IPテレフォニー。スキーム、説明

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IP電話。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、インターネット上の音声通信の一般原則と電話サービスの提供方法に関する技術情報を提供します。

IP テレフォニーテクノロジ (Voice over Internet Protocol - VoIP) は、インターネット経由で電話を送信する機能を提供します。つまり、音声トラフィックをリアルタイムで配信するテクノロジです。これは、パケット上で動作するトランスポートメカニズムを使用して、データネットワーク上で行われます。このテクノロジーの主な利点は、そのアプリケーションにより、コストが削減されるだけでなく、音声とデータの伝送を XNUMX つのネットワーク内で組み合わせることができるようになります。この場合に使用される情報圧縮アルゴリズムにより、その量が大幅に削減されるため、帯域幅がより効率的に使用されます。

IP テレフォニーでは XNUMX つの基本的な通信方式が使用されます。そのうちの XNUMX つ目は、オーディオ信号をデジタル化、圧縮、パッケージ化、再生するために必要なすべてのハードウェアおよびソフトウェアツールをパーソナルコンピュータにインストールする必要があることを規定しています。この場合、加入者の通信には電話機ではなく、マイク付きのヘッドフォンが必要です。接続を確立するには、加入者のコンピュータの IP アドレスのみが必要です。

XNUMX 番目の通信方式では、ユーザーは従来の電話機を使用して電話をかけ、PSTN をインターネットに接続するために特別な装置、つまり電話ゲートウェイ (インターネットテレフォニーゲートウェイ) を使用します。この装置は、アナログ形式の情報をデジタル形式に変換し、その情報から一連のパケットをインターネット形式に編成してネットワークに送信し、また逆方向のパケットを受信してアナログ形式に変換します。さらに、電話ゲートウェイは、PSTN とのインターフェイスの実装、加入者信号の生成、加入者の接続と切断を提供します。

IP 電話では、リアルタイムの音声伝送をサポートできる信頼性の高い接続が不可欠です。これは、加入者から加入者への転送が最小限の遅延で発生する必要があることを意味します。

現代の電話システムはデジタル伝送と交換を使用しています。一方、加入者線は原則としてアナログであることが知られている。したがって、ここでは適切な信号変換が必要です。これは通常、ローカル電話交換局で実行されますが、ローカルアクセスネットワークでデジタル伝送が使用されている場合など、ユーザーに近いサービスでもこの機能が実行される場合があります。

電話回線の伝送は、60 年代に開発された標準を使用した単純な音声デジタル化に基づいています。 300 Hz ～ 3,1 kHz の帯域の音声信号は、8000 秒あたり 8 サンプルのレートでサンプリングされ、各サンプルは 64 ビットでエンコードされます。したがって、各音声チャネルには 2048 kbps が必要です。これらの音声チャネルのうち 2 は、フレーミングおよびシグナリングチャネルと結合されて、一般に 1 Mbps ストリームまたは EXNUMX と呼ばれる標準の XNUMX kbps デジタルストリームを形成します。

既存の PSTN での伝送遅延は非常に低く、主に音声圧縮と衛星リンクの使用によって発生します。遅延が 400 ミリ秒を超えると、音質が著しく低下します。

強力な音声圧縮技術の開発により、必要な帯域幅が削減されます。これは、セルラー無線通信など、帯域幅のコストが非常に高いシステムにとって不可欠です。さらに、ある加入者が別の加入者の話を聞いているときに、音声の一時停止中に信号を送信する必要はありません。 5kbpsの伝送速度は、無音区間を含む合計約2,5kbpsの標準デジタル回線と同等の音声品質を実現します。適用される圧縮アルゴリズムは、隣接する音声サンプルのサンプリングと比較に基づいているため、ある程度の遅延が発生します。より優れた音声認識には、効果的なエコーキャンセルも必要です。 IP 伝送などのパケット伝送の使用は、処理に多くの機能が含まれる場合、この形式で音声を伝送するのに理想的です。

加入者間の合計転送遅延は、一定の制限内に維持する必要があります。遅延変動も最小限に抑える必要があります。そうしないと、再構成された音声の品質が劣化します。音声圧縮の処理遅延は、全体の送信遅延に考慮する必要があります。モデムやファクシミリトラフィックなどの音声帯域データサービスについては、音声圧縮アルゴリズムがこれらの信号の処理にあまり適していないため、特別な注意が必要です。送信におけるわずかな違反でも、受信側では必然的に感じられ、送信された情報の歪みにつながります。

しかし、データ伝送システムであるため、上記サービスの信号をより適切に伝送することができる。ここでも、必要な固定周波数信号の高品質伝送を保証するための特別な対策が必要です。これは主に、加入者の電話からの DTMF トーンダイヤル信号に関係します。これらのトーンは現在ダイヤルに使用されていない場合でも、自動呼処理システムが関与する場合、時間の経過とともに頻繁に使用される可能性があります。

インターネットは、コンピュータ間のパケットデータ伝送を期待して作成されました。この場合、伝送遅延やパケット間の相対遅延はそれほど重要ではありません。コンピュータはキューイングメカニズムに従った内部処理に依存しているため、パケットが到着したときに処理できます。 PSTN とインターネットのルーティングメカニズムも異なります。したがって、パケットの送信方法とルーティング方法には違いがあります。インターネットを音声サービスに利用する方法を検討する際には、これらの状況を考慮する必要があります。ネットワークはデータシステム用に設計されていることを忘れないでください。たとえば、電子メールで情報を配信するのに数時間かかる場合、受信者にとってはこれが十分許容されます。

音声関連の問題に対処する場合、インターネットは特定のパケット (この場合は音声伝送に関連するパケット) を優先順位に従って処理するサービスグレード戦略を採用しています。もちろん、このためには、インターネットユーザーは追加料金を支払わなければなりません。

インターネットは不特定多数の機器が使用されており、今後も成長し続けるでしょう。新しいサービスを普及するための標準がすでに開発されていますが、その進歩は依然としてサプライヤーによる機器の最新化に関連しています。たとえば、ケーブルモデムの仕様には、Quality of Service (QoS) レベルの詳細な要件が含まれています。オペレーターが実際のサービスレベルを測定できるツールも開発されています。ここで、その品質を向上させるための要件は、インターネットのさらなる発展に関連していることに注意する必要があります。また、通信の品質を監視するための特別な機器の出現により、それらはさらに厳しくなっています。ネットワークリソースの使用状況を監視できるモニターがすでに開発されています (複数のプロバイダーがこれを行う場合に備えて)。トラフィックを調整し、光ファイバーパス間で再分配するためのネットワーク管理ツールも機器市場に登場しています。

IP 電話のほとんどのユーザーは、たとえば、長距離および国際電話通信の提供などのアプリケーションを知っています。将来的には、他のアプリケーション、特に加入者がインターネットを閲覧しながら電話を受けることができるアプリケーションの人気が高まることが予想されます。通話中の番号に通話が着信すると、PBX はその通話を IP テレフォニーゲートウェイにリダイレクトし、IP ネットワーク経由で通話が加入者に届けられ、特別なソフトウェアがその旨を加入者に通知します。この場合、加入者は通話に応答するかどうかを自分で決定します。ロシアでこのようなサービスを広く使用するには、解決する必要がある問題が XNUMX つありますが、それは非常に深刻です。すべての端末が通話転送機能をサポートする必要があるということです。

著者: K. Senwick、ロンドン、英国

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