Điện thoại Internet (tiếng Anh VoIP, Voice Over Internet Protocol, IP Telephony) là công nghệ truyền tải tiếng nói và nội dung đa phương tiện trên mạng Internet. Điện thoại Internet (VoIP - Voice Over Internet Protocol) sử dụng giao thức Internet IP (Internet Protocol), một hệ thống địa chỉ toàn cầu để gửi và nhận các gói dữ liệu trên Internet.

Giao thức Internet IP

Là phương pháp được áp dụng để gửi dữ liệu từ máy tính này đến máy tính khác trên Internet. Bất kỳ thiết bị điện tử nào, bao gồm bộ định tuyến, bộ chuyển mạch, máy vi tính, máy chủ, máy in, máy fax và điện thoại di động mà tham gia vào mạng thì đều được gán địa chỉ IP duy nhất để phân biệt nó với các thiết bị khác. Địa chỉ IP là một nhãn số dài 32 bít (với IPv4) hay 64 bít (với IPv6), chức năng của nó là xác định tên và vị trí máy chủ trong mạng để thiết lập đường truyền dẫn. Địa chỉ IP không phải luôn luôn tĩnh mà thay đổi mỗi khi thiết bị kết nối mạng, nó được gán bởi máy chủ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). VoIP sử dụng giao thức khởi tạo phiên SIP (Session Initiation Protocol) để định vị thiết bị. Giao thức IP được sử dụng trong quá trình trao đổi tiếng nói và dữ liệu khác trong hệ thống điện thoại VoIP.

Tại sao cần có VOIP

Về lý do thương mại, VoIP tích hợp tiếng nói và dữ liệu để đáp ứng nhiều ứng dụng Web khác nhau, cho khả năng người dùng tương tác với khách hàng bằng giọng nói, video, v.v. Việc hợp nhất băng thông của nó dẫn tới nâng cao hiệu quả kênh truyền dữ liệu. Hơn nữa, chi phí đường trục Internet thấp hơn so với chi phí mạng chuyển mạch gói công cộng, do vậy làm cho kinh phí sử dụng VoIP thấp hơn nhiều so với điện thoại truyền thống.

Về lý do chất lượng tiếng nói, điện thoại truyền thống truyền tải tín hiệu tiếng nói dưới dạng tương tự còn VoIP truyền dữ liệu số. Tín hiệu tương tự bị biến dạng bởi nhiễu đường truyền và gây ra hiện tượng sai lệch ở phía nhận. Các bộ khuyếch đại tín hiệu (amplifiers) đặt trên đường truyền này không xóa được nhiễu mà ngược lại nó được tăng cường thành nhiễu tích lũy. Với mạng kỹ thuật số, nhiễu đường truyền ít bị ảnh hưởng vì các bộ lặp (repeater, digital amplifier) trên đường truyền không chỉ khuếch đại mà còn làm sạch tín hiệu âm thanh, khôi phục về tình trạng ban đầu. Điều này có thể lý giải vì truyền thông số chỉ chuyển tải các giá trị 0 hoặc 1, các bộ lặp chỉ phải quyết định để tái sinh giá trị 0 hoặc 1 khi gặp nhiễu. Do vậy, chất lượng điện thoại VoIP cao hơn rõ rệt so với điện thoại truyền thống.

Hơn nữa, IP là giao thức phổ biến có sẵn trong các thiết bị mạng và thiết bị của người sử dụng (vd. máy trạm của người dùng cuối và máy tính cá nhân). Đồng thời sự chín muồi của công nghệ kỹ thuật số như bộ xử lý tín hiệu số (DSP) và các modem tốc độ cao làm cho việc triển khai điện thoại IP khả thi hơn.

Cơ chế hoạt động

Hệ thống VoIP về cơ bản bao gồm một số đầu cuối có thể là điện thoại VoIP, điện thoại di động, trình duyệt hỗ trợ VoIP trên máy tính, v.v. và mạng IP để truyền tải các gói dữ liệu. Công nghệ VoIP dựa trên chuyển mạch gói (packet switching), nhằm thay thế công nghệ truyền tín hiệu thoại truyền thống chuyển mạch kênh (circuit-switching) đã có hàng trăm năm nay. Nó nén (cg. ghép) nhiều kênh thoại trên một đường truyền, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet.

Với hệ thống điện thoại chuyển mạch kênh, mỗi người dùng sẽ chiếm một kênh truyền dẫn trong suốt cuộc gọi. Với VoIP sử dụng chuyển mạch gói thì vào những thời điểm không cần gửi dữ liệu (vd. khoảng lặng khi hội thoại), nó có thể sử dụng kênh truyền dẫn cho người dùng khác, do vậy tạo ra sự khác biệt đáng kể về hiệu quả của hệ thống.

