Đồ án Tìm hiểu công nghệ VoIP trong mạng WiMAX

PHẦN GIỚI THI U Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập tại trường, nhờ sự giúp đỡ và dạy dỗ của quý thầy cô Nh m thực hiện đề tài đã tích lũy được một số kiến thức nền tảng cho nghề nghiệp sau này. Với tấm lòng tôn sư trọng đạo và tri ân sâu sắc, nh m sinh viên thực hiện xin bày tỏ lòng biết ơn đến cô Phạm Hồng Liên, người đã tận tình hướng dẫn, g p ý, động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Với phương pháp làm việc khoa học, kinh nghiệm thực tiễn, cô đã truyền đạt cho nh m những lời khuyên quí báu để đồ án tốt nghiệp này hoàn thành tốt đẹp. Nh m thực hiện đề tài xin chân thành biết ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong trường n i chung và thầy cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông n i riêng. Cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã luôn động viên, khuyến khích, giúp đỡ để đồ án này hoàn thành đúng tiến độ. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011 Sinh viên thực hiện Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax iii  QUYẾT ĐỊNH GI O ĐỀ TÀI Họ và tên sinh viên: Huỳnh Hoàng Triều MSSV: 06117087 Lê Kim Bảo MSSV: 06117003 Ngành: Công Nghệ Điện Tử Viễn Thông Tên đề tài: Tìm Hiểu Công Nghệ Voip Trong Mạng Wimax 1) Cơ sở ban đầu: ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 3) Các bản vẽ: ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 4) Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Phạm Hồng Liên 5) Ngày giao nhiệm vụ: 27/9/2010 6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/1/2011 Giáo viên hƣớng dẫn Ngày ........tháng....năm 20… Chủ nhiệm bộ môn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax iv NHẬN XÉT CỦ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011 Giáo viên hƣớng dẫn Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax v NHẬN XÉT CỦ GIÁO VIÊN PHẢN BI N ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011 Giáo viên phản biện Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax vi LỜI NÓI ĐẦU Đặt vấn đề - Mặc dù dịch vụ truyền số liệu ngày càng phổ biến nhƣng dịch vụ truyền thoại vẫn là nguồn doanh thu chính của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Hai loại mạng cung cấp dịch vụ thoại phổ biến nhất là mạng điện thoại cố định PSTN và mạng điện thoại di động. Việc triển khai hai công nghệ mạng này đòi hỏi cơ sở hạ tầng rất đắt tiền. Do đó, ngƣời ta ra sức tìm kiếm các giải pháp khác để có thể cung cấp dịch vụ thoại chất lƣợng tốt với chi phí thấp hơn. Sử dụng cơ sở hạ tầng IP có sẵn là một giải pháp có chi phí thấp. Giao thức dùng để truyền tín hiệu thoại trong mạng IP đƣợc gọi là giao thức VoIP. - Chúng ta gặp phải nhiều khó khăn khi nghiên cứu triển khai các ứng dụng thời gian thực trên mạng Internet. Những dịch vụ nhƣ VoIP đòi hỏi sự bảo đảm chất lƣợng dịch vụ tối thiểu. Trong khi đó, mạng IP lại có cấu trúc nỗ lực tối đa nghĩa là không có bất cứ một sự bảo đảm nào về chất lƣợng dịch vụ hay độ ƣu tiên. Xác suất mất gói và độ trễ tùy thuộc vào hiện trạng tải trên mạng. Mặc dù một số bộ mã hóa có khả năng hạn chế lỗi ở một mức độ nào đó nhƣng chất lƣợng cuộc gọi VoIP vẫn còn nhạy đối với sự giảm sút công năng trong mạng. Duy trì những cuộc gọi VoIP chất lƣợng tốt lại trở nên thách thức hơn khi mạng IP đƣợc mở rộng sang lĩnh vực không dây, thông qua mạng LAN không dây dựa trên chuẩn 802.11 hay mạng điện thoại tế bào thế hệ thứ ba (3G). Việc cung cấp các dịch vụ trong mạng không dây trở nên cấp thiết vì nhu cầu sử dụng dịch vụ thời gian thực qua mạng không dây là rất cao. - Mặc dù hiện tại công nghệ mạng điện thoại tế bào 3G và mạng LAN không dây đã hỗ trợ các phiên bản sơ cấp của các dịch vụ tin tức thời gian thực, nghe nhạc trực tuyến và xem phim theo yêu cầu, nhƣng lại không có khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng rộng rãi và đòi hỏi băng thông cao cho những chƣơng trình ứng dụng multimedia này. Ngoài ra, hầu hết công nghệ truy cập đều không có đặc tính phân biệt nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ không dây, nhiệm vụ cung cấp kết nối đoạn đƣờng cuối băng rộng vẫn còn là một thử thách. Đoạn đƣờng cuối là thuật ngữ chỉ kết nối từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ đến ngƣời dùng gia đình hoặc doanh nghiệp. Trong số những công nghệ truy cập băng rộng không dây đang đƣợc phát triển, WiMAX có lẽ là đối thủ nặng ký nhất. Mục tiêu đề tài  Tìm hiểu khái niệm Wimax, các ƣu điểm chính của Wimax.  Tìm hiểu những đặc tính của dịch vụ Voip qua mạng Wimax.  Tìm hiểu phần mềm mô phỏng Opnet. Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax vii  Khảo sát chất lƣợng cuộc gọi Voip đơn giản qua mạng Wimax sử dụng Opnet.  