کیفیت در VOIP

سیستم تلفنی، یک شبکه سوئیچینگ مداری (Circuit Switching ) است. بدین معنی که از طریق گره‌های شبکه، یک مسیر اختصاصی بین دو ایستگاه انتهایی برقرار می‌شود. در مقابل، شبکه‌ای مانند اینترنت از سوئیچینگ پاکتی (Packet Switching) استفاده می‌کند که روشی کاملا متفاوت با سوئیچینگ مداری دارد. در این نوع شبکه برای انتقال دیتا نیاز به یک مسیر اