Zastosowanie technologii Voice over IP umożliwia realizację rozmów telefonicznych znacznie lepszej jakości niż w przypadku połączeń na liniach analogowych.

Voice over IP jest najmłodszą technologią przesyłania głosu w sieciach komputerowych. Starsze - Voice over ATM i Frame Relay - pracujące w niższej warstwie modelu OSI są już stosowane w Polsce. Voice over IP nie doczekała się na razie wdrożenia na większą skalę.

Można zaczynać

Przed kilkoma laty żadne przedsiębiorstwo nie traktowało poważnie idei przesyłania głosu w sieciach IP. Brakowało technologii, która nie tylko pozwalałaby tak "upakować" głos, by możliwe było przesłanie go działającymi wolno łączami sieciowymi, ale też zapewniałyby stałą jakość transmisji podczas rozmowy. Ograniczenia zostały pokonane. W parze z rozwojem technologii idzie spadek cen procesorów DSP, niezbędnych do przetwarzania głosu.

Standardowo głos przesyłany siecią telefoniczną wymaga pasma o przepustowości 64 Kb/s, jeśli zamieniony zostanie na postać cyfrową PCM (próbkowany jest z częstotliwością 8000 Hz, a każda próbka składa się z 8 bitów). Trudno jednak wymagać, by sieć IP zarezerwowała tak duże pasmo na potrzeby każdej rozmowy. Opracowano więc modyfikację standardu PCM o znacznie mniejszych wymaganiach. Standard Adaptive Differential PCM (ADPCM) różni się od PCM metodą pomiaru. Zamiast chwilowej amplitudy mierzona jest jej zmiana w stosunku do poprzedniej próbki. Dzięki temu do opisu każdej próbki wykorzystywane są 4 lub 2 bity (wymagana przepustowość zmniejsza się więc do 32 lub 16 Kb/s). Zredukowanie zapisu zmian amplitudy do 2 bitów powoduje jednak istotne obniżenie jakości rozmowy.

ADPCM nie może także w inteligentny sposób kompresować dźwięku, usuwając np. z ciągu przesyłanych danych przerw w rozmowie.

Rozwiązaniem problemu okazała się kompresja oparta na algorytmie LPC (Linear Predictive Code), który optymalizuje ilość przesyłanych informacji poprzez wykorzystywanie powtarzających się elementów w sposobie mówienia danej osoby. Na podstawie LPC powstały standardy LD CELP (G.728), CS-ACELP (G.729) i G.723.1. Przepustowość niezbędną do przeprowadzenia rozmowy telefonicznej udało się zmniejszyć do 8 Kb/s bez słyszalnej straty jakości.

Głos w sieci

Jednak aby możliwa była realizacja transmisji na wymaganym poziomie, konieczne jest zapewnienie dostępności pasma niezbędnego do przeprowadzenia rozmowy i małe opóźnienie w przesyłaniu pakietów (powinno utrzymywać się ono na stałym poziomie i nie przekraczać 200 ms). Transmisja realizowana jest w bezpołączeniowym trybie przesyłania pakietów (UDP). Zakodowany głos dzieli się na 20-bajtowe pakiety, z których każdy oznaczany jest indywidualnym znacznikiem czasu (time stamp). Odczytując te znaczniki, urządzenia sieciowe kontrolują kolejność pakietów i przesunięcia transmisji między nimi.

Protokół UDP bardziej nadaje się do przesyłania głosu niż tradycyjny TCP, który przeprowadza kontrolę poprawności przesłania danych i po stwierdzeniu rozbieżności, ponownie transmituje źle przesłane pakiety. W przypadku przesyłania głosu oznaczałoby to dodatkowe opóźnienia, znacznie bardziej kłopotliwe niż utrata pojedynczych pakietów (tak jak może zdarzyć się w UDP).

Niezbędnym elementem infrastruktury Voice over IP są urządzenia sieciowe obsługujące protokoły, umożliwiające rezerwację określonego pasma na czas przesyłania rozmów telefonicznych. W przypadku sieci opartych na protokole IP urządzeniami takimi są routery obsługujące protokół rezerwacji zasobów RSVP (Resource Resevation Protocol) i protokół WFQ (Weighted Fair Queuing).

Routery zestawiające połączenia telefoniczne komunikują się ze sobą za pośrednictwem protokołu Q.921. Za komunikację z podłączonym do routera telefonem bądź centralą telefoniczną odpowiada specjalny agent H.323, który komunikuje się z procesorem DSP routera.