Thông qua quá trình làm đề tài, nhóm thực hiện đề tài cũng mong muốn củng cố lại những kiến thức đã học, rèn luyện thói quen và tác phong nghiên cứu khoa học nhằm trang bị hành trang chuẩn bị sau khi ra trƣờng. Cuối cùng, nhóm thực hiện đề tài mong muốn bằng kiến thức nhỏ bé của mình có thể giúp đẩy nhanh tốc độ tiếp cận công nghệ mới của nền công nghiệp nƣớc ta trong tƣơng lai. Đối tượng nghiên cứu  Hệ thống Wimax và việc ứng dụng công nghệ Voip vào trong Wimax nhằm cải thiện chất lƣợng dịch vụ.  Phần mềm ứng dụng mô phỏng mạng Opnet. Phạm vi nghiên cứu  Tìm hiểu tổng quan về hệ thống Wimax và Voip trong một mạng cục bộ đơn giản nhƣ trƣờng học, bệnh viện…  Ứng dụng dịch vụ Voip vào trong mạng Wimax và những ƣu điểm mà Wimax mang lại Voip. Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax viii MỤC LỤC PHẦN A. GIỚI THIỆU ......................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................................... ii QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ............................................................................................................ iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .................................................................................. iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ...................................................................................... v LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................................... vi MỤC LỤC ......................................................................................................................................... viii LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................................. xi LIỆT KÊ HÌNH ...................................................................................................................................xii PHẦN B. NỘI DUNG ........................................................................................................................ xiv CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIMAX .............................................................................. 15 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG DỮ LIỆU KHÔNG DÂY .............................................. 15 1.1.1 Mạng không dây băng rộng ......................................................................................... 15 1.1.2 Các mạng dữ liệu không dây ....................................................................................... 16 1.2 GIỚI THIỆU VỀ WIMAX ................................................................................................... 17 1.2.1 Giới thiệu chung ......................................................................................................... 17 1.2.2 Quá trình phát triển, xu thế chung và phân loại wimax................................................. 18 1.2.3 Mô hình hệ thống ........................................................................................................ 19 1.3 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA WIMAX ................................................................................... 20 1.3.1 Ƣu điểm ...................................................................................................................... 21 1.3.2 Nhƣợc điểm ................................................................................................................ 23 1.4 CẤU TRÖC CỦA WIMAX ................................................................................................. 23 1.4.1 Lớp vật lý (PHY) ........................................................................................................ 24 1.4.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trƣờng (MAC) .............................................................. 25 1.5 CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG WIMAX ................................................................. 31 1.5.1 Kỹ thuật OFDM .......................................................................................................... 31 1.5.2 Kỹ thuật OFDMA ....................................................................................................... 34 1.5.3 Các công nghệ anten tiên tiến ...................................................................................... 36 1.6 ỨNG DỤNG CỦA WIMAX ................................................................................................ 37 1.6.1 Mạng dùng riêng ......................................................................................................... 39 1.6.2 Các mạng phục vụ cộng đồng ...................................................................................... 41 1.7 WIMAX VỚI CÁC CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG KHÁC ........... 42 Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax ix 1.7.1 So sánh WiMAX cố định và LMDS, MMDS ............................................................... 