نگاهي گذرا به فناوري VoIP و استانداردهاي آن

VoIP چيست؟
 

شبكه‌هاي مخابراتي به عنوان جزء جدايي ناپذير زندگي امروزبيش‌ترين سهم را در تبادل اطلاعات و اخبار به عهده دارند. اين فناوري كه قدمتي بيشاز صد سال دارد، صورت پيشرفته‌تري به خود گرفته است و خود را با نيازهاي جديد تطبيقداده است تا به صورت امروزي درآمده است.
امروزه انتقال تماس، كنفرانس هاي تلفني، نمايش‌گر شماره تلفني و ... همه و همه سرويس هايي هستند كه از سوي مراكز مخابراتي و بر پايه شبكه‌هايمخابراتي ارايه مي‌شوند. با وجود اين، هنوز مشكلات حل نشده بسياري در شبكه‌هايمخابراتي موجود است كه نياز به بررسي بيش‌تر دارد. مواردي نظير هزينه بالاينگه‌داري اين شبكه‌ها، ارايه‌ي دشوار سرويس هاي جديد،‌ هزينه‌ي بالاي نصب و راهاندازي و گسترش شبكه‌هاي مخابراتي و ناتواني در ارايه‌ي خدمات خاص از اين مشكلاتهستند.
با مطرح شدن شبكه‌هاي كامپيوتري (به خصوص اينترنت) و امكانبرقراري ارتباط به صورت سوييچ بين بسته‌هاي داده (Packet Switching) ارسال داده برروي اين شبكه‌ها به صورت جدي مطرح شد و در تمامي موارد موفقيت آميز نمود. اگر زمانيدستگاه هاي فكس و تلكس بر روي شبكه‌هاي مخابراتي سنتي متن و تصوير را از جايي بهجاي ديگر منتقل مي‌كردند، امروزه پست الكترونيكي و پيام‌هاي بين كامپيوتري اينجايگاه را به دست آورده‌اند، به نحوي كه صورت قديمي ارسال اطلاعات را تحت شعاع خودقرار داده‌اند.
در جايي كه اطلاعات منتقل شده بر روي شبكه‌هاي كامپيوتري شكل صوتيبه خود بگيرند (Voice Over IP) VoIP مطرح مي‌شود. البته شايان گفتن است كه برايداشتن يك ارتباط از نوع VoIP بايد شبكه‌اي بر پايه پروتكل IP داشته باشيم. حال باتوجه به اين كه بزرگ‌ترين شبكه بر پايه VoIP شبكه اينترنت است، به طور معمول از اينفناوري به عنوان منتقل كننده صدا بر روي شبكه اينترنت ياد مي‌شود.

انواع مكالمات با استفاده از VoIP
 

با تفكيك كاربران نهايي گفت‌وگوهاي صوتي به دو شكل دستگاه متصل بهشبكه IP و دستگاه متصل به شبكه مخابراتي سنتي، سه نوع مكالمه را مي‌توان متصورشد:
1. ابزار VoIP با ابزار VoIP : طي اينمكالمه دو وسيله كه به شبكه مبتني بر IP متصل هستند با يكديگر ارتباط بر قرارمي‌كنند.
2. ابزار VoIP با تلفن سنتي : در ايننوع مكالمه وسيله متصل به پروتكل IP با دستگاه تلفني كه به شبكه مخابراتي سنتي متصلاست ارتباط بر قرار مي‌كند. در اين صورت يك دستگاه متصل به IP نقش واسط را در تبديلاطلاعات از شبكه IP به شبكه مخابراتي سنتي به عهده دارد.
3. تلفن سنتي با تلفن سنتي : اين نوعمكالمه به طور معمول به دليل مسافت بالاي بين دو فرد بر قرار كننده مكالمه و بهمنظور صرفه‌جويي در هزينه گفت‌وگو شكل مي‌گيرد. در اين نوع ارتباط هر يك از دو تلفنتوسط شبكه مخابراتي سنتي به يك دستگاه متصل به شبكه IP مرتبط مي‌شوند و ارتباط VoIP بين اين دو دستگاه كمكي شكل مي‌گيرد. ارتباط تلفني با استفاده از كارت‌هاي تلفنرايج در بازار از اين نوع است.
با اندكي توجه به سه مورد بالا متوجه مي‌شويم كه موارد 2 و 3مطرح شده در بالا با استفاده تركيبي از شبكه مخابراتي سنتي و شبكه IP برقراريارتباط صوتي را ممكن مي‌سازند. انواع ديگر مكالمات VoIP نيز وجود دارد كه بررسيآن‌ها نياز به مقدماتي دارد كه در حوصله‌ي اين مقاله نمي‌گنجد:
- ( Virtual Station) ايستگاه مجازي به ايستگاه مجازي
- ايستگاه مجازي به شبكه كامپيوتري
- شبكه كامپيوتري به شبكه كامپيوتري

