VoIPのしくみ

これはどのように役立ちますか？VoIPは、標準のインターネット接続を無料の電話をかける方法に変えることができます。これの実際的な結果は、インターネット電話をかけるために利用できる無料のVoIPソフトウェアのいくつかを使用することによって、電話会社（およびその料金）を完全にバイパスしているということです。

VoIPは、世界の電話システムを完全に作り直す可能性を秘めた革新的なテクノロジーです。VonageのようなVoIPプロバイダーはすでにしばらく前から存在しており、着実に成長しています。AT＆Tのような主要な通信事業者はすでに米国中のいくつかの市場でVoIP通話計画を立てており、FCCはVoIPサービスの潜在的な影響を真剣に検討しています。

何よりも、VoIPは基本的に巧妙な「車輪の再発明」です。この記事では、VoIPの背後にある原則、そのアプリケーション、およびこの新しいテクノロジーの可能性について説明します。この新しいテクノロジーは、いつの日か従来の電話システムに完全に取って代わる可能性があります。

VoIPの興味深い点は、電話をかける方法が1つだけではないことです。今日一般的に使用されているVoIPサービスには3つの異なる「フレーバー」があります。

VoIPの試用に興味がある場合は、インターネットで入手できる無料のVoIPソフトウェアのいくつかをチェックする必要があります。約3〜5分でダウンロードしてセットアップできるはずです。友人にソフトウェアをダウンロードしてもらうと、VoIPをいじって、その動作を実感できます。

次に、VoIPがどのように使用されているかを正確に見ていきます。

コンテンツ

1. VoIPの使用
2. VoIP：回線交換
3. VoIP：パケット交換
4. VoIPを使用する利点
5. VoIPを使用することのデメリット
6. VoIP：コーデック
7. VoIP：ソフトスイッチとプロトコル
8. VoIP通話の監視
9. VoIP携帯電話
10. アマチュア無線でのVoIPの使用

長距離電話をかけるときはいつでも、すでにVoIP通話を発信している可能性があります。電話会社はVoIPを使用してネットワークを合理化します。回線交換を介してIPゲートウェイに何千もの電話をルーティングすることにより、長期にわたって使用している帯域幅を大幅に削減できます。コールがコールの反対側のゲートウェイによって受信されると、それは解凍され、再アセンブルされて、ローカル回線交換にルーティングされます。

しばらく時間がかかりますが、最終的には現在の回線交換ネットワークのすべてがパケット交換技術に置き換えられることを確信できます（パケット交換と回線交換については後で詳しく説明します）。 IPテレフォニーは、経済性とインフラストラクチャの両方の要件の観点から、理にかなっています。ますます多くの企業がVoIPシステムをインストールしており、このテクノロジーは私たちの家に普及するにつれて人気が高まり続けています。おそらく、切り替えを行っているホームユーザーにとってVoIPの最大の魅力は、価格と柔軟性です。

VoIPを使用すると、ブロードバンド接続があればどこからでも電話をかけることができます。 IP電話またはATAはインターネットを介して情報をブロードキャストするため、接続があればどこでもプロバイダーが管理できます。そのため、ビジネス旅行者は旅行に携帯電話やATAを持ち歩き、いつでも自宅の電話にアクセスできます。別の選択肢はソフトフォンです。ソフトフォンは、VoIPサービスをデスクトップまたはラップトップにロードするクライアントソフトウェアです。 Vonageソフトフォンの画面には、従来の電話のようなインターフェイスがあります。ヘッドセット/マイクがあれば、ブロードバンド接続された世界のどこからでもラップトップから電話をかけることができます。

ほとんどのVoIP企業は、月額わずか30ドルで携帯電話の請求書のように構成された分料金プランを提供しています。ハイエンドでは、79ドルで無制限のプランを提供するものもあります。規制されていない料金とこれらのプランに含まれている一連の無料機能を排除することで、かなりの節約になる可能性があります。

ほとんどのVoIP企業は、通常の電話会社がサービスプランに追加されたときに追加料金を請求する機能を提供しています。VoIPには次のものが含まれます。

一部の通信事業者から利用できる高度なコールフィルタリングオプションもあります。これらの機能は、発信者ID情報を使用して、特定の番号からの通話の処理方法を選択できるようにします。あなたはできる：

