Gateway là phần tử kết nối trung gian giữa hai mạng khác nhau, như  mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN và mạng Intenet (tham khảo bài viết "Kiến trúc H.323 nền tảng thiết kế dịch vụ thoại IP" - TGVTA số tháng 1/2004, tr.75). Gateway có thể xây dựng trên máy tính hoặc mạch phần cứng có nhiều giao tiếp với các mạng khác nhau.

Kết nối được tạo bằng cách chuyển đổi các giao thức thiết lập, duy trì và giải phóng cuộc gọi, chuyển đổi các dạng tín hiệu, mã hóa, đóng gói và truyền thông tin giữa hai mạng khác nhau. Bài viết giới thiệu các mô hình Gateway dùng trong mạng dịch vụ thoại IP (VoIP) đang phổ biến hiện nay.

Voice Gateway

Để có thể thử tiếng nói, phần mềm của voice Gateway (Gateway thoại) phải tách nó ra thành những gói riêng lẻ giống như dữ liệu. Các gói dữ liệu là những mảng thông tin bị chẻ nhỏ, có kích thước phù hợp để có thể gửi đi và được ráp lại với nhau theo một cách thức phù hợp.

Chu trình của một cuộc gọi từ chiều mạng phi H.323 (mạng PSTN) sang mạng H.323 (mạng LAN, Internet) diễn ra qua các giai đoạn: cuộc gọi qua mạng PSTN nội hạt tới Gateway server gần nhất. Tại đây tín hiệu thoại analog được số hóa, nén và đóng gói IP, sau đó thông qua mạng Internet các gói IP được chuyển tới Gateway đầu nhận. Tại đây các gói IP được phân bổ tới thiết bị IP đầu cuối thích hợp (như máy điện thoại IP hoặc máy tính có cài phần mềm...). Chu trình ngược lại sẽ áp dụng tương tự cho cuộc gọi từ chiều mạng H.323 sang mạng PSTN.

Các mô hình xây dựng Gateway

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại Voice Gateway của nhiều hãng khác nhau, nhìn chung các sản phẩm Gateway thường được xây dựng theo 4 cấu hình cơ bản sau:

1. Gateway xây dựng trên PC Server và card âm thanh

Đây là Gateway có cấu hình đơn giản nhất với ưu điểm giá thành rẻ, tuy nhiên nó có các hạn chế sau:

-  Các card âm thanh này không được thiết kế để hoạt động với các ứng dụng thời gian thực. Phần mềm điện thoại IP phải xử lý luồng tín hiệu âm thanh không liên tục. Các nguyên nhân này gây ra độ trễ khi hội thoại.

-  Card âm thanh không có chức năng nén và giải nén luồng tín hiệu âm thanh, vì vậy PC sẽ phải thực hiện toàn bộ nhiệm vụ này tại CPU, tạo ra độ trễ trong quá trình xử lý tín hiệu và giảm khả năng xử lý của CPU.

Mô hình này chỉ thích hợp cho tổ chức nhỏ hoặc cá nhân ứng dụng trong việc nghiên cứu học tập. Trở ngại của mô hình Gateway này là phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị vì mỗi nhà sản xuất có một chuẩn riêng.

2. Gateway xây dựng trên PC Server sử dụng card xử lý tín hiệu số chuyên dụng

Gateway được xây dựng dựa trên card xử lý tín hiệu số (DSP - digital signal processor) chuyên dụng trên nền PC. Card DSP chuyên dụng sẽ thay thế CPU thực hiện các chức năng như lấy mẫu, nén và truyền tiếng nói, còn CPU thực hiện chức năng xử lý thời gian thực và điều khiển cuộc gọi. Giải pháp này tạo ra chất lượng thoại tốt hơn, giảm độ trễ và cho phép PC có thể phục vụ nhiều cuộc thoại.

Các card DSP chuyên dụng như Dialogic, DM3 IP Link, NMS... có thể hỗ trợ nhiều port giao tiếp thoại trên một card thích hợp cho các ứng dụng voice mail, hệ thống tiếp nhận cuộc gọi, trả lời thoại tự động trong tổ chức với quy mô trung bình.

3. Gateway gắn với một phần tử của mạng nội bộ
 

Đây là loại Gateway được thiết kế để phục vụ cho các mạng nội bộ. Hãng Cisco là nhà sản xuất hàng đầu đã bổ sung thêm chức năng của Gateway H.323 vào các Router đầu cuối tốc độ cao của hãng. Giải pháp này cho phép thực hiện cả hai chức năng mạng máy tính và dịch vụ thoại IP trong cùng một thiết bị.

Một số nhà sản xuất khác như Shoreline Teleworks và Touchwave Communications đã đưa ra các Gateway gắn liền với các Ethernet Hub. Mỗi thiết bị kết nối với đường dây điện thoại bằng dây chuẩn RJ14 và kết nối với mạng Ethernet bằng dây chuẩn RJ15. Về thực chất mỗi Hub đóng vai trò như một tổng đài PBX.

Có thể thấy mô hình này thường sử dụng trong các văn phòng đại diện của công ty nước ngoài để liên lạc giữa các chi nhánh trong mạng nội bộ. Hình 1 là một mô hình sử dụng voice gateway Cisco router 3640 thiết lập mạng thoại IP nội bộ giữa hai chi nhánh, kết nối với PSTN và Internet bên ngoài.

4. Gateway độc lập cho mạng điện thoại Internet

Đây là loại Gateway phục vụ cho mạng công cộng, nó nối trực tiếp với tổng đài điện thoại và cơ sở hạ tầng của mạng Internet, chẳng hạn như mạng ADSL.

Hình 2 trình bày giải pháp cung cấp dịch vụ VoIP qua bộ DSLAM model ASAM 7300 của Alcatel. Mô hình này có thể triển khai ở mức doanh nghiệp cung cấp dịch vụ cộng thêm trên Internet.

ASAM 7300 là bộ ghép kênh tập trung các thuê bao Internet sử dụng đường ADSL (tính năng kỹ thuật của bộ ASAM 7300 có thể tham khảo tại site www.alcatel.com/dsl). Hệ thống ADSL ra đời đã phát triển dịch vụ gọi điện thoại qua đường ADSL (được gọi là dịch vụ VoDSL), tức là tín hiệu thoại sẽ được đóng gói và truyền trên mạng ADSL. Giải pháp này mang lại hiệu quả kinh tế rất cao vì chi phí phải trả theo đơn vị dữ liệu truyền trên mạng, mà ta biết rằng dung lượng của tín hiệu thoại rất nhỏ. Một mặt tiết kiệm chi phí, mặt khác chất lượng thoại có thể tương đương với chất lượng thoại truyền thống nhờ tốc độ truyền cao của đường ADSL và các chuẩn công nghệ nén thoại ngày càng cải tiến. 

Một vài nhận xét

Như đã giới thiệu, có nhiều cấu hình lựa chọn Gateway phù hợp với yêu cầu sử dụng. Tuy nhiên, khi thiết kế Gateway sử dụng trong dịch vụ thoại IP, tùy theo quy mô giới hạn trong mạng nội bộ của doanh nghiệp hoặc do nhà cung cấp dịch vụ công cộng triển khai, họ cần phải đối mặt với nhiều thử thách và đòi hỏi từ phía người dùng dịch vụ thoại. Đó là các tiêu chuẩn sau:

-  Chất lượng thoại phải so sánh gần tương đương với hệ thống PSTN hiện tại và có thể thay đổi được tùy theo cấp độ QoS của mạng, tức mức độ kiểm soát băng thông cung cấp dịch vụ của mạng.

-  Mạng IP phải giải quyết những sự cố mạng thường xảy ra. Giảm thiểu số cuộc gọi không thực hiện được, delay mạng, mất gói. Đặc biệt là khi nghẽn mạng hoặc quá nhiều người truy cập mạng cùng một lúc.

-  Báo hiệu cuộc gọi phải được xử lý thế nào để người dùng không nhận dạng được công nghệ điện thoại nào đang thực hiện xử lý cuộc gọi.

Qua các mô hình gateway vừa giới thiệu, chúng ta có thể thấy tiêu chuẩn thứ nhất phụ thuộc vào phần mềm quản lý mạng thoại IP, như phần mềm Cisco Call Manager của Cisco. Chỉ có mô hình Gateway gắn với phần tử của mạng, hoặc mô hình Gateway độc lập tích hợp trong mạng cung cấp dịch vụ mới có khả năng kiểm soát chất lượng mạng một cách hoàn chỉnh.

Tiêu chuẩn thứ hai ngoài việc phụ thuộc vào công nghệ giải pháp triển khai còn  phụ thuộc vào những yếu tố như hạ tầng mạng lưới dùng riêng (mạng nội bộ của tổ chức) và mạng lưới dùng chung (mạng công cộng như Internet...), chất lượng các thiết bị mạng như các đầu cuối IP phone, bộ chuyển mạch, bộ ghép kênh...

Tiêu chuẩn cuối để đánh giá là đối với thuê bao khi triển khai ở mức nhà cung cấp dịch vụ.

Thiều Quang Trung, Bưu Điện TP.HCM