Παρόλο που το πρωτόκολλο δικτύωσης TCP/IP υπάρχει εδώ και πάρα πολλά χρόνια, χρειάστηκε να περάσει αρκετό χρονικό διάστημα ώστε αυτό να αξιοποιηθεί για τη μετάδοση φωνής. Κυριότερη αιτία ήταν οι χαμηλές ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων, που μέχρι πρόσφατα δεν κάλυπταν τις υψηλές απαιτήσεις που είχε σε bandwidth η ηχητική πληροφορία. Ωστόσο με τη συνεχή εξέλιξη των γραμμών αλλά και τις νέες μεθόδους συμπίεσης δεδομένων που άρχισαν να εφαρμόζονται, δημιουργήθηκε το κατάλληλο έδαφος για την υλοποίηση της τηλεφωνίας μέσω TCP/IP.
Τι είναι;
Η τεχνολογία Voice over IP χρησιμοποιεί ως βάση της το πρωτόκολλο TCP/IP. Τα αρχικά του προέρχονται από τις λέξεις Transmission Control Protocol/Internet Protocol, ή σε ελεύθερη μετάφραση στα ελληνικά: πρωτόκολλο ελέγχου αποστολής δεδομένων/πρωτόκολλο διαδικτύου.
Είναι το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται από όλα τα τοπικά, αλλά και ευρύτερα δίκτυα ηλεκτρονικών υπολογιστών καθώς και από το Internet για τον έλεγχο της σωστής διακίνησης των δεδομένων. Δύο είναι τα σημαντικότερα πλεονεκτήματά του TCP/IP:
1) Επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων από και προς πολλούς παραλήπτες μέσα από μια κοινή γραμμή. Έτσι για παράδειγμα μια εταιρεία έχει μια κοινή γραμμή σύνδεσης με το Internet, από την οποία εξυπηρετούνται όλοι οι εργαζόμενοί της,
2) Εφαρμόζει μια σειρά ελέγχων που εξασφαλίζουν ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στον σωστό προορισμό και χωρίς να έχουν υποστεί αλλοιώσεις. Για το λόγο αυτό δεν υπάρχει ποτέ περίπτωση τα δεδομένα που «κατεβάζουμε» μέσω Internet να φθάσουν σε άλλο υπολογιστή ή ένα αρχείο να καταστραφεί κατά τη μεταφορά του.
Η ιδέα της χρήσης του TCP/IP για τη μετάδοση φωνητικής πληροφορίας, παλαιότερα έμοιαζε με άπιαστο όνειρο, καθώς οι ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων μεταξύ των δικτύων ήταν πολύ χαμηλοί, ενώ αντίθετα η μετάδοση ήχου ήταν ιδιαίτερα απαιτητική σε ταχύτητες. Σήμερα όμως τα πράγματα έχουν αλλάξει ριζικά. Οι συνδέσεις γίνονται όλο και γρηγορότερες, επιτρέποντας την ποιοτική μετάδοση ήχου ή ακόμα και εικόνας σε πραγματικό χρόνο (εικόνα και ήχος ροής ή audio/video streaming). Παράλληλα, ανακαλύφθηκε ότι η κυματομορφή της ανθρώπινης φωνής μπορεί να συμπιεστεί σε πολύ μεγάλο ποσοστό, χωρίς να υποστεί σχεδόν καμία απώλεια όσον αφορά την ποιότητα και τη χροιά. Έτσι, μετά την αύξηση της χωρητικότητας των γραμμών, ήρθε και η μείωση των απαιτήσεων μιας φωνητικής συνομιλίας σε bandwidth, να κάνει ακόμα πιο προσιτή και εύκολη τη χρήση του TCP/IP για τη διεξαγωγή τηλεφωνικών κλήσεων.
Πλεονεκτήματα
Η τεχνολογία Voice over IP προσφέρει τα πλεονεκτήματά της τόσο στους παρόχους σταθερής τηλεφωνίας, όσο και στους απλούς συνδρομητές. Οι εταιρείες σταθερής τηλεφωνίας τώρα διαθέτουν πολύ υψηλότερη χωρητικότητα δικτύου, έχοντας την ευχέρεια έτσι να εξυπηρετήσουν περισσότερους συνδρομητές με μικρότερο κόστος. Μέσα από μια γραμμή μπορούν να μεταβιβάζονται τα δεδομένα πολλών τηλεφωνικών κλήσεων. Αντίθετα, χωρίς το Voice over IP, κάθε τηλεφωνική γραμμή μπορούσε να φέρει σε πέρας μόνο μια συνομιλία. Έπρεπε δηλαδή κάθε συνδρομητής να διαθέτει μια αποκλειστική γραμμή που συνδέει τον χώρο του με το τηλεφωνικό κέντρο του παρόχου του. Το Voice over IP επιτρέπει τη χρήση μιας γραμμής υψηλής ταχύτητας δεδομένων ώστε να εξυπηρετηθούν οι συνδρομητές μιας ολόκληρης περιοχής. Τα δεδομένα διαφορετικών συνομιλιών δεν υπάρχει καμία περίπτωση να αναμιχθούν μεταξύ τους, κάτι για το οποίο μεριμνεί το πρωτόκολλο TCP/IP .