多くのVoIPサービスでは、Web経由で音声メールをチェックしたり、コンピューターまたはハンドヘルドに送信される電子メールにメッセージを添付したりすることもできます。すべてのVoIPサービスが上記のすべての機能を提供するわけではありません。価格やサービスはさまざまなので、興味があればちょっと買い物をするのが一番です。

一般的な意味でVoIPについて説明したので、システムを機能させるコンポーネントについて詳しく見ていきましょう。VoIPが実際にどのように機能するのか、そしてなぜそれが従来の電話システムよりも改善されているのかを理解するには、まず従来の電話システムがどのように機能するのかを理解することが役立ちます。

既存の電話システムは、回線交換と呼ばれる、非常に信頼性が高いが、通話を接続するためのやや非効率的な方法によって駆動されます。

回線交換は、100年以上にわたって電話網で使用されてきた非常に基本的な概念です。2者間で通話が行われると、通話中は接続が維持されます。両方向に2点を接続しているため、この接続は回路と呼ばれます。これは、公衆交換電話網（PSTN）の基盤です。

一般的な電話の仕組みは次のとおりです。

あなたが10分間話しているとしましょう。この間、回線は2台の電話間で継続的に開いています。初期の電話システムでは、1960年頃まで、すべての通話には、通話中に通話の一方の端からもう一方の端まで伸びる専用のワイヤが必要でした。したがって、ニューヨークにいてロサンゼルスに電話をかけたい場合は、ニューヨークとロサンゼルスの間のスイッチで、米国全土の銅線を接続します。あなたは完全な10分間のあなたの呼び出しのためだけにそれらすべてのワイヤーを使うでしょう。あなたは実際に長さ3,000マイルの銅線を10分間所有していたので、電話に多額のお金を払いました。

今日の従来の電話ネットワークを介した電話での会話は、いくらか効率的であり、コストもはるかに低くなります。あなたの声はデジタル化され、あなたの声は他の何千ものものと一緒に、旅の大部分で単一の光ファイバーケーブルに組み合わせることができます（ただし、あなたの家にはまだ専用の銅線が入っています）。これらの通話は、各方向に64キロビット/秒（Kbps）の固定速度で送信され、合計伝送速度は128Kbpsになります。キロバイト（KB）には8キロビット（Kb）があるため、これは、回路が開いている1秒あたり16 KBの送信、および開いている1分あたり960KBの送信に相当します。 10分間の会話では、合計送信量は9,600 KBで、これはおよそ10メガバイトに相当します（ビットとバイトのしくみを確認してください）。これらの変換について学ぶために）。典型的な電話での会話を見ると、この送信されたデータの多くは無駄になっています。

次に、パケット交換について説明します。

パケット交換電話ネットワークは、回線交換の代替手段です。これは次のように機能します。あなたが話している間、相手は聞いています。つまり、接続の半分だけが常に使用されています。これに基づいて、効率を上げるために、ファイルを半分に、約4.7MBに削減できると推測できます。さらに、ほとんどの会話のかなりの時間はデッドエアです-一度に数秒間、どちらの当事者も話していません。これらのサイレント間隔を削除できれば、ファイルはさらに小さくなります。次に、バイトの連続ストリーム（サイレントとノイズの両方）を送信する代わりに、作成時にノイズの多いバイトのパケットのみを送信した場合はどうなりますか？

データネットワークは回線交換を使用しません。いつでも表示しているWebページへの接続を維持していると、インターネット接続は非常に遅くなります。代わりに、データネットワークは必要に応じてデータを送受信するだけです。また、専用回線を介してデータをルーティングする代わりに、データパケットは無秩序なネットワークを数千の可能なパスに沿って流れます。これはパケット交換と呼ばれます。

回線交換は接続を開いたまま一定に保ちますが、パケット交換は短い接続を開きます。これは、パケットと呼ばれるデータの小さなチャンクをあるシステムから別のシステムに送信するのに十分な長さです。それはこのように動作します：

パケット交換は非常に効率的です。これにより、ネットワークは最も混雑が少なく最も安価な回線に沿ってパケットをルーティングできます。また、相互に通信している2台のコンピューターを解放して、他のコンピューターからの情報も受け入れることができるようにします。