VoIP chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu số bằng ATA (Analog Telephone Adapter) hoặc IP phone. Các mẫu tín hiệu số tiếng nói được mã hóa (cg. nén) bởi bộ mã hóa tiếng nói có trong một thiết bị, chẳng hạn như máy tính cá nhân (PC) hoặc điện thoại VoIP chuyên dụng kết nối Internet. Tín hiệu số được vỉ/bìa kết nối mạng chia thành gói theo định dạng chuẩn (cg. gói IP) trước khi gửi lên mạng chuyển mạch gói. Mạng IP chấp nhận các gói và bổ sung thêm thông tin như địa gửi, địa chỉ nhận, v.v. để chúng có thể được định tuyến đến các nút mạng tiếp theo trước khi đến đích cuối cùng (người nghe). Thay vì định tuyến dữ liệu trên một kênh truyền dẫn dành riêng, gói dữ liệu sẽ được truyền dẫn trên một trong số hàng ngàn đường đi có thể. Vì mỗi thiết bị đầu cuối trên mạng có địa chỉ IP duy nhất, cho nên các gói dữ liệu được định tuyến chính xác giữa hai điện thoại. Thiết bị VoIP đầu cuối thứ hai tập hợp các gói tin nhận được để khôi phục tín hiệu gốc trên cơ sở các chỉ thị chứa trong gói. Bộ giải mã có nhiệm vụ chuyển tín hiệu nén về dạng ban đầu, trước khi chuyển đổi ngược về tín hiệu tương tự để con người có thể nghe được. Thực tế, có nhiều bộ mã hóa và giải mã (cg. codec) khác nhau được sử dụng để tối ưu luồng dữ liệu theo từng ứng dụng cụ thể và băng thông của mạng. Trong suốt tiến trình điều khiển cuộc gọi như thiết lập kết nối, quay số, ngắt kết nối, bảo mật, truyền tải dữ liệu, v.v, bộ giao thức H.323 của Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) được VoIP sử dụng.

Các dịch vụ VoIP trong mạng cho khả năng giao tiếp khi cả người gọi và người nghe đều ở trên mạng Internet. Hơn nữa, kết nối giữa mạng Internet và mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN cho phép người dùng trên Internet gọi hoặc nghe từ điện thoại truyền thống và ngược lại.

Quà trình hình thành và phát triển

VoIP được công ty cung cấp thiết bị viễn thông VocalTec (Israel) phát triển đầu tiên vào khoảng năm 1995 với mục đích tiết kiệm các khoản chi phí điện thoại đường dài và quốc tế.

Đầu năm 1995, các công ty Intel, Microsoft và Radvision khởi động hoạt động chuẩn hóa các hệ thống truyền thông VoIP.

Năm 1996, liên minh ITU đề xuất giao thức H.323 để điều khiển truyền dẫn dữ liệu tiếng nói trên mạng giao thức IP.

Giao thức SIP đề xuất vào năm 1996 và chuẩn hóa vào năm 1999 được sử dụng để khởi tạo, quản lý và kết thúc phiên giao dịch thời gian thực trong các ứng dụng VoIP. Năm 1998, VocalTec đã bổ sung thư thoại Internet và ra mắt VoIP với các tính năng gọi điện thoại máy tính-điện thoại và điện thoại-điện thoại.

Ứng dụng Skype có bản thử nghiệm vào năm 2003 và đến năm 2005 phần mềm này đã có đầy đủ tính năng hội thoại video.

Năm 2007, các thiết bị VoIP được thương mại hóa rộng rãi ở châu Á, đặc biệt ở Philipine nơi nhiều gia đình có người thân làm thuê ở nước ngoài.

Năm 2010, Apple giới thiệu ứng dụng gọi video miễn phí FaceTime giữa các thiết bị sử dụng hệ điều hành IOS.

Năm 2015, FaceBook ra mắt ứng dụng nhắn tin và gọi điện với tên WhatsApp trên đường truyền Internet. Nó hoạt động trên các thiết bị di động như IOS, BlackBerry, Android, Windows Phone và nhanh chóng trở thành một trong những ứng dụng nhắn tin phổ biến nhất hiện nay. Năm 2018 WhatsApp có đến 1,5 tỷ người dùng.

Tại Việt Nam

VoIP cũng được các nhà mạng Việt Nam đặc biệt quan tâm. Nhiều dịch vụ VoIP đã được giới thiệu cho người dùng như 171 (VNPT - Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam), 177 (SPT - Công ty Dịch vụ bưu chính viễn thông Sài Gòn), 178 (Viettel - Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông quân đội), 175 (VISHIPEL - Công ty Thông tin điện tử hàng hải Việt nam), 172 (HTC - Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội), v.v.

Do hạ tầng Internet ở Việt Nam còn nhiều hạn chế về tốc độ nên các cuộc gọi của các dịch vụ VoIP chưa đảm bảo chất lượng mong muốn. Gần đây, các nhà cung cấp dịch vụ VoIP đã cố gắng cải thiện chất lượng thoại để chúng ngày càng đáp ứng đòi hỏi cao hơn của người dùng.

Tài liệu tham khảo

1. Barney Warf, The SAGE Encyclopedia of the Internet, SAGE Publications, 2018
2. Jonathan Davidson, James Peters, Voice over IP Fundamentals, Cisco Press, 2000
3. Uyless Black, Voice Over IP, Prentice Hall PTR, 1999.