Στο PSTN δίκτυο σταθερής τηλεφωνίας, μια γραμμή παραμένει μόνιμα κατειλημμένη ακόμα και τα δευτερόλεπτα εκείνα που δεν μεταδίδεται φωνή. Αντίθετα, με το Voice over IP καταναλώνονται πόροι από το δίκτυο, ή bandwidth, όπως συνηθίζουμε να λέμε, μόνο κατά τις στιγμές που μεταδίδεται φωνή. Αυτό εξασφαλίζει καλύτερη αξιοποίηση των γραμμών, μικρότερο φόρτο αλλά και κόστος.
Οι επιχειρήσεις, μπορούν με τη σειρά τους να επωφεληθούν από το γεγονός ότι μια γραμμή δεδομένων μπορεί να μεταφέρει και το σήμα τηλεφωνικής συνομιλίας. Αν κάποια εταιρεία διαθέτει πολλά παραρτήματα, καθένα εκ των οποίων χρησιμοποιεί μια μισθωμένη γραμμή Internet ή Intranet, αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τη μετάδοση φωνής. Γίνεται έτσι περιττή η χρήση μιας γραμμής του δημόσιου σταθερού τηλεφωνικού δικτύου και αποφεύγεται η χρονοχρέωση των συνομιλιών.
Άλλο ένα πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα παροχής νέων υπηρεσιών, προστιθέμενης ή μη αξίας, από τα δίκτυα σταθερής τηλεφωνίας προς τους συνδρομητές. Υπηρεσίες όπως η βίντεο-τηλεφωνία ή η αποστολή αρχείων από τον ένα συνομιλητή προς τον άλλο κατά τη διάρκεια της κλήσης, όπως επίσης και η τηλεδιάσκεψη μεταξύ απεριόριστου αριθμού ατόμων, είναι μόνο κάποιες από τις νέες ευκολίες που μπορεί να προσφέρει η τεχνολογία Voice over IP. Επίσης υπηρεσίες unified messaging μπορούν να υλοποιηθούν με ιδιαίτερα απλό τρόπο, επιτρέποντας έτσι τη συμβατότητα μεταξύ διαφορετικών μορφών μηνυμάτων. Για παράδειγμα, θα είναι εφικτή ακόμα και η ακρόαση του κειμένου ενός e-mail, δηλαδή η μετατροπή του σε φωνητικό μήνυμα που θα «ταξιδεύει» μέσω της τηλεφωνίας Voice over IP.
Έμμεσο πλεονέκτημα μπορούν να αποκομίσουν και οι απλοί ιδιώτες. Το μικρότερο κόστος που έχουν οι γραμμές μεταφοράς δεδομένων για τους παρόχους σταθερής τηλεφωνίας, θα επιτρέψουν την προσφορά υπηρεσιών με χαμηλότερο κόστος, κάτι που φυσικά θα ωφελήσει τον απλό ιδιώτη, περισσότερο από οποιονδήποτε άλλο.
Αδύνατα σημεία
Κατά τη χρήση του Internet Protocol για τη μετάδοση δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών ενός τοπικού δικτύου ή του Internet, εφαρμόζονται όλοι οι απαραίτητοι έλεγχοι και διορθώσεις που εξασφαλίζουν ότι τα δεδομένα θα φθάσουν σωστά στον προορισμό τους. Αν κάποιο πακέτο δεδομένων χαθεί ή αλλοιωθεί, ο υπολογιστής-προορισμός «ζητά» από το απομακρυσμένο σύστημα να του το αποστείλει ξανά. Έχουμε δηλαδή ένα retransmission, με τη γλώσσα της τεχνικής ορολογίας. Αυτό απαιτεί κάποιο επιπλέον χρόνο, που ξεκινά από λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου και μπορεί να φθάσει και τα 1 ή 2 δευτερόλεπτα, αν η ποιότητα της γραμμής δεδομένων είναι κακή και απαιτούνται πολλά retransmissions.