次に、VoIPを使用する利点を見ていきます。

VoIPテクノロジーは、インターネットのパケット交換機能を使用して電話サービスを提供します。 VoIPには、回線交換に比べていくつかの利点があります。たとえば、パケット交換を使用すると、回線交換ネットワークで1つだけが占めるスペースを複数の電話で占有できます。 PSTNを使用すると、先ほど話した10分間の通話で、128Kbpsのコストで10分間の送信時間が消費されました。 VoIPを使用すると、同じ通話が64 Kbpsのコストでわずか3.5分の送信時間を占有し、その3.5分間にさらに64 Kbpsが解放され、残りの6.5分間にさらに128Kbpsが追加される可能性があります。この単純な見積もりに基づいて、従来のシステムでは1回の通話で使用されるスペースにさらに3〜4回の通話を簡単に収めることができます。そして、この例では、データ圧縮。これにより、各呼び出しのサイズがさらに削減されます。

あなたとあなたの友人の両方がVoIPプロバイダーを通じてサービスを提供しているとしましょう。どちらも、アナログ電話をサービス提供のATAに接続しています。その典型的な電話をもう一度見てみましょう。ただし、今回はパケット交換ネットワークを介してVoIPを使用します。

おそらく、パケット交換の最も魅力的な利点の1つは、データネットワークがすでにテクノロジーを理解していることです。このテクノロジーに移行することにより、電話網はコンピューターと同じようにすぐに通信できるようになります。

通信会社がVoIPに完全に切り替えることができるようになるまでにはまだ少なくとも10年はかかるでしょう。すべての新しいテクノロジーと同様に、克服しなければならない特定のハードルがあります。次のセクションでそれらを見ていきます。

現在の公衆交換電話網は、電話を配信するための堅牢でかなり防弾のシステムです。電話はうまく機能し、私たちは皆それに依存するようになりました。一方で、コンピューター、電子メール、その他の関連デバイスは、いまだに不安定です。それに直面しましょう-彼らの電子メールが30分間ダウンしたときに本当にパニックになる人はほとんどいません。それは時々期待されます。一方、30分間ダイヤルトーンが聞こえない場合、人々は簡単にパニックに陥る可能性があります。したがって、PSTNが効率に欠けている可能性があるのは、信頼性を補う以上のことです。しかし、インターネットを構成するネットワークははるかに複雑であるため、はるかに大きな許容誤差内で機能します。これがすべて合算すると、VoIPの主要な欠陥の1つである信頼性です。

いくつかの時間前に克服された障害の1つだっ変換お使いの携帯電話は、データのパケットに受信アナログ音声信号の。アナログオーディオがVoIP送信用のパケットに変換されるのはどうしてですか？答えはコーデックです。

コーデックは、コーダーデコーダーの略で、オーディオ信号を圧縮されたデジタル形式に変換して送信し、非圧縮のオーディオ信号に戻して再生します。それがVoIPの本質です。

コーデックは、オーディオ信号を1秒間に数千回サンプリングすることで変換を実行します。たとえば、G.711コーデックは1秒間に64,000回オーディオをサンプリングします。小さなサンプルをそれぞれデジタル化されたデータに変換し、圧縮して送信します。64,000のサンプルを再組み立てすると、各サンプル間で欠落しているオーディオの断片は非常に小さいため、人間の耳には、1秒の連続したオーディオ信号のように聞こえます。使用されているコーデックに応じて、VoIPにはさまざまなサンプリングレートがあります。

A G.729Aコーデックは、毎秒8000回のサンプリングレートを持っており、VoIPの中で最も一般的に使用されるコーデックです。

コーデックは、高度なアルゴリズムを使用して、オーディオデータのサンプリング、並べ替え、圧縮、およびパケット化を支援します。CS-ACELPアルゴリズム（CS-ACELP =共役構造代数符号励振線形予測）がVoIPの中で最も普及しているアルゴリズムの一つです。 CS-ACELPは、使用可能な帯域幅を整理して合理化します。付録BはCS-ACELPの側面であり、基本的に「誰も話していない場合はデータを送信しない」という送信ルールを作成します。このルールによって生み出される効率は、パケット交換が回線交換よりも優れている最大の方法の1つです。 VoIPコールのその側面を担当するのは、CS-ACELPアルゴリズムのAnnexBです。

