiếp, vì vậy có thể giao tiếp một cách trực tiếp.
    Nếu trong mạng có Gatekeeper, trao đổi báo hiệu thuê bao chủ gọi và Gatekeeper được thiết lập bằng cách sử dụng kênh RAS của Gatekeeper để truyền địa chỉ, sau khi trao đổi bản tin trực tiếp giữa hai đầu cuối hay định tuyến chúng qua Gatekeeper.

    Người ta chia một cuộc gọi làm 5 giai đoạn:
    Giai đoạn 1 - Thiết lập cuộc gọi
    Trong giai đoạn này các phần tử trao đổi với nhau các bản tin được định nghĩa trong khuyến cáo H.225.0 theo một trong các thủ tục được trình bày sau đây.
    o Cả hai thiết bị đầu cuối đều không đăng ký với Gatekeeper: Hai thiết bị đầu cuối trao đổi trực tiếp với nhau.
    o Cả hai thuê bao đều đăng ký tới một Gatekeeper: Có 2 tình huống xảy ra là Gatekeeper chọn phương thức truyền báo hiệu trực tiếp giữa 2 thuê bao hoặc báo hiệu cuộc gọi được định tuyến qua Gatekeeper.
    o Chỉ có một trong 2 thuê bao có đăng ký với Gatekeeper: Báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa hai thuê bao.
    Khi cuộc gọi đó có sự chuyển tiếp từ mạng PSTN sang mạng LAN hoặc ngược lại thì phải thông qua Gateway. Về cơ bản có thể phân biệt cuộc gọi qua Gateway thành 2 loại: cuộc gọi từ một thuê bao điện thoại vào mạng LAN và cuộc gọi từ một thuê bao trong mạng LAN ra một thuê bao trong mạng thoại PSTN.

    Giai đoạn 2 - Thiết lập kênh điều khiển
    Trong giai đoạn 1, sau khi trao đổi tín hiệu thiết lập cuộc gọi, các đầu cuối sẽ thiết lập kênh điều khiển H.245. Kênh điều khiển này có thể do thuê bao bị gọi hoặc thuê bao gọi thiết lập. Trong trường hợp không nhận được tín hiệu kết nối hoặc một đầu cuối gửi tín hiệu kết thúc thì kênh điều khiển H.245 sẽ bị đóng.

    Giai đoạn 3 - Thiết lập kênh truyền thông ảo
    Sau khi trao đổi khả năng (tốc độ nhận tối đa, phương thức mã hóa) và xác định master-slaver trong giao tiếp trong giai đoạn 2, thủ tục điều khiển kênh H.245 sẽ thực hiện việc mở kênh logic (H.225) để truyền thông tin. Sau khi mở kênh logic thì mỗi đầu cuối truyền tín hiệu để xác định thông số truyền.

    Giai đoạn 4 - Dịch vụ
    o Độ rộng băng tần: Độ rộng băng tầng của một cuộc gọi được Gatekeeper thiết lập trong thời gian thiết lập trao đổi. Một đầu cuối phải chắc chắn rằng tổng tất cả luồng truyền/nhận âm thanh và hình ảnh đều phải nằm trong độ rộng băng tần đã thiết lập.
    o Trạng thái: Để giám sát trạng thái hoạt động của đầu cuối, Gatekeeper liên tục trao đổi tín hiệu với các đầu cuối do nó kiểm soát. Khoảng thời gian đều đặn giữa các lần trao đổi lớn hơn 10 giây và giá trị này do nhà sản xuất quyết định.
    Trong khoảng thời gian diễn ra cuộc gọi, một đầu cuối hoặc Gatekeeper có thể đều đặn hỏi trạng thái từ đầu cuối bên kia bằng cách gửi tín hiệu yêu cầu. Đầu cuối nhận được tín hiệu sẽ đáp trả trạng thái hiện thời.

    Giai đoạn 5 - kết thúc cuộc gọi


    các chuẩn liên quan

    Một thiết bị đầu cuối có thể kết thúc cuộc gọi theo các bước của thủ tục sau:
    1. Dừng truyền luồng tín hiệu video khi kết thúc truyền một ảnh, sau đó đóng tất cả các kênh logic phục vụ truyền video.

    2. Dừng truyền dữ liệu và đóng tất cả các kênh logic dùng để truyền dữ liệu.

    3. Dừng truyền audio sau đó đóng tất cả các kênh logic dùng để truyền audio.

    4. Truyền tín hiệu trên kênh điều khiển H.245 để báo cho thuê bao đầu kia biết nó muốn kết thúc cuộc gọi. Sau đó nó dừng truyền các bản tin H.245 và đóng kênh điều khiển H.245.
    5. Nó sẽ chờ nhận tín hiệu kết thúc từ thuê bao đầu kia và sẽ đóng kênh điều khiển H.245.
    6. Nếu kênh báo hiệu cuộc gọi đang mở, thì nó sẽ truyền đi tín hiệu ngắt sau đó đóng kênh báo hiệu.
    7. Nó cũng có thể kết thúc cuộc gọi theo các thủ tục sau: Một đầu cuối nhận tín hiệu kết thúc mà trước đó nó không truyền đi tín hiệu yêu cầu, nó sẽ lần lượt thực hiện các bước từ 1 đến 6 ở trên chỉ bỏ qua bước 5.

    Trong một cuộc gọi không có sự tham gia của Gatekeeper thì chỉ cần thực hiện các bước từ 1 đến 6. Nhưng trong cuộc gọi có sự tham gia của Gatekeeper thì cần có hoạt động giải phóng băng tần. Vì vậy sau khi thực hiện các bước từ 1 đến 6, mỗi đầu cuối sẽ truyền tín hiệu tới Gatekeeper. Sau đó Gatekeeper sẽ có tín hiệu đáp trả. Sau đó đầu cuối sẽ không gửi tín hiệu tới Gatekeeper nữa và khi đó cuộc gọi kết thúc.

    Tóm lại
    Điện thoại IP Dựa trên sự kết hợp cơ sở hạ tầng mạng điện thoại truyền thống PSTN với kỹ thuật thoại VoIP dựa trên kiến trúc chuẩn H.323. Do điện thoại IP sử dụng giao thức Internet - IP, tín hiệu thoại được truyền qua mạng thoại tới cổng thoại - voice gateway, được số hoá tín hiệu, đóng gói và gửi qua mạng riêng sử dụng giao thức Internet. Nhờ kỹ thuật nén dải thông tín hiệu điện thoại Internet chỉ bằng 1/8 dải thông của kênh thoại thông thường (64 Kbps), do vậy tiết kiệm đường truyền, tận dụng tối đa dung lượng chuyển tải của mạng lưới.
    Dịch vụ VoIP chỉ có ý nghĩa khi thực hiện các cuộc gọi đường dài và chỉ có hiệu quả khi kết hợp với hạ tầng PSTN có sẵn (tổng đài, mạng cáp, máy cố định), nếu triển khai độc lập thì chi phí đầu tư cho dịch vụ này cũng rất đắt. Chuẩn H.323 đã đáp ứng kịp thời cho nhu cầu kết hợp thoại trên mạng IP với mạng PSTN hiện hữu.ÿ

    Thiều Quang Trung, Bưu Điện TP.HCM
    trunghieu@hcmpt.com.vn

    ID: A0401_75