Các khái niệm trong hệ thống asterisk

Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 19 Công ty có khả năng tiếp nhận cùng một lúc 10 cuộc gọi như thế cuộc gọi thứ 11 gọi đến thì hệ thống giải quyết như thế nào?. Bình thường thì sẽ nghe tín hiệu bận nhưng với chức năng phân phối cuộc gọi sẽ đưa thuê bao đó vào hàng đợi để chờ trả lời, trong khi chờ trả lời cuộc gọi thuê bao có thể nghe những bài hát hay do asterisk cung cấp, trong lúc này nếu 1 trong mười số điện thoại trở về trạng thái rỗi thì cuộc gọi đang chờ sẽ được trả lời. Giống như chức năng của dịch vụ 1080 hay 116 của Bưu Điện Thành Phố vậy. 2 CÁC KHÁI NIỆM TRONG HỆ THỐNG ASTERISK 1 GIỚI THIỆU Trong chương này sẽ giải thích rõ các khái niệm cơ bản liên quan đến hệ thống asterisk, cung cấp những kiến thức nền tảng, những khái niệm cần thiết để thiết kế triển khai xây dựng hệ thống điện thoại với Asterisk. 2 PBX - Private Branch Exchange PBX hay còn gọi là PABX - Private Automatic Branch Exchange là hệ thống tổng đài nội bộ được đặt tại nhà thuê bao, từ Automatic ở đây muốn nói đến là hệ thống tổng đài điện tử tự động nhưng hiện nay đa số là tổng đài PBX điện tử tự động nên từ trên thực sự không còn cần thiết nữa. PBX với mục tiêu chia sẻ nhiều thuê bao nội bộ gọi ra thế giới bên ngoài thông qua một vài đường trung kế hay nói một cách khác PBX là hệ thống trung chuyển giữa các đường dây điện thoại bên ngoài từ công ty điện thoại và máy điện thoại nội bộ trong tổng đài PBX. Vì thế nên số lượng máy điện thoại nội bộ luôn nhiều hơn số đường dây nối đến PBX từ bên ngoài. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 20 PBX thực hiện chuyển mạch cuộc gọi các máy điện thoại nội bộ với nhau và với các máy điện thoại bên ngoài thông qua đường trung kế. Đồng thời thực hiện chuyển mạch các cuộc gọi điện thoại từ bên ngoài vào các máy điện thoại nội bộ. Ngoài việc chuyển mạch cuộc gọi PBX cung cấp nhiều tính năng sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau của khách hàng mà bản thân các đường dây điện thoại từ công ty điện thoại kết nối đến không thể thực hiện được, các tính năng như tương tác thoại(IVR), Voicemail, phân phối cuộc gọi tự động(ADC)… Hiện nay với việc phát triển mạnh mẽ của công nghệ VoIP, chúng ta còn có thêm thuật ngữ IP PBX. Đây là hệ thống chuyển mạch PBX với công nghệ Voip. 3 VOIP - Voice Over Internet Protocol Voice over Internet Protocol (VoIP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng internet. Voip là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối 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 điện thoại kênh truyền thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Do các ưu điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên voip hiện nay được triển khai một các rộng rãi. Dịch vụ điện 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 được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 21 Các cuộc gọi trong VoIP dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Trong mỗi loại chuyển mạch đều có ưu, nhược điểm riêng của nó. Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh giành riêng cho một kênh truyền giữa hai thiết bị đầu cuối thông qua các node chuyển mạch trung gian. Trong chuyển mạch kênh tốc độ truyền dẫn luôn luôn cố định(nghĩa là băng thông không đổi) , với mạng điện thoại PSTN tốc độ này là 64kbps, truyền dẫn trong chuyển mạch kênh có độ trễ nhỏ. Trong chuyển mạch gói các bản tin được chia thành các gói nhỏ gọi là các gói, nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng hệ thống lưu trữ và chuyển tiếp các gói tin trong nút mạng. Đối với chuyển mạch gói không tồn tại khái niệm kênh riêng, băng thông không cố định có nghĩa là có thể thay đổi tốc độ truyền, kỹ thuật chuyển mạch gói phải chịu độ trễ lớn vì trong chuyển mạch gói không quy định thời gian cho mỗi gói dữ liệu tới đích, mỗi gói có thể đi bằng nhiều con đường khác nhau để tới đích, chuyển mạch gói thích hợp cho việc truyền dữ liệu vì trong mạng truyền dữ liệu không đòi hỏi về thời gian thực như thoại, để sử dụng ưu điểm của mỗi loại chuyển mạch trên thì trong voip kết hợp sử dụng cả hai loại chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. 