コーデックはアルゴリズムと連携してすべてを変換およびソートしますが、データの送信先がわからないと役に立ちません。VoIPでは、そのタスクはソフトスイッチによって処理されます。

E.164は、北米番号計画（NANP）の標準に付けられた名前です。これは、電話ネットワークがダイヤルされた番号に基づいてコールをルーティングする場所を知るために使用する番号付けシステムです。電話番号は住所のようなものです。

スイッチは「313」を使用して、電話を市外局番の地域にルーティングします。「555」プレフィックスはコールをセントラルオフィスに送信し、ネットワークは特定の場所に関連付けられている最後の4桁を使用してコールをルーティングします。そのシステムに基づいて、世界のどこにいても、番号の組み合わせ「（313）555」は、どの電話が「1212」に関連付けられているかを認識するスイッチを備えた同じセントラルオフィスに常に配置されます。

VoIPの課題は、IPベースのネットワークがNANPに基づく電話番号を読み取らないことです。彼らは次のようなIPアドレスを探します。

IPアドレスは、コンピューター、ルーター、スイッチ、ゲートウェイ、電話など、ネットワーク上の特定のデバイスに対応します。ただし、IPアドレスは常に静的であるとは限りません。これらはネットワーク上のDHCPサーバーによって割り当てられ、新しい接続ごとに変更されます。VoIPの課題は、NANP電話番号をIPアドレスに変換してから、要求された番号の現在のIPアドレスを見つけることです。このマッピングプロセスは、ソフトスイッチを実行している中央処理装置によって処理されます。

中央呼プロセッサは、と呼ばれる特殊なデータベース/マッピングプログラム実行ハードウェアであるソフトスイッチ。ユーザーと電話またはコンピューターを1つのパッケージ（人と機械）と考えてください。そのパッケージはエンドポイントと呼ばれます。ソフトスイッチはエンドポイントを接続します。

ソフトスイッチは知っています：

次に、ソフトスイッチとプロトコルについて詳しく説明します。

ソフトスイッチには、ユーザーと電話番号のデータベースが含まれています。必要な情報がない場合は、要求に応答できるものが見つかるまで、要求を他のソフトスイッチにダウンストリームで渡します。ユーザーを見つけると、同様の一連のリクエストでそのユーザーに関連付けられているデバイスの現在のIPアドレスを見つけます。すべての関連情報をソフトフォンまたはIP電話に送り返し、2つのエンドポイント間でデータを交換できるようにします。

ソフトスイッチはネットワークデバイスと連携して動作し、VoIPを可能にします。これらすべてのデバイスが連携するには、同じ方法で通信する必要があります。この通信は、VoIPが普及するために洗練されなければならない最も重要な側面の1つです。 

プロトコル

これまで見てきたように、VoIP通話の両端には、ユーザーインターフェイスとして機能するアナログ、ソフト、またはIP電話、コーデックと連携してデジタルからアナログへの変換を処理するATAまたはクライアントソフトウェアの任意の組み合わせを使用できます。 、およびコールをマッピングするソフトスイッチ。これらの完全に異なるハードウェアとソフトウェアのすべてを効率的に通信して、これらすべてを実現するにはどうすればよいでしょうか。答えはプロトコルです。

現在VoIPに使用されているプロトコルはいくつかあります。これらのプロトコルは、コーデックなどのデバイスがVoIPを使用して相互に接続する方法とネットワークに接続する方法を定義します。また、オーディオコーデックの仕様も含まれています。最も広く使用されているプロトコルは、国際電気通信連合（ITU）によって作成された標準であるH.323です。H.323は、もともとビデオ会議用に設計された、包括的で非常に複雑なプロトコルです。リアルタイムのインタラクティブなビデオ会議、データ共有、VoIPなどのオーディオアプリケーションの仕様を提供します。実際には一連のプロトコルであるH.323には、特定のアプリケーション用に開発された多くの個別のプロトコルが組み込まれています。

H.323プロトコルスイート

ビデオ

オーディオ

データ

輸送

ご覧のとおり、H.323はプロトコルと仕様の大規模なコレクションです。それが、非常に多くのアプリケーションで使用できるようにするものです。H.323の問題は、VoIPに合わせて特別に調整されていないことです。