تجارت بزرگ در زمينه VoIP
 

امروزه VoIP و انتقال صوت بر پايه اين فناوري به صورت يك تجارتبزرگ در آمده است كه هم‌چنان روند رو به رشد بالايي دارد. مزيت اصلي اين نوعمكالمات براي كاربران، هزينه پايين آن است كه موجب ترجيح آن به شبكه هاي مخابراتيسنتي مي‌شود.
اين تجارت از سه ديدگاه قابل بررسي است:
1. فروش تجهيزات ساختاري : به منظوررسيدن به كارايي بالاتر و كيفيت بهتر صدا در مكالمات VoIP، نياز به استفاده ازتجهيزات ويژه اي در شبكه هاي مبتني بر IP است. انواع مسيردهنده (Router)هاي VOIP،سوييچ‌هاي شبكه خاص اين كاربرد و دروازه (Gateway) هاي ويژه و ... از اين تجهيزاتهستند. شركت سيسكو در سال‌هاي 1996 تا 1999 تعداد يك ميليون عدد از اين تجهيزات رافروخت، در حالي كه در سال 2000 به تنهايي يك ميليون عدد ديگر از اين تجهيزات توسطاين شركت به فروش رسيد. اين آمار خود بيان‌گر سرعت رشد اين فناوري است.
2. فروش گوشي هاي تلفني جديد : برايپشتيباني بهتر فناوري VoIP گوشي‌هاي تلفني خاصي ساخته شده‌اند كه خود به طور مستقيمبه شبكه مبتني بر پايه IP (براي مثال اينترنت) متصل مي‌شوند و مي‌توانند اطلاعات رادر قالب بسته‌هاي داده بر روي اين شبكه منتقل نمايند. تا سال 2001 درآمد ناشي ازفروش اين گونه گوشي‌ها براي سازنده‌هاي آن‌ها حدود يك ميليارد دلار بود كه پيش بينيشده است تا سال 2006 اين رقم به پنج ميليارد دلار افزايش يابد.
3. ارايه خدمات در قالب مراكز تلفني نسل بعد : با وجود عدم وابستگي تكنولوژي VoIP به مراكز مخابراتي،‌ به منظور ايجادسهولت در برقراري ارتباط (براي مثال توزيع شماره تلفن به كاربران) و ارايهسرويس‌هاي مختلف مراكز تلفني VoIP بر روي شبكه اينترنت شكل گرفته‌اند كه پيش‌بينيمي‌شود اين مراكز در آينده داراي درآمد بالايي باشند.

تهديدهاي VoIP براي تجارت‌هاي كنوني
 

همواره با پديد آمدن يك فناوري جديد در عرصه‌هاي گوناگون،‌فناوري‌هاي قبل در معرض انحطاط قرار مي‌گيرند. فناوري اطلاعات و ارتباطات نه تنهااز اين قاعده مستثنا نيست، بلكه چنين وضعيتي در آن بيش از ساير حوزه‌ها احساسمي‌شود. با شكل گيري تكنولوژي VoIP حوزه هاي متنوعي از جمله مكالمات تلفني معمولي،ارتباط از طريق نمابر و حتا استفاده از پست الكترونيكي دچار تهديد شده‌اند. دركشورهاي مختلف دنيا به منظور جلوگيري از اين ضررهاي مالي و يا به منظور تطبيق باشرايط جديد تدابير مختلفي انديشيده شده است. براي مثال در كشورهايي مانند سوئد و يابرخي از ايالات آمريكا به طور كامل به اين تكنولوژي روي آورده شده است و VoIP بهعنوان جاي‌گزيني براي تلفن هاي سنتي در نظر گرفته شده است،‌ در حالي كه در برخي ازكشورها از جمله پرتغال و يا امارات متحده عربي، به طور كامل اين تكنولوژي ممنوع شدهاست.

