VOIP چيست؟
شبكه‌هاي مخابراتي به عنوان جزء جدايي ناپذير زندگي امروز بيش‌ترين سهم را در تبادل اطلاعات و اخبار به عهده دارند. اين فناوري كه قدمتي بيش از صد سال دارد، صورت پيشرفته‌تري به خود گرفته است و خود را با نيازهاي جديد تطبيق داده 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 شبكه‌هاي مخابراتي ارايه مي‌شوند. با وجود اين، هنوز مشكلات حل نشده بسياري در شبكه‌هاي مخابراتي موجود است كه نياز به بررسي بيش‌تر دارد. مواردي نظير هزينه بالاي نگه‌داري اين شبكه‌ها، ارايه‌ي دشوار سرويس هاي جديد، هزينه‌ي بالاي نصب و راه اندازي و گسترش شبكه‌هاي مخابراتي و ناتواني در ارايه‌ي خدمات خاص از اين مشكلات هستند.
با مطرح شدن شبكه‌هاي كامپيوتري (به خصوص اينترنت) و امكان برقراري ارتباط به صورت سوييچ بين بسته‌هاي داده (Packet Switching) ارسال داده بر روي اين شبكه‌ها به صورت جدي مطرح شد و در تمامي موارد موفقيت آميز نمود. اگر زماني دستگاه هاي فكس و تلكس بر روي شبكه‌هاي مخابراتي سنتي متن و تصوير را از جايي به جاي ديگر منتقل مي‌كردند، امروزه پست الكترونيكي و پيام‌هاي بين كامپيوتري اين جاي‌گاه را به دست آورده‌اند، به نحوي كه صورت قديمي ارسال اطلاعات را تحت شعاع خود قرار داده‌اند.
در جايي كه اطلاعات منتقل شده بر روي شبكه‌هاي كامپيوتري شكل صوتي به خود بگيرند VOIP (Voice Over IP) مطرح مي‌شود. البته شايان گفتن است كه براي داشتن يك ارتباط از نوع VOIP بايد شبكه‌اي بر پايه پروتكل IP داشته باشيم. حال با توجه به اين كه بزرگ‌ترين شبكه بر پايه VOIP شبكه اينترنت است، به طور معمول از اين فناوري 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 به شبكه IP و دستگاه متصل به شبكه مخابراتي سنتي، سه نوع مكالمه را مي‌توان متصور شد:
1- ابزار VOIP با ابزار VOIP:طي اين مكالمه دو وسيله كه به شبكه مبتني بر IP متصل هستند با يكديگر ارتباط بر قرار مي‌كنند.
2- ابزار VOIP با تلفن سنتي: در اين نوع مكالمه وسيله متصل به پروتكل IP با دستگاه تلفني كه به شبكه مخابراتي سنتي متصل است ارتباط بر قرار مي‌كند. در اين صورت يك دستگاه متصل به IPنقش واسط را در تبديل اطلاعات از شبكه IP به شبكه مخابراتي سنتي به عهده دارد.
3- تلفن سنتي با تلفن سنتي: اين نوع مكالمه به طور معمول به دليل مسافت بالاي بين دو فرد بر قرار كننده مكالمه و به منظور صرفه‌جويي در هزينه گفت‌وگو شكل مي‌گيرد. در اين نوع ارتباط هر يك از دو تلفن توسط شبكه مخابراتي سنتي به يك دستگاه متصل به شبكه IP مرتبط مي‌شوند و ارتباطVOIP بين اين دو دستگاه كمكي شكل مي‌گيرد. ارتباط تلفني با استفاده از كارت‌هاي تلفن رايج در بازار از اين نوع است.
با اندكي توجه به سه مورد بالا متوجه مي‌شويم كه موارد 2 و 3 مطرح شده در بالا با استفاده تركيبي از شبكه مخابراتي سنتي و شبكه IP برقراري ارتباط صوتي را ممكن مي‌سازند. انواع ديگر مكالمات VOIP نيز وجود دارد كه بررسي آنها نياز به مقدماتي دارد كه در حوصله‌ي اين مقاله نمي‌گنجد:
– ( Virtual Station) ايستگاه مجازي به ايستگاه مجازی
– ايستگاه مجازي به شبكه كامپيوتری
– شبكه كامپيوتري به شبكه كامپيوتری
تجارت بزرگ در زمينه VOIP
امروزه VOIP و انتقال صوت بر پايه اين فناوري به صورت يك تجارت بزرگ در آمده است كه هم‌چنان روند رو به رشد بالايي دارد. مزيت اصلي اين نوع مكالمات براي كاربران، هزينه پايين آن است كه موجب ترجيه آن به شبكه هاي مخابراتي سنتي مي‌شود.