4 PSTN – Public Switched Telephone Network PSTN là mạng chuyển mạch điện thoại công cộng hay nói cách khác là mạng kết nối tất cả các hệ thống tổng đài chuyển mạch-mạch. Để hiểu rõ hơn hãy xem xét mạng PSTN với mạng Internet về khía cạnh chuyển thoại trên đó. Chuyển mạch mạch muốn thực hiện cuộc gọi giữa hai thuê bao thì hệ thống phải giành riêng một kênh truyền 64kbps để chuyển tải tín hiệu thoại trên đó, Còn cuộc gọi điện thoại trên mạng Internet thì tín hiệu thoại được đóng gói và chuyển đi trên cùng kênh truyền với nhiều dịch vụ khác. Vì lẽ đó chất lượng cuộc gọi trên mạng PSTN bao giờ cũng tốt hơn trên mạng Internet nhưng đổi Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 22 lại chi phí lại đắc hơn rất nhiều, đặc biệt là các cuộc gọi quốc tế, nên phải cần cân nhắc kỹ khi sử dụng. PSTN được phát triển trên chuẩn ITU(International Telecommunication Union) còn mạng Internet được phát triển trên chuẩn IETF(Internet Engineering Task Force) cả hai mạng trên đều sử dụng địa chỉ để định tuyến cuộc gọi, PSTN sử dụng các con số điện thoại để chuyển mạch cuộc gọi giữa các tổng đài điện thoại trong khi đó trên mạng Internet, địa chỉ IP sẽ được sử dụng để định tuyến các gói thoại. 5 TDM – Time Division Multiplexing Là kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian nhiều tín hiệu có thể truyền đồng thời trên một đường truyền, TDM được sử dụng chuyển thoại trong hệ thống mạng PSTN. Có hai chuẩn ghép kênh TDM cơ bản là E1 với 30 kênh thoại trên một khung tốc độ 2Mbps và T1 với 24 kênh thoại tốc độ 1.5Mbps. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 23 Hình Minh họa ghép kênh phân chia theo thời gian 6 Các hình thức báo hiệu giao tiếp TDM. 1 FXO và FXS FXO (Foreign Exchange Office) là thiết bị nhận tín hiệu từ tổng đài gửi đến như dòng chuông, tín hiệu nhấc gác máy, tín hiệu mời quay số, gửi và nhận tín hiệu thoại… FXO giống như máy Fax hay modem dial-up 56k vậy. Dùng để kết nối với đường dây điện thoại. FXS (Foreign Exchange Station) là thiết bị tại nơi cung cấp đường dây điện thoại, thiết bị FXS sẽ cung cấp tín hiệu mời quay số(dialtone), dòng chuông, hồi âm chuông(ring tone). Trong đường dây Analog FXS cung cấp dòng chuông và điện áp cho điện thoại hoạt động ví dụ FXS cung cấp điện áp -48VDC đến máy điện thoại Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 24 Analog trong suốt thời gian đàm thoại và cung cấp 90VAC(20hz) để phát điện áp rung chuông. Thiết bị FXS phát còn thiết bị FXO nhận. Card TDM sử dụng trong hệ thống asterisk thường tích hợp vừa thiết bị FXO vừa là thiết bị FXS(Giống bộ ATA) FXO để kết nối với đường dây điện thoại còn FXS dùng để kết nối với máy điện thoại analog thông thường dùng để chuyển mạch cuộc gọi TDM qua hệ thống asterisk(Xem thêm trong phần cấu hình cho kênh TDM). Tóm lại cần nắm: · FXS được kết nối với FXO giống với đường dây điện thoại nối với máy điện thoại. · FXS cung cấp nguồn cho điện thoại FXO(điện thoại Analog) Hình a) Máy điện thoại vai trò FXO kết nối với FXS(PSTN), Hình b) PBX kết nối với FXO và FXS, Hình c) ATA đóng vai trò như FXS để kết nối với máy điện thoại vai trò FXO. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 25 2 Báo hiệu Analog giữa đầu cuối và tổng đài Khi chúng ta nhấc mấy điện thoại để gọi thì nghe tín hiệu mời quay số, khi cuộc gọi gọi đầu bên kia bị bận thì chúng ta nghe tín hiệu bận(busy tone) các loại tín hiệu như vậy gọi là các tín hiệu báo hiệu analog. Các tín hiệu như: Mời quay số, tín hiệu bận, rung chuông, trạng thái nhấc gác máy. Các loại tín hiệu trên được trao đổi giữa thiết bị FXO và FXS. Có nhiều phương thức báo hiệu khác nhau ứng với từng nơi sử dụng, vì thế tại nơi kết nối với đường dây điện thoại cần xem xét họ đang sử dụng phương thức báo hiệu gì, từ đó chúng ta khai thác loại tín hiệu báo hiệu cho thích hợp, các phương thức báo hiệu như Loop Start, Ground Start. Một minh họa cho việc sử dụng sai phương thức báo hiệu là khi chúng ta khai báo phương thức báo hiệu giữa hệ thống Asterisk và đường dây điện thoại khác nhau thì dẫn đến Asterisk sẽ không nhận biết được tín hiệu gác máy, điều này sẽ làm cho asterisk không báo giờ giải tỏa được cuộc gọi để thực hiện cuộc gọi mới. 3 Báo hiệu giữa các tổng đài SS7 hệ thống báo hiệu số 7 được phát triển bởi AT&T và ITU là hệ thống báo hiệu chuyển các cuộc gọi giữa các tổng đài trong mạng PSTN. Trong hệ thống báo hiệu số 7 tín hiệu chuyển tải trên đường trung kế kết nối giữa hai tổng đài gồm có hai mạch riêng, một cho thoại và một cho báo hiệu, như vậy thoại và báo hiệu có thể chuyển trên hai kênh vật lý khác nhau. 7 Báo Hiệu trên mạng điện thoại VoIP 1 SIP Session Initiation Prorocol Sip là giao thức Internet dành cho báo hiệu VoIP được phát triển bởi IETF cung cấp vài chức năng giống hệ thống báo hiệu số 7 nhưng dựa trên nền IP. Một chức năng giống báo hiệu số 7 đó là báo hiệu và thoại chuyển tải trên hai kênh Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 26 riêng. Giao thức SIP thực hiện chức năng thiết lập và báo hiệu cuộc gọi, khi nói đến báo hiệu cuộc gọi là chỉ định các tín hiệu báo hiệu như: tín hiệu mời quay số, tín hiệu bận… 2 Proxy server Mặc dầu hai thiết bị SIP có thể liên lạc trực tiếp với nhau để khởi tạo cuộc gọi nhưng trong giao thức SIP còn có chức năng Proxy để linh hoạt hơn trong thiết lập cuộc gọi. Proxy Server sẽ làm nhiệm vụ ghi nhận tất cả các số điện thoại được phía client đăng ký đến qua bản tin “Registration”. Khi một client khác thực hiện cuộc gọi thì thực sự Client đó không biết số điện thoại cần gọi đang ở đâu nên thông qua Proxy server để tìm kiếm thiết lập cuộc gọi. + Hình Đăng ký từ Client đến SIP Proxy, Với Giao thức SIP đường báo hiệu và thoại riêng. 3 RTP vá NAT Các cuộc gọi trên Internet với giao thức SIP được chia thành các gói thoại và được chuyển qua giao thức RTP(Real Time Protocol) . RTP là giao thức không chỉ thực hiện chuyển các gói thoại qua Internet mà còn có cả video nữa. Một cuộc gọi Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 27 thông thường có hai hướng thông tin là nhận và phát, RTP làm việc chuyển các gói dữ liệu thoại cũng trên hai hướng. NAT Network Address Translators là một trở ngại lớn trong giao thức RTP. Mạng sử dụng NAT là một mạng chia sẻ nhiều địa chỉ IP nội bộ với một địa chỉ IP Công cộng để kết nối với thế giới bên ngoài. NAT dùng để chia sẻ nhiều máy tính trong mạng LAN nội bộ sử dụng được Internet, nhưng cũng chính vì thế mà các máy tính nội bộ gặp khó khăn trong việc thực hiện cuộc gọi VoIP qua Internet. Đó chính là vấn để trở ngại khi truyền thoại qua giao thức RTP. Hình Minh họa hoạt động của NAT Trong Giao thức RTP như chúng ta đã biết đó là thoại được chuyển trên hai đường khác nhau là đường phát và đường thu, Vấn đề NAT nằm ở chỗ tín hiệu thoại từ bên ngoài vào bên trong qua giao thức RTP không thực hiện được còn chiều ngược lại thì thực hiện tốt. Hay nói cách khác vấn đề NAT làm cho các cuộc gọi