شبكه‌هاي تلفني آينده
 

مراكز VoIP نيز همانند مراكز مخابراتي سنتي مي‌توانند شماره تلفنيرا به صورت اختصاصي به يك كاربر اختصاص دهند. اين شماره‌هاي تلفني از طريق مراكزاينترنتيVoIP در اختيار كاربران قرار مي گيرد، مانند يك آدرس پست الكترونيكي بههمراه يك كلمه عبور محافظت مي‌شود. از طريق اين شماره كاربران مي توانند به مركزاينترنتي مزبور متصل شوند و IP دستگاه VoIP خود را به اين مركز اعلام كنند. درنتيجه كاربران ديگر توسط شماره تلفن خود به مركز VoIP متصل مي‌شوند و شماره‌اي كهقصد تماس با آن دارند را در اختيار مركز قرار داده و IP مقصد را دريافت مي‌كنند واز طريق پروتكلIP يك تماس تلفني را آغاز مي‌كنند. از چنين شبكه‌هايي با عنوانشبكه‌هاي مخابراتي آينده ياد مي‌شود و پيش‌بيني مي‌شود كه به سرعت جاي‌گزينشبكه‌هاي مخابراتي كنوني شوند. دلايل اصلي اين جاي‌گزيني برتري‌هايي است كهشبكه‌هاي مخابراتي آينده به شبكه‌هاي مخابراتي كنوني دارند و در زير به برخي ازآن‌ها شاره مي‌كنيم:
1. هزينه‌ي بسيار پايين نگه‌داري شبكه‌هاي مخابراتي آينده نسبت بهشبكه‌هاي مخابراتي كنوني و به دنبال آن،‌ قيمت پايين خريد يك شماره (حتا مجاني) ومكالمه‌ي تلفني.
2. پشتيباني كليه امكانات مخابراتي كنوني و حتي ارايه خدمات جديد،با هزينه‌ي بسيار پايين و سهولت اجرايي بالا.
3. جابه‌جايي آسان شماره‌هاي تلفني به اين معنا كه يك شماره تلفنيمانند يك آدرس پست الكترونيكي از هر نقطه‌اي از دنيا قابل دسترسي خواهد بود ومي‌توان از طريق آن تماس گرفت و يا با آن ارتباط بر قرار كرد.
4. قابليت برنامه‌نويسي بر روي گوشي‌هاي تلفني همانند يك گوشيموبايل و يا حتا پيشرفته‌تر از آن.
در ادامه دو نوع شبكه‌ي مخابراتي سنتي و آينده را از زواياي ديدگوناگون مورد مقايسه قرار مي‌دهيم :
1. استاندارد برقرار كننده ارتباط در شبكه‌هاي تلفني VoIP پروتكل‌ها و بسته‌هاي داده هستند (مانند شبكه‌هاي IP) در حالي كه در شبكه‌هايمخابراتي سنتي واسط‌هاي ارتباطي استاندارد (سوييچ مدارهاي درون شبكه) تعريفشده‌اند.
2. با در نظر گرفتن ماهيت فناوري VoIP و خصوصيات شبكه IP، متوجهخواهيم شد كه اين شبكه‌ها از حالات داخلي بسيار كم‌تري نسبت به يك شبكه مخابراتيسنتي برخوردار هستند. همين امر سبب مي‌شود كه نگه‌داري اين گونه شبكه‌ها بسيارآسان‌تر و كم هزينه‌تر باشد.