Όταν πρόκειται για το «κατέβασμα» κάποιου αρχείου μέσω TCP/IP, η καθυστέρηση μισού, 1 ή και 2 δευτερολέπτων πιθανότατα δεν θα μας ενοχλήσει ιδιαίτερα. Δεν ισχύει όμως το ίδιο και για μια τηλεφωνική κλήση. Σφάλματα στη μετάδοση κάποιων πακέτων δεδομένων θα έχουν σαν αποτέλεσμα ορισμένα μικρά τμήματα της φωνής του συνομιλητή να φθάνουν σε εμάς μερικά δευτερόλεπτα αργότερα, οπότε θα έχουμε την εντύπωση των διακοπών και των αλλοιώσεων. Επίσης αν υπάρχει μεγάλη γενική καθυστέρηση (ping, lag ή latecy, όπως ονομάζεται) στη μετάβαση όλων των δεδομένων από το ένα άκρο στο άλλο, ενδέχεται να υπάρχει σοβαρό πρόβλημα στη συνεννόηση, καθώς θα ακούμε όλα τα λεγόμενα του συνομιλητή μας με διαφορά δευτερολέπτων.
Ο κυριότερος πάντως παράγοντας που εξασφαλίζει την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων είναι το bandwidth των δικτύων. Με την συνεχή αναβάθμιση της χωρητικότητας των γραμμών, πλέον δεν υφίσταται θέμα διακοπών ή χαμηλής ποιότητας στην επικοινωνία.
Άλλο ένα θέμα που αναδεικνύεται ως ιδιαίτερα σημαντικό είναι αυτό που αφορά την ασφάλεια. Στη σταθερή τηλεφωνία PSTN, κάθε αριθμός τηλεφώνου βρίσκεται μόνιμα στο ίδιο σημείο, επομένως δεν τίθεται θέμα προβλημάτων όσον αφορά τον εντοπισμό του συνδρομητή. Στην τηλεφωνία over IP όμως δεν υπάρχουν αριθμοί τηλεφώνου αλλά μόνο διευθύνσεις IP. Η δυνατότητα χρήσης της ίδιας IP διεύθυνσης από διαφορετικά σημεία του δικτύου, αποτρέπει τον εύκολο εντοπισμό του καλούντος αν αυτό χρειαστεί. Για το λόγο αυτό έχει αποφασιστεί η δημιουργία ενός συστήματος που θα καταχωρεί ανά πάσα στιγμή τη θέση ενός συνδρομητή στο δίκτυο, ανάλογα με τον κόμβο από τον οποίο συνδέθηκε. Θα πρόκειται δηλαδή για μια δικλείδα ασφαλείας αντίστοιχη με αυτή της κινητής τηλεφωνίας, όπου, εφόσον αυτό κριθεί απαραίτητο, μπορεί ανά πάσα στιγμή να εντοπιστεί η θέση ενός συνδρομητή, ανάλογα με τον σταθμό βάσης του δικτύου στον οποίο είναι συνδεμένος.
Τρόπος λειτουργίας
Οι πρωταρχικές λειτουργίες που εκτελεί ένα δίκτυο Voice over IP είναι οι εξής:
1. Σηματοδότηση
Είναι μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες, καθώς πρόκειται ουσιαστικά για τον συντονισμό και σωστή συνεργασία όλων των μερών του δικτύου για την πραγματοποίηση μιας κλήσης. Τον ρόλο της σηματοδότησης αναλαμβάνει ειδικός εξοπλισμός που λέγεται Gatekeeper.
2. Διαχείριση αριθμών και συνδρομητικών στοιχείων
Η διαχείριση της αριθμοδότησης αναλαμβάνει την καταχώρηση των αριθμών των συνδρομητών, οι οποίοι στην περίπτωση της τηλεφωνίας μέσω IP είναι ειδικές διευθύνσεις δικτύου, γνωστές σαν IP addresses. Το ίδιο τμήμα αναλαμβάνει επίσης τη σύνδεση ενός αναλογικού δικτύου PSTN με ένα δίκτυο Voice over IP, κάνοντας τις απαραίτητες μετατροπές, ώστε να είναι εφικτή η επικοινωνία μεταξύ των συνδρομητών τους. Ο εξοπλισμός που αναλαμβάνει τη διασύνδεση και την κατάλληλη μετατροπή των πληροφοριών μεταξύ διαφορετικών δικτύων και πρωτοκόλλων ονομάζεται Gateway.