اين تجارت از سه ديدگاه قابل بررسي است:
1- فروش تجهيزات ساختاري: به منظور رسيدن به كارايي بالاتر و كيفيت بهتر صدا در مكالمات VOIP، نياز به استفاده از تجهيزات 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 تجهيزات هستند. شركت سيسكو در سال‌هاي 1996 تا 1999 تعداد يك ميليون عدد از اين تجهيزات را فروخت، در حالي كه در سال 2000 به تنهايي يك ميليون عدد ديگر از اين تجهيزات توسط اين شركت به فروش رسيد. اين آمار خود بيان‌گر سرعت رشد اين فناوري است.
2- فروش گوشي هاي تلفني جديد: براي پشتيباني بهتر فناوری VOIP گوشي‌هاي تلفني خاصي ساخته شده‌اند كه خود به طور مستقيم به شبكه مبتني بر پايه IP (براي مثال اينترنت) متصل مي‌شوند و مي‌توانند اطلاعات را در قالب بسته‌هاي داده بر روي اين شبكه منتقل نمايند. تا سال 2001 در آمد ناشي از فروش اين گونه گوشي‌ها براي سازنده‌هاي آنها حدود يك ميليارد دلار بود كه پيش بيني شده 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 ايجاد سهولت در برقراري ارتباط (براي مثال توزيع شماره تلفن به كاربران) و ارايه سرويس‌هاي مختلف مراكز تلفني VOIP بر روي شبكه اينترنت شكل گرفته‌اند كه پيش‌بيني مي‌شود اين مراكز در آينده داراي درآمد بالايي باشند.
تهديدهای VOIP براي تجارت‌های كنونی
همواره با پديد آمدن يك فناوري جديد در عرصه‌هاي گوناگون، فناوري‌هاي قبل در معرض انحطاط قرار مي‌گيرند. فناوري اطلاعات و ارتباطات نه تنها از اين قاعده مستثنا نيست، بلكه چنين وضعيتي در آن بيش از ساير حوزه‌ها احساس مي‌شود. 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. در كشورهاي مختلف دنيا به منظور جلوگيري از اين ضررهاي مالي و يا به منظور تطبيق با شرايط جديد تدابير مختلفي انديشيده شده است. براي مثال در كشورهايي مانند سوئد و يا برخي از ايالات آمريكا به طور كامل به اين تكنولوژي روي آورده شده است و VOIP به عنوان جاي‌گزيني براي تلفن هاي سنتي در نظر گرفته شده است، در حالي كه در برخي از كشورها از جمله پرتغال و يا امارات متحده عربي، به طور كامل اين تكنولوژي ممنوع شده است.
شبكه‌های تلفنی آينده
مراكز VOIP نيز همانند مراكز مخابراتي سنتي مي‌توانند شماره تلفني را به صورت اختصاصي به يك كاربر اختصاص دهند. اين شماره‌هاي تلفني از طريق مراكز اينترنتيVOIP در اختيار كاربران قرار مي گيرد، مانند يك آدرس پست الكترونيكي به همراه يك كلمه عبور محافظت مي‌شود. از طريق اين شماره كاربران مي توانند به مركز اينترنتي مزبور متصل شوند و IP دستگاه VOIP خود را به اين مركز اعلام كنند. در نتيجه كاربران ديگر توسط شماره تلفن خود به مركز VOIP متصل مي‌شوند و شماره‌اي كه قصد تماس با آن دارند را در اختيار مركز قرار داده و IP مقصد را دريافت مي‌كنند و از طريق پروتكلIP يك تماس تلفني را آغاز مي‌كنند. از چنين شبكه‌هايي با عنوان شبكه‌هاي مخابراتي آينده ياد مي‌شود و پيش‌بيني مي‌شود كه به سرعت جايگزين شبكه‌هاي مخابراتي كنوني شوند. دلايل اصلي اين جاي‌گزيني برتري‌هايي است كه شبكه‌هاي مخابراتي آينده به شبكه‌هاي مخابراتي كنوني دارند و در زير به برخي از آنها شاره مي‌كنيم:
1- هزينه‌ي بسيار پايين نگه‌داري شبكه‌هاي مخابراتي آينده نسبت به شبكه‌هاي مخابراتي كنوني و به دنبال آن، قيمت پايين خريد يك شماره (حتا مجاني) و مكالمه‌ي 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 تلفني مانند يك آدرس پست الكترونيكي از هر نقطه‌اي از دنيا قابل دسترسي خواهد بود و مي‌توان از طريق آن تماس گرفت و يا با آن ارتباط بر قرار كرد.
4- قابليت برنامه‌نويسي بر روي گوشي‌هاي تلفني همانند يك گوشی موبايل و يا حتا پيشرفته‌تر از آن.
در ادامه دو نوع شبكه‌ی مخابراتی سنتی و آينده را از زوايای ديد گوناگون 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 شبكه‌هاي مخابراتي سنتي واسط‌هاي ارتباطي استاندارد (سوييچ مدارهاي درون شبكه) تعريف شده‌اند.
2- با در نظر گرفتن ماهيت فناوری VOIP و خصوصيات شبكه IP، متوجه خواهيم شد كه اين شبكه‌ها از حالات داخلي بسيار كم‌تري نسبت به يك شبكه مخابراتي سنتي برخوردار هستند. همين امر سبب مي‌شود كه نگه‌داري اين گونه شبكه‌ها بسيار آسان‌تر 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 مخابراتي پشتيباني كننده آن سرويس باشد. به عبارت ديگر تجهيزات كاربر در اين نوع سرويس‌ها تنها از خدمات بهره مي‌برند و چنانچه آماده‌ي دريافت خدمات خاصي باشند، تا زماني كه آن 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 سرويس جديد را پشتيباني كنند، مي‌توانند با يكديگر (بدون نياز به تغيير در شبكه‌ي مخابراتي) و با استفاده از آن سرويس ارتباط بر قرار كنند.
4- هنگام استفاده از شبكه‌هاي مخابراتي كنوني، تمامي كنترل‌هاي تماس و بر قراري 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 اين كنترل‌ها توسط سيستم‌هاي نهايي انجام خواهند گرفت. به عبارت ديگر وابستگي به مركز مخابراتي حذف خواهد شد.
5- سيستم‌هاي مخابراتي جديد كه بر پايه IP شكل گرفته‌اند نيز همان درجه 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 اين امر را تاييد مي‌كند.
6- ديگر ويژگي سيستم‌هاي مخابراتي جديد پويايي و تحول سريع آن‌هاست. اين سيستم‌ها به عنوان زير مجموعه‌اي از علم كامپيوتر و فناوري ديجيتال مشمول قانون مور مي‌شوند. به بيان ديگر بايد حدود هر 18 ماه منتظر پيشرفتي در ابعاد دو برابر سابق در اين گونه سيستم‌ها باشيم، در حالي كه شبكه‌هاي مخابراتي قديمي مدت زيادي 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 سال شاهد تحولاتي محسوس در آنها هستيم كه در مقايسه با تحولات شبكه‌هاي مخابراتي آينده در عمل ناچيز است.
7- در سيستم‌هاي مخابراتيVOIP سرعت برقراري ارتباط به شدت وابسته به قدرت سيستم‌هاي نهايي در برقراري ارتباط است در حالي كه در سيستم‌هاي مخابراتي كنوني اين زمان بسيار طولاني است. اما بر روي هم رفته سرعت بر قراري ارتباط VOIP كه به وسيله سوييچ بسته‌هاي داده كار مي‌كنند به مراتب سريع‌تر از برقراري ارتباط در شبكه‌هاي سوييچ كننده مدار (شبكه هاي مخابراتي كنوني) است.
8- در سيستم‌هاي مخابراتي آينده (VOIP) ارايه كنندگان خدمات مخابراتي در عمل نقش واضح و تعريف شده‌اي ندارند؛ زيرا اركان اصلي برقراري ارتباط دو طرف مكالمه كننده هستند. پيش‌بيني مي‌شود كه مراكز مخابراتي آينده از طريق ارايه راهكارهاي متنوع به منظور بهبود برقراري ارتباط امرار معاش كنند. حال اين خدمات ممكن است بين دو مركز مخابراتي، به طور كامل متفاوت باشد.