H.323に代わるものが、Session Initiation Protocol（SIP）の開発とともに登場しました。 SIPは、VoIPアプリケーション用に特別に開発された、より合理化されたプロトコルです。 SIPはH.323よりも小型で効率的であり、既存のプロトコルを利用してプロセスの特定の部分を処理します。メディアゲートウェイコントロールプロトコル（MGCP）は、エンドポイント制御に焦点を当てた3番目に一般的に使用されるVoIPプロトコルです。 MGCPは、キャッチホンなどの機能を対象としています。これらのプロトコルのアーキテクチャについて詳しくは、Protocols.com：Voice OverIPをご覧ください。

VoIPの世界的な使用が直面している課題の1つは、これら3つのプロトコルが常に互換性があるとは限らないことです。複数のネットワーク間を行き来するVoIP通話は、競合するプロトコルにぶつかると問題が発生する可能性があります。VoIPは比較的新しいテクノロジーであるため、この互換性の問題は、統治機関がVoIPの標準ユニバーサルプロトコルを作成するまで引き続き問題になります。

VoIPは、効率、コスト、柔軟性において、現在の電話システムを大幅に改善したものです。他の新しいテクノロジーと同様に、VoIPには克服すべきいくつかの課題がありますが、開発者が最終的に現在の電話システムに取って代わるまで、このテクノロジーを改良し続けることは明らかです。

VoIP規約

中央処理装置は、ソフトスイッチを実行するハードウェアの一部です。

VoIPには明確な長所と短所があります。 VoIPの最大の利点は価格であり、最大の欠点は通話品質です。 VoIP電話ネットワークを展開する企業、特に忙しいコールセンター（カスタマーサービス、テクニカルサポート、テレマーケティングなど）を運営する企業にとって、通話品質の問題は避けられず、受け入れられません。通話品質の問題を分析して修正するために、これらの企業のほとんどはVoIP通話監視と呼ばれる手法を使用しています。

品質監視（QM）とも呼ばれるVoIP通話監視は、ハードウェアおよびソフトウェアソリューションを使用して、VoIP電話ネットワークを介して行われる通話の全体的な品質をテスト、分析、および評価します[出典：ManageEngine ]。通話の監視は、企業の全体的なサービス品質（QoS）計画の重要な要素です。

通話監視ハードウェアとソフトウェアは、さまざまな数学的アルゴリズムを使用してVoIP通話の品質を測定し、スコアを生成します。最も一般的なスコアは平均オピニオン評点（MOS）と呼ばれます。MOSは1から5のスケールで測定されますが、4.4は技術的にVoIPネットワークで可能な最高のスコアです[出典：TestYourVoIP.com]。3.5以上のMOSは、「適切な呼び出し」と見なされます[出典：ManageEngine ]。

MOSを考案するために、通話監視ハードウェアとソフトウェアは、いくつかの異なる通話品質パラメータを分析します。最も一般的なものは次のとおりです。

コールモニタリングには、アクティブとパッシブの2種類があります。アクティブ（または主観的）な通話監視は、企業がVoIPネットワークを展開する前に行われます。アクティブな監視は、多くの場合、テスト目的でのみ会社のVoIPネットワークを使用する機器メーカーやネットワークスペシャリストによって行われます[出典：VoIPTroubleshooter.com ]。 VoIPネットワークが展開され、従業員がすでにシステムを使用している場合、アクティブなテストは実行できません。

パッシブコールモニタリングは、実際のユーザーが発信しているVoIPコールをリアルタイムで分析します[出典：VoIPTroubleshooter.com ]。パッシブコールモニタリングは、ネットワークトラフィックの問題、バッファの過負荷、およびネットワーク管理者がネットワークのダウンタイムで修正できるその他の不具合を検出できます。

通話監視のもう1つの方法は、後で分析するためにVoIP通話を録音することです。ただし、このタイプの分析は、実際のネットワークで何が起こっているかではなく、通話中に聞こえるものに限定されます。この種の監視は通常、コンピュータではなく人間によって行われ、品質保証と呼ばれます。