3. Δρομολόγηση κλήσεων
Το τμήμα διαχείρισης κλήσεων έχει σαν κύριο σκοπό τον έλεγχο της έναρξης και του τερματισμού της επικοινωνίας μεταξύ των συνδρομητών. Όταν μια κλήση τερματίζεται, απελευθερώνονται και οι ανάλογοι πόροι του δικτύου, ώστε να γίνουν αξιοποιήσιμοι από άλλους συνδρομητές που ίσως τους χρειαστούν. Παρόλο που αρχικά κάθε κατασκευαστής παρουσίαζε τη δική του αρχιτεκτονική δίκτύου όσον αφορά την πραγματοποίηση των κλήσεων, το τελευταίο διάστημα κάθε δίκτυο Voice over IP τείνει να ακολουθήσει τα standards H.323 και SIP, που έχουν σχεδιαστεί από τον ITU και τον IETF αντίστοιχα. Αυτό εξασφαλίζει συμβατότητες μεταξύ διαφορετικών δικτύων, αλλά και συσκευών τηλεφωνίας IP.
4. Κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση
Η κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση της φωνής εξασφαλίζει τις απαραίτητες μετατροπές που πρέπει να εφαρμοστούν στα –αναλογικής μορφής- ηχητικά κύματα, ώστε αυτά να μεταφερθούν μέσα από το ψηφιακό δίκτυο IP. Τη λειτουργία της μετατροπής του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό αναλαμβάνει ένα κύκλωμα που λέγεται encoder, ενώ την ακριβώς αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή την επαναφορά του σε αναλογική μορφή κατανοητή από τον συνομιλητή μας, αναλαμβάνει ο decoder. Ο encoder και ο decoder ονομάζονται, χάριν συντομίας με μία λέξη codec. Εκτός από την ψηφιοποίηση και από-ψηφιοποίηση του σήματος, ο codec συχνά εφαρμόζει και μια συμπίεση των πληροφοριών, ώστε να εξοικονομηθούν σημαντικοί πόροι του δικτύου. Είναι χαρακτηριστικό ότι αν το σήμα παρέμενε ασυμπίεστο, θα απατούνταν γραμμές αρκετών Mbps για την αποπεράτωση μίας και μόνο συνομιλίας. Αντίθετα, χάρη στη συμπίεση, η ανθρώπινη φωνή μπορεί να μεταφερθεί και από μια γραμμή δεδομένων ταχύτητας λίγων Kbps χωρίς καμία αλλοίωση της ποιότητας και κυρίως χωρίς διακοπές.
Εφαρμογές
Μια επικοινωνία Voice over IP μπορεί να πραγματοποιηθεί ακόμα και με την εγκατάσταση ειδικού software σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Υπάρχουν ήδη κάποιες αξιόλογες προτάσεις λογισμικού, από τις οποίες ξεχωρίζει ιδιαίτερα το Skype (
www.skype.com).
Πρόκειται για μια δωρεάν εφαρμογή, μέσω της οποίας είναι εφικτή τόσο η επικοινωνία με φωνή μέσω χρηστών που χρησιμοποιούν το ίδιο πρόγραμμα, όσο και η πραγματοποίηση τηλεφωνικών κλήσεων προς σταθερά τηλέφωνα.
Η χρήση τέτοιων εφαρμογών έχει σαφή πλεονεκτήματα για τους κατόχους φορητών ηλεκτρονικών υπολογιστών, καθώς τους επιτρέπει να χρησιμοποιούν τον υπολογιστή τους και ως τηλέφωνο από οπουδήποτε υπάρχει μια σύνδεση με το Internet.
Τι επιφυλάσσει το μέλλον;
Η τεχνολογία εξελίσσεται συνεχώς, επομένως δεν θα μπορούσε και το Voice over IP να σταματήσει να αναπτύσσεται. Οι ακόμα υψηλότερες ταχύτητες του πολύ κοντινού μέλλοντος θα μας επιτρέψουν να μιλάμε για Video over IP, δηλαδή για την πραγματοποίηση βίντεο-συνομιλίας σε αξεπέραστη ποιότητα, χωρίς την παραμικρή διακοπή. Ήδη η τρίτη γενιά κινητής τηλεφωνίας που επιτρέπει, έστω και με χαμηλή ποιότητα προς το παρόν, την πραγματοποίηση video calls βασίζεται στο πρωτόκολλο Internet, δηλαδή στο IP. Σύντομα θα δούμε κάτι αντίστοιχο και στη σταθερή τηλεφωνία.