دروازه‌‌هایVOIP (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 تفاوت كه اين دستگاه‌ها به صورت خودكار با دريافت شماره تلفن، نام كاربري و كلمه عبور مي‌توانند به يك ISP متصل شوند. افزون بر اين دروازه‌هاي VOIP به منظور ارسال بسته‌هايVOIP بهينه شده‌اند و قادر هستند تا از طريق برقراري ارتباط با مركز مخابراتيVOIP كارهاي برقراري تماس تلفني و ثبت شماره تلفن بر روي شبكه اينترنت را نيز انجام دهند. اين تجهيزات از طريق پروتكل لايه Application خاص مانند SIP با مركز مخابراتي ارتباط بر قرار مي‌كنند. درباره اين پروتكل‌ها در ادامه همين مقاله مطالبي را بيان خواهيم كرد.
بسته‌های VOIP
براي برقراري يك ارتباط VOIP در سخت‌افزارهاي كاربري كار نمونه‌برداري از صدا صورت مي‌گيرد. به طور معمول صدايي به طول تقريبي 10 تا 20 ميلي ثانيه در بسته (Packet) اطلاعاتي جهت ارسال قرار مي‌گيرد. البته انواع Codec (رمز گذاري و رمزگشايي) تعريف شده‌اند كه هركدام استاندارد خاص خود را به منظور نمونه‌برداري و ارسال صدا تعريف مي‌كنند. هر بسته VOIP طولي كم‌تر از 1000 بايت دارد كه پروتكل لايه ارسال(Transfer Protocol) UDP را جهت مسافرت بر روي شبكه IP انتخاب مي‌كند. 20 تا 400 بايت اول بسته VOIP حاوي IP مقصد است. 8 بايتي كه به دنبال آن مي‌آيد 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 ادامه همين مقاله توضيحاتي را در مورد اين پروتكل بيان خواهيم كرد. بالاخره در 33 بايت انتهايي اين بسته اطلاعاتي در مورد نحوه كدگذاري و كدگشايي اين بسته (Codec Info) قرار مي‌گيرد.
وا بسته به Codec در نظر گرفته شده در انتقال صدا، بسته‌هاي VOIP مدتي را در سمت ديگر (دريافت كننده صدا) منتظر مي مانند تا كار بافر شدن آنها به حد تعيين شده برسد. با رسيدن حجم بسته‌ها در بافر سمت دريافت كننده به اندازه تعيين شده، صدا در سمت ديگر پخش خواهد شد.
تاخير صدا
همان گونه كه در بالا گفتيم، بسته‌هاي VOIP يكي پس از ديگري از سمتي ارسال و در سمت ديگر بافر مي‌شوند و پس از رسيدن بافر به اندازه‌اي مشخص (و يا گذشتن زماني از پيش تعيين شده) صدا پخش مي‌شود. اين كار در حالت ايده‌آل به نحوي انجام مي‌گيرد كه شنونده صدا متوجه هيچ تاخيري در شنيدن صدا نشود.
تاخير صدا به عنوان يكي از مهم‌ترين عامل‌هاي كيفيت صدا نقش مهمي در شكل‌گيري يك ارتباط صوتي مطلوب دارد. چنانچه اين تاخير از حدي بيش‌تر شود، ادامه مكالمه ميسر نخواهد بود. اين همان تاخيري است كه شايد در هنگام يك مكالمه تلفني راه دور كه با استفاده از كارت تلفني انجام مي‌گيرد، متوجه آن شده باشيد. چنانچه تاخير صدا بيش‌تر از 200 ميلي ثانيه شود، مكالمه تلفني را از حالت مطلوب خارج مي‌كند و كاربران را دچار مشكل مي‌سازد. هر اندازه اين تاخير كاهش يابد به يك مكالمه ايده آل تلفني نزدي تر مي‌شويم.
عامل تاخير صدا به عنوان بزرگ‌ترين چالش در فناوري VOIP مطرح بوده و هست. تاخير صدا به علت تكنولوژي انتخاب شده در شبكه‌هاي مخابراتي سنتي در عمل ناچيز و قابل چشم‌پوشي است اما در VOIP همه چيز به طور كامل متفاوت است. راهكارهاي مختلف كه به منظور كاهش تاخير اعمال شده‌اند و همچنين پيشرفت فناوري ارتباطات و اينترنت موجب شده است كه تاخير يك ارتباط VOIP كه در گذشته‌اي نه چندان دور به بيش از 6000 ميلي ثانيه مي‌رسيد و در عمل ادامه مكالمه را ناممكن مي‌ساخت به حد مطلوب 100 ميلي ثانيه برسد.