3. در شبكه‌هاي مخابراتي سرويس‌هاي مخابراتي درون شبكه مخابراتي (تجهيزات داخلي) مستقر مي‌شوند،‌ يعني براي داشتن يك سرويس خاص بايد مركز مخابراتيپشتيباني كننده آن سرويس باشد. به عبارت ديگر تجهيزات كاربر در اين نوع سرويس‌هاتنها از خدمات بهره مي‌برند و چنانچه آماده‌ي دريافت خدمات خاصي باشند، تا زماني كهآن سرويس از طرف مركز مخابرات ارايه نشود، امكان استفاده از آن وجود ندارد. بر عكس،در شبكه‌هاي مخابراتي بر پايه‌ي پروتكل IP، سيستم‌هاي نهايي در صورتي كه يك سرويسجديد را پشتيباني كنند، مي‌توانند با يكديگر (بدون نياز به تغيير در شبكه‌يمخابراتي) و با استفاده از آن سرويس ارتباط بر قرار كنند.
4. هنگام استفاده از شبكه‌هاي مخابراتي كنوني، تمامي كنترل‌هايتماس و برقراري ارتباط از طريق مركز مخابرات (مستقر در شبكه ارتباطي) اعمال مي‌شود،در صورتي كه در شبكه‌هاي مخابراتي آينده كه بر پايه پروتكلIP خواهند بود، تمامي اينكنترل‌ها توسط سيستم‌هاي نهايي انجام خواهند گرفت. به عبارت ديگر وابستگي به مركزمخابراتي حذف خواهد شد.
5. سيستم‌هاي مخابراتي جديد كه بر پايه IP شكل گرفته‌اند نيز هماندرجه اطمينان را كه سيستم‌هاي مخابراتي كنوني از نظر سالم بودن شبكه تضمين مي‌كنند،پشتيباني مي‌كنند. نتايج آماري حاصل از بررسي خرابي‌هاي شبكه و مقايسه آن‌ها اينامر را تاييد مي‌كند.
6. ديگر ويژگي سيستم‌هاي مخابراتي جديد پويايي و تحول سريعآن‌هاست. اين سيستم‌ها به عنوان زير مجموعه‌اي از علم كامپيوتر و فناوري ديجيتالمشمول قانون مور مي‌شوند. به بيان ديگر بايد حدود هر 18 ماه منتظر پيشرفتي در ابعاددو برابر سابق در اين گونه سيستم‌ها باشيم، در حالي كه شبكه‌هاي مخابراتي قديمي مدتزيادي است كه همان شكل سابق را حفظ كرده‌اند و به ندرت دست‌خوش تغييرات مي‌شوند. نگاهي گذرا بر تاريخ تحولات شبكه‌هاي مخابراتي نشان مي‌دهد كه پس از حدود هر 30 سالشاهد تحولاتي محسوس در آن‌ها هستيم كه در مقايسه با تحولات شبكه‌هاي مخابراتي آيندهدر عمل ناچيز است.
7. در سيستم‌هاي مخابراتيVoIP سرعت برقراري ارتباط به شدت وابستهبه قدرت سيستم‌هاي نهايي در برقراري ارتباط است در حالي كه در سيستم‌هاي مخابراتيكنوني اين زمان بسيار طولاني است. اما بر روي هم رفته سرعت بر قراري ارتباط VoIP كهبه وسيله سوييچ بسته‌هاي داده كار مي‌كنند به مراتب سريع‌تر از برقراري ارتباط درشبكه‌هاي سوييچ كننده مدار (شبكه هاي مخابراتي كنوني) است.
8. در سيستم‌هاي مخابراتي آينده (VoIP) ارايه كنندگان خدماتمخابراتي در عمل نقش واضح و تعريف شده‌اي ندارند؛ زيرا اركان اصلي برقراري ارتباطدو طرف مكالمه كننده هستند. پيش‌بيني مي‌شود كه مراكز مخابراتي آينده از طريق ارايهراهكارهاي متنوع به منظور بهبود برقراري ارتباط امرار معاش كنند. حال اين خدماتممكن است بين دو مركز مخابراتي، به طور كامل متفاوت باشد.