43 1.7.2 So sánh WiMAX di động với 3G................................................................................. 44 1.7.3 So sánh WiMAX di động với WiBro ........................................................................... 46 1.7.4 So sánh WiMAX với WiFi .......................................................................................... 47 CHƢƠNG 2-TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VOIP ........................................................................ 50 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VOIP ................................................................................. 50 2.1.1 Giới thiệu chung ......................................................................................................... 50 2.1.2 Nguyên lý làm việc ..................................................................................................... 51 2.1.3 Đặc tính của mạng VoIP ............................................................................................. 53 2.2 CÁC GIAO THỨC SỬ DỤNG TRONG VOIP..................................................................... 55 2.2.1 Các giao thức truyền tải trong mạng Voip ................................................................... 55 2.2.2 Các giao thức báo hiệu Voip ....................................................................................... 61 2.3 YÊU CẦU CHẤT LƢỢNG ĐỐI VỚI VOIP ........................................................................ 70 2.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CUỘC GỌI VOIP ................................................................... 71 2.4.1 Điểm số ý kiến trung bình MOS .................................................................................. 73 2.4.2 R-Score ....................................................................................................................... 74 2.4.3 Đánh giá chất lƣợng cuộc gọi từ R-score ..................................................................... 77 2.4.4 Độ nhạy trễ và mất gói của VoIP ................................................................................. 78 2.5 KẾT NỐI MẠNG VOIP VỚI MẠNG PSTN ........................................................................ 80 2.5.1 Cuộc gọi bắt đầu từ mạng VoIP (SIP) và kết thúc tại PSTN ......................................... 80 2.5.2 Cuộc gọi bắt đầu từ PSTN và kết thúc ở mạng VoIP .................................................... 82 CHƢƠNG 3-ỨNG DỤNG VOIP TRONG MẠNG WIMAX .............................................................. 83 3.1 MÔ HÌNH VOIP TRONG MẠNG WIMAX ........................................................................ 83 3.2 XÁC SUẤT KHÔI PHỤC GÓI ............................................................................................ 84 3.1.1 Giảm tải trọng, với kích thƣớc mã cố định ................................................................... 84 3.1.2 Tăng kích thƣớc mã với tải trọng cố định .................................................................... 85 3.1.3 Tăng cả kích thƣớc tải trọng lẫn kích thƣớc mã ........................................................... 85 3.3 CHO PHÉP CƠ CHẾ ARQ .................................................................................................. 85 3.4 KÍCH THƢỚC MPDU TỐI ƢU ........................................................................................... 86 3.5 CẤP PHÁT ĐỘNG MINISLOT ........................................................................................... 88 CHƢƠNG 4-MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ.......................................................................................... 89 4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPNET ................................................................ 89 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ....................................................................................................... 89 PHẦN C. KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 99 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...................................................................................................... 101 Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax x CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 104 Tìm hiểu công nghệ Voip trong Wimax xi LI T KÊ BẢNG Bảng 1.1 Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16 Bảng 1.2 Các ứng dụng WiMax di động và QoS Bảng 1.3 So sánh giữa chuẩn 802.16-2004 và LMDS, MMDS Bảng 1.4 So sánh WiMAX di động và 3G Bảng 1.5 Các đặc tính chính của WiMAX di động và WiBro Bảng 2.1 Các chuẩn mã hóa thoại Bảng 2.2 So sánh các đặc tính của TCP, UDP và SCTP Bảng 2.3 Phân chia các lớp Response Bảng 2.4 So sánh giữa H.323 và SIP Bảng 2.5 Các giá t