به منظور مقابله با تاخير صداي احتمالي كه به هر دليل و از جمله ترافيك بالاي شبكه ارتباطي ايجاد مي‌شود، تدابير واكنشي متعددي انديشيده شده است. در ارتباطاتي كه به صورت متقابل (interactive) هستند، بسته‌هاي صدايي كه خراب مي‌شوند دوباره ارسال نمي‌شوند. اين كار باعث افت كيفيت صدا مي‌شود در حالي كه تاخير را نامحسوس مي‌سازد. بنابراين در اين گونه ارتباطات به طور معمول از پروتكلUDP در لايه ارسال استفاده مي‌شود. در حالي ارسال صدا به صورت offline انجام گيرد، اين بسته‌ها دوباره ارسال مي‌شوند تا بهترين كيفيت ممكن حاصل شود. در اين موارد پروتكل TCP در لايه ارسال بهترين انتخاب است.
اصلاح خطا به صورت FEC (Forward Error Correction) يكي ديگر از تدابيري است كه در هنگام خرابي بسته‌ها و براي جلوگيري از تاخير صدا و افت كيفيت آن انديشيده مي‌شود. به اين ترتيب، وسيله دريافت كننده صدا داراي اين قابليت است كه در صورت خرابي بسته‌ها، آنها را اصلاح و بازسازي كند. اين كار كه هزينه سخت‌افزاري بالاتري مي‌طلبد و نياز به اطلاعات جانبي و مكملي دارد كه كار شناسايي و اصلاح خطا را ميسر مي‌سازد. اين اطلاعات در همان بسته VOIP جاي مي‌گيرند و البته حجم بسته و ترافيك شبكه را افزايش مي دهند!
شناسايي صدا(Voice Activity Detection كه از صورت مخفف آن به نام VAD استفاده مي شود) و به دنبال آن، شلوغي آرامش بخش (Comfort Noise) از ديگر تدابير هوشمندانه در زمينه كاهش ترافيك شبكه هستند.
در سيستم هاي معمولي تلفني و از جمله VOIP همواره از هر يك از دو دستگاه برقرار كننده ارتباط كار نمونه‌برداري صدا و ارسال انجام مي‌شود. حال چه كسي در حال صحبت كردن باشد و يا نباشد. در نظر داشته باشيد كه در يك مكالمه معمولي تلفني در هر زمان تنها يكي از طرفين در حال صحبت هستند و فرد ديگر در حال شنيدن است. به علاوه زمان نهايي نيز وجود دارد كه هيچ يك از طرفين صحبت نمي‌كنند و براي مثال به موضوع خاصي فكر مي‌كنند. حال اگر بتوانيم كاري كنيم كه هر يك از دو دستگاه ارسال كننده صدا تنها زماني اقدام به اين كار كنند كه صدايي با ارزش در محيط وجود داشته باشد، به مقدار زيادي ترافيك شبكه را كاهش داده‌ايم. همين ايده‌ي ساده در بسياري از گوشی های VOIP موجب اضافه شدن وسيله‌اي به نام VAD (Voice Activity Detector) شده است. كار اين وسيله تشخيص صدا در محيط و تعيين فرستادن يا نفرستادن آن است.
با به كار گيري VAD در گوشي‌هاي VOIP اين مشكل پيش آمد كه همواره فرد مقابل كه در زماني هيچ گونه صدايي را نمي‌شنيد احساس كند كه مكالمه قطع شده است. به منظور رفع چنين مشكلاتي يك تدبير هوشمندانه ديگر انديشيده شد كه به شلوغي آرامش بخش معروف است. با استفاده از اين تكنيك، همواره در صورت ارسال نشدن صدا از فرستنده، صدايي شبيه به برفك (به صورت آن چه معمولا در هنگام مكالمه تلفني شنيده مي‌شود) در گوشي دريافت كننده شنيده مي‌شود كه او از ادامه برقراري ارتباط مطلع مي سازد.