دروازه‌‌هاي (VOIP (VOIP Gateways :
 

دروازه VoIP در واقع يك واسط بين تلفن‌هاي معمولي و شبكه‌هايIP هستند. كار دروازه‌هايVoIP را تا حدي مي‌توان با Modemها مقايسه كرد، با اين تفاوتكه اين دستگاه‌ها به صورت خودكار با دريافت شماره تلفن، نام كاربري و كلمه عبورمي‌توانند به يكISP متصل شوند. افزون بر اين دروازه‌هاي VoIP به منظور ارسالبسته‌هايVoIP بهينه شده‌اند و قادر هستند تا از طريق برقراري ارتباط با مركزمخابراتيVoIP كارهاي برقراري تماس تلفني و ثبت شماره تلفن بر روي شبكه اينترنت رانيز انجام دهند. اين تجهيزات از طريق پروتكل لايه Application خاص مانند SIP بامركز مخابراتي ارتباط بر قرار مي‌كنند. درباره اين پروتكل‌ها در ادامه همين مقالهمطالبي را بيان خواهيم كرد.

بسته‌هاي VoIP
 

براي برقراري يك ارتباط VoIP در سخت‌افزارهاي كاربري كارنمونه‌برداري از صدا صورت مي‌گيرد. به طور معمول صدايي به طول تقريبي 10 تا 20 ميليثانيه در بسته (Packet) اطلاعاتي جهت ارسال قرار مي‌گيرد. البته انواع Codec (رمزگذاري و رمزگشايي) تعريف شده‌اند كه هركدام استاندارد خاص خود را به منظورنمونه‌برداري و ارسال صدا تعريف مي‌كنند. هر بسته VoIP طولي كم‌تر از 100 بايت داردكه پروتكل لايه ارسال (Transfer Protocol (UDP را جهت مسافرت بر روي شبكه IP انتخابمي‌كند. 20 تا 40 بايت اول بسته VOIP حاوي IP مقصد است. 8 بايتي كه به دنبال آنمي‌آيد حاوي صدايي است كه در بازه زماني 10 تا 20 ميلي ثانيه نمونه‌برداري شده است. سپس 12 بايت كه اطلاعاتي از نوع پروتكل RTP را داراست در ادامه آن مي آيد. در ادامههمين مقاله توضيحاتي را در مورد اين پروتكل بيان خواهيم كرد. بالاخره در 33 بايتانتهايي اين بسته اطلاعاتي در مورد نحوه كدگذاري و كدگشايي اين بسته (Codec Info) قرار مي‌گيرد.
وابسته به Codec در نظر گرفته شده در انتقال صدا، بسته‌هاي VoIP مدتي را در سمت ديگر (دريافت كننده صدا) منتظر مي مانند تاكار بافر شدن آنها به حدتعيين شده برسد. با رسيدن حجم بسته‌ها در بافر سمت دريافت كننده به اندازه تعيينشده، صدا در سمت ديگر پخش خواهد شد.

تاخير صدا :
 

همان گونه كه در بالا گفتيم، بسته‌هاي VoIP يكي پس از ديگري ازسمتي ارسال و در سمت ديگر بافر مي‌شوند و پس از رسيدن بافر به اندازه‌اي مشخص (و ياگذشتن زماني از پيش تعيين شده) صدا پخش مي‌شود. اين كار در حالت ايده‌آل به نحويانجام مي‌گيرد كه شنونده صدا متوجه هيچ تاخيري در شنيدن صدا نشود.
تاخير صدا به عنوان يكي از مهم‌ترين عامل‌هاي كيفيت صدا نقش مهميدر شكل‌گيري يك ارتباط صوتي مطلوب دارد. چنانچه اين تاخير از حدي بيش‌تر شود، ادامهمكالمه ميسر نخواهد بود. اين همان تاخيري است كه شايد در هنگام يك مكالمه تلفني راهدور كه با استفاده از كارت تلفني انجام مي‌گيرد، متوجه آن شده باشيد. چنانچه تاخيرصدا بيش‌تر از 200 ميلي ثانيه شود، مكالمه تلفني را از حالت مطلوب خارج مي‌كند وكاربران را دچار مشكل مي‌سازد. هر اندازه اين تاخير كاهش يابد به يك مكالمه ايده آلتلفني نزدي‌ تر مي‌شويم.
عامل تاخير صدا به عنوان بزرگ‌ترين چالش در فناوري VoIP مطرح بودهو هست. تاخير صدا به علت تكنولوژي انتخاب شده در شبكه‌هاي مخابراتي سنتي در عملناچيز و قابل چشم‌پوشي است اما در VoIP همه چيز به طور كامل متفاوت است. راهكارهايمختلف كه به منظور كاهش تاخير اعمال شده‌اند و همچنين پيشرفت فناوري ارتباطات واينترنت موجب شده است كه تاخير يك ارتباط VoIP كه در گذشته‌اي نه چندان دور به بيشاز 600 ميلي ثانيه مي‌رسيد و در عمل ادامه مكالمه را ناممكن مي‌ساخت به حد مطلوب 100 ميلي ثانيه برسد.
در زير يك نمودار گويا در مورد تاخير صدا و قابليت ادامه تماستلفني را مشاهده مي‌كنيد:
به منظور مقابله با تاخير صداي احتمالي كه به هر دليل و از جملهترافيك بالاي شبكه ارتباطي ايجاد مي‌شود، تدابير واكنشي متعددي انديشيده شده است. در ارتباطاتي كه به صورت متقابل (interactive) هستند، بسته‌هاي صدايي كه خرابمي‌شوند دوباره ارسال نمي‌شوند. اين كار باعث افت كيفيت صدا مي‌شود در حالي كهتاخير را نامحسوس مي‌سازد. بنابراين در اين گونه ارتباطات به طور معمول از پروتكل UDP در لايه ارسال استفاده مي‌شود. در حالي كه ارسال صدا به صورت offline انجامگيرد، اين بسته‌ها دوباره ارسال مي‌شوند تا بهترين كيفيت ممكن حاصل شود. در اينموارد پروتكل TCP در لايه ارسال بهترين انتخاب است.
اصلاح خطا به صورت (FEC (Forward Error Correction يكي ديگر ازتدابيري است كه در هنگام خرابي بسته‌ها و براي جلوگيري از تاخير صدا و افت كيفيت آنانديشيده مي‌شود. به اين ترتيب، وسيله دريافت كننده صدا داراي اين قابليت است كه درصورت خرابي بسته‌ها، آ‌ن‌ها را اصلاح و بازسازي كند. اين كار كه هزينه سخت‌افزاريبالاتري مي‌طلبد و نياز به اطلاعات جانبي و مكملي دارد كه كار شناسايي و اصلاح خطارا ميسر مي‌سازد. اين اطلاعات در همان بستهVoIP جاي مي‌گيرند و البته حجم بسته وترافيك شبكه را افزايش مي دهند!
شناسايي صد ا(Voice Activity Detection كه از صورت مخفف آن به نام VAD استفاده مي شود) و به دنبال آن، شلوغي آرامش بخش (‍Comfort Noise) از ديگرتدابير هوشمندانه در زمينه كاهش ترافيك شبكه هستند.
در سيستم هاي معمولي تلفني و از جمله VoIP همواره از هر يك از دودستگاه برقرار كننده ارتباط كار نمونه‌برداري صدا و ارسال انجام مي‌شود. حال چه كسيدر حال صحبت كردن باشد و يا نباشد. در نظر داشته باشيد كه در يك مكالمه معموليتلفني در هر زمان تنها يكي از طرفين در حال صحبت هستند و فرد ديگر در حال شنيدناست. به علاوه زمان نهايي نيز وجود دارد كه هيچ يك از طرفين صحبت نمي‌كنند و برايمثال به موضوع خاصي فكر مي‌كنند. حال اگر بتوانيم كاري كنيم كه هر يك از دو دستگاهارسال كننده صدا تنها زماني اقدام به اين كار كنند كه صدايي با ارزش در محيط وجودداشته باشد،‌ به مقدار زيادي ترافيك شبكه را كاهش داده‌ايم. همين ايده‌ي ساده دربسياري از گوشي‌هايVoIP موجب اضافه شدن وسيله‌اي به نام (VAD (Voice Activity Detector شده است. كار اين وسيله تشخيص صدا در محيط و تعيين فرستادن يا نفرستادن آناست.
با به كار گيري VAD در گوشي‌هاي VoIP اين مشكل پيش آمد كه هموارهفرد مقابل كه در زماني هيچ گونه صدايي را نمي‌شنيد احساس كند كه مكالمه قطع شدهاست. به منظور رفع چنين مشكلاتي يك تدبير هوشمندانه ديگر انديشيده شد كه به شلوغيآرامش بخش معروف است. با استفاده از اين تكنيك، همواره در صورت ارسال نشدن صدا ازفرستنده، صدايي شبيه به برفك (به صورت آن چه معمولا در هنگام مكالمه تلفني شنيدهمي‌شود) در گوشي دريافت كننده شنيده مي‌شود كه او از ادامه برقراري ارتباط مطلع ميسازد.
منبع:تبیان تبریز
ارسال توسط کاربر محترم سایت : sajad2007