từ Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 28 Internet đàm thoại vào các máy nội bộ qua NAT thì không nghe được, còn trong trường hợp các cuộc gọi từ các máy nội bộ ra các máy internet thì nghe tốt. Vấn đề NAT trên được giải quyết trong Asterisk bằng việc khai báo thông số NAT=yes trong cấu hình kênh giao thức SIP. 4 IAX – Inter Asterisk eXchange IAX là giao thức báo hiệu Voip được phát triển bởi tác giả của phần mềm Asterisk để khắc phục những hạn chế trong giao thức SIP. Không giống như giao thức SIP chuyển tải thoại và báo hiệu trên hai kênh khác nhau (out of band), IAX chuyển tải thoại và báo hiệu trên cùng một kênh(in band). IAX giải quyết được vấn đề NAT đề cập trên phần giao thức SIP. Mặc khác IAX là giao thức tối ưu trong việc sử dụng băng thông, cho phép nhiều gói dữ liệu thoại trên cùng một IP header, cơ chế chuyển tải nhiều cuộc gọi trên cùng một gói IP được gọi là trung kế(Trunk). Có thể giải thích thêm cơ chế trung kế như sau: Giả sử Tôi cần gửi 5 bức thư tới người bạn của Tôi, Tôi sẽ có hai hình thức để thực hiện, thứ nhất là mỗi bức thư Tôi bỏ vào một phong bì vậy tổng cộng tôi phải sử dụng 5 phong bì để gửi đi 5 bức thư, Cách thứ hai là Tôi bỏ 5 bức thư vào 1 phong bì và gửi đi vậy tổng cộng Tôi chỉ tốn 1 phong bì, Qua phân tích trên rõ ràng việc 5 bức thư vào một phong bì sẽ tiết kiệm hơn so với 5 bức thư với 5 phong bí. Cơ chế trên cũng giống như nhiều cuộc gọi được đóng thành gói và chuyển đi trên đường trung kế. Tóm lại: IAX là giao thức dành cho VoIP mới nhất cho đến thời điểm này với nhiều ưu điểm hấp dẫn như: + Tối thiểu sử dụng băng thông. + Trong suốt với NAT. + Hiệu quả với cơ chế trung kế. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 29 8 Thiết Bị VoIP 1 Voip Phone Đây là thiết bị phần cứng kết nối với mạng VoIP giống như máy điện thoại để bàn thông thường nhưng dành cho VoIP, cần phải thực hiện cấu hình trước khi sử dụng. Lưu ý một số tính năng khi thực hiện mua thiết bị điện thoại VoIP: + Low bandwidth : hỗ trợ Codec nào, G729 là tốt nhất hiện nay. + Web Interface : Phải có giao tiếp thiết lập cấu hình thân thiện dễ sử dụng. + Audio Interface : Có speaker phone hay không? Giá thành của điện thoại voip IP đắc hơn điện thoại thông thường, giá khoảng trên dưới 100$ một cái. Hình Máy Điện Thoại VoIP Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 30 2 Softphone Là một phần mềm được cài trên máy tính thực hiện tất cả các chức năng giống như thiết bị điện thoại Voip, cần lưu ý khi sử dụng softphone là máy tính phải có card âm thanh, headphone và firewall không bị khóa. Sử dụng softphone với hệ thống Asterisk nên dùng softphone với công nghệ giao thức mới dành cho Asterisk đó là IAX. Hình Điện Thoại Softphone 3 Card giao tiếp với PSTN Muốn cho phép các máy điện thoại nội bộ trong hệ thống Asterisk kết nối và thực hiện cuộc gọi với mạng PSTN chúng ta cần phải có thiết bị phần cứng tương thích. Thiết bị phần cứng sử dụng cho hệ thống Asterisk do chính tác giả lập công ty Digium phân phối, đây cũng chính là ý tưởng lớn trong việc phân phối phần mềm Asterisk là hệ thống nguồn mở sử dụng miễn phí. Thiết bị phần cứng thường ký hiệu bắt đầu bằng cụm từ TDMxyB trong đó x là số lượng port FXS, y là số lượng port FXO giá trị tối đa của x và y là 4, ví dụ card TDM22B có nghĩa là có 2 fort FXS và 2 port FXO. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 31 Hình Card TDM22B gồm 4 port 2 FXS và 2 FXO 4 ATA Analog Telephone Adaptors ATA là thiết bị kết nối với điện thoại Analog thông thường đến mạng VoIP, một thiết bị ATA gồm có hai loại port: RJ-11 để kết nối với máy điện thoại analog thông thường còn RJ-45 để kết nối với mạng VoIP. ATA thực sự là thiết bị FXS chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số sử dụng cho mạng VoIP, để tận dụng máy điện thoại Analog nên trang bị thiết bị ATA thay vì phải trang bị điện thoại VoIP. Thiết bị ATA sử dụng với giao thức IAX được Digium phân phối là thiết bị ATA được sử dụng rộng rãi với Asterisk có tên gọi là IAXy. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 32 Hình Thiết bị ATA 9 Codecs Thuật Toán codecs(Compressor/De-compressor) là một tập các quy luật được sử dụng để chuyển đổi các tín hiệu thoại dạng Analog sang tín hiệu số và ngược lại. Có nhiều thuật toán codec để thực hiện chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số dạng nhị phân (0,1) như G711, GSM, G729…Ứng với mỗi thuật toán có những ưu điểm riêng, đặc biệt là việc tối ưu sử dụng băng thông trên đường truyền. Mục tiêu cuối cùng là các thuật toán đưa ra phải đảm bảo chất lượng cuộc gọi nhất và tiết kiệm băng thông nhất. G729 là thuật toán codec tốt nhất hiện nay trong hệ thống VoIP. Với hệ thống Asterisk để sử dụng thuật toán này cần phải mua bản quyền sử dụng vì đây là codec không miễn phí sử dụng. 10 QoS – Quality of Service Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của dịch vụ, đối với VoIP đó là các yếu ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu thoại. 1 Độ trễ Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 33 Thoại là dịch vụ mang tính thời gian thực rất cao vì thế trễ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dịch vụ. Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian tính từ lúc tín hiệu thoại đi từ miệng người nói tới tai người nghe. Trễ là yếu tố không thể tránh khỏi, độ trễ đối với mạng điện thoại truyền thống (mạng PSTN) khoảng từ 50ms đến 70ms, theo khiến nghị của ITU-T để đảm bảo chất lượng cho hệ thống VoIP thì độ trễ từ đầu phát tới đầu thu hoặc ngược lại không được vượt quá 150ms, khi mà độ trễ vượt quá 400ms đến 500ms thì không thể chấp nhận được. Các nguyên nhân gây ra trễ bao gồm : Trễ trên mạng lưới, trễ trên bộ mả hóa giải mã, trễ trong quá trình đóng gói, trễ bộ đệm, trễ xử lý tiếng nói… 2 Độ trượt(Jitter) Nguyên nhân gây ra trượt là gói tín hiệu thoại trong quá trình truyền từ nguồn đến đích sẽ gặp phải những điều kiện khác nhau trên mạng lưới do đó thường đến đích với những khoảng trễ khác nhau. Đây là tính không đồng nhất của trễ. Một nguyên nhân khác của trượt đối với ứng dụng PC to PC là do việc sử dụng hệ điều hành phi thời gian thực, các gói tin thoại phải đợi hệ điều hành xử lý trong những khoảng thời gian khác nhau khi mà hệ điều hành đang phải xử lý đối với các ứng dụng khác. Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 34 Hình Nguyên nhân xảy ra trượt Để loại bỏ tính không đồng nhất của trễ, người ta thiết kế các bộ đệm trễ (Jitter Buffer) tại nơi đến của các gói tin, các gói tin đến với các khoảng cách khác nhau về thời gian được lưu tại bộ đệm rồi phát khỏi bộ đệm với khoảng trễ như Sách Asterisk – Tác Giả Lê Quốc Toàn 35 nhau. Khi bộ đếm có kích thước càng lớn thì khả năng loại bỏ tính không đồng nhất càng lớn, tuy nhiên việc sử dụng bộ đệm sẽ gây ra hiện tượng trễ trong ứng dụng thoại, do đó cần có bài toán cân đối giữa độ trễ và độ trượt. Ngoài 2 nguyên nhân trên còn một số nguyên nhân nữa ảnh hưởng đến chất lượng thoại như độ mất gói, giới hạn băng thông, tiếng vọng. 3 CÀI ĐẶT ASTERISK 1 Cài đặt Asterisk 1 Download và bung nén Để cài đặt Asterisk, đầu tiên chúng ta cần phải cài đặt hệ điều hành linux trên máy tính của mình. Có thể cài hệ điều hành Linux Fedora , CentOS, Redhat, hoặc Debian. Các gói phần mềm phụ thuộc phải có trong hệ điều hành Linux trước khi cài Asterisk bao gồm: · bison · gcc · kernel-source · libtermcap-devel · ncurses-devel · openssl096b · openssl-devel