次に、携帯電話を使用してVoIP通話を行う方法について説明します。

デュアルモード携帯電話には、通常のセルラー無線とWi-Fi（802.11 b / g）無線の両方が含まれています。Wi-Fi無線により、携帯電話はワイヤレスルーターを介してワイヤレスインターネットネットワークに接続できます。自宅にワイヤレスインターネットルーターがある場合、またはワイヤレスインターネットにアクセスできるスターバックスに座っている場合は、携帯電話を使用してVoIP通話を行うことができます。仕組みは次のとおりです。

デュアルモード携帯電話に似ているのはWi-Fi電話です。Wi-Fi電話は、携帯電話ではなくWi-Fi無線のみを備えているため、技術的には携帯電話ではありません。Wi-Fi電話は携帯電話（小型で軽量の携帯電話）のように見えますが、ワイヤレスインターネットネットワークに接続している場合にのみ電話をかけることができます。つまり、すべてのWi-Fi通話はVoIP通話です。

Wi-Fi電話は、独自の広範なワイヤレスネットワークを備えた大企業やオフィスで役立ちます。そして、地方自治体のWi-Fiの市場が拡大する中で、次の大きなものになる可能性があります。[出典：Dr。Dobb'sPortal ]。あなたの街全体が高速無線ネットワークで覆われていると想像してみてください。つまり、どこに行っても安価な（無料ではないにしても）VoIP通話が可能です。

イギリスでは、Hutchinson 3G（または単に3）という会社が人気のVoIPサービスSkypeと提携して、3Skypephoneを導入しました。Skypephoneを使用すると、ユーザーは他のSkypeユーザーに無料で携帯電話をかけることができます。この電話は、Skype以外のユーザーに通常の料金で定期的に携帯電話をかけることもできます。仕組みは次のとおりです。

3 Skypephoneは、現在米国ではご利用いただけません。

アマチュア無線、またはアマチュア無線をインターネットの初期バージョンと考えてください。アマチュア無線愛好家は、電波塔、アンテナ、トランシーバーの世界的なネットワークを使用して、世界中の愛好家と、時には音声で、時にはモールス信号で通信することができます。

アマチュア無線は、電波が伝わる距離によって制限されます。世界の反対側に信号を送るには、計算されたタイミングと少し以上の運が必要です。たとえば、11年ごとに、太陽によって生成される黒点の数にピークがあり、電離層伝搬と呼ばれるものの強度が増加します[出典：International Solar Terrestrial PhysicsProgram ]。アマチュア無線家は、電離層に無線信号を高く跳ね返すことで、遠距離メッセージを送信できます。オフピークの年には、それははるかに困難です。

現在、アマチュア無線ファンはVoIPテクノロジーを使用して世界中のユーザーをリンクしています。仕組みは次のとおりです。アマチュア無線は常にFMリピーター、つまり自宅から無線ネットワークにアクセスするための基地局として機能する大きな電波塔に依存してきました。インターネットに接続されたPCをこれらのリピーターステーションに接続することにより、人々はVoIPを使用してリピーターと通信することができます。

いくつかのアマチュア無線ファンは、家庭用無線トランシーバーをインターネットに接続するのに役立つ特別なソフトウェアを開発しました。ユーザーは、アマチュア無線トランシーバーをPCサウンドカードに接続し、コンピューターソフトウェアを使用して、世界中で利用可能なリピーターステーションを検索できます[出典：ARRL ]。アマチュア無線ファンはもはや最寄りのリピーター局に限定されていません。インディアナ州に住んでいる場合は、モザンビークのリピーターステーションに電話して、地元のアマチュア無線愛好家とすぐにチャットできます。

実際のアマチュア無線がなくても、PCから直接他のアマチュア無線ユーザーと通信できるソフトウェアプログラムもあります[出典：ARRL ]。一部のアマチュア無線の純粋主義者はこのアマチュア無線とは呼ばないでしょうが、他の人はこの新しい技術がより多くの若者を趣味に引き込むことを望んでいます。

VoIP、アマチュア無線、および関連トピックの詳細については、次のリンクを確認してください。 

初版：2001年5月9日

VoIPとは何ですか？

ボイスオーバーIPはどのように機能しますか？

VoIPの費用はいくらですか？

VoIPを使用する利点は何ですか？

VoIPを使用することの欠点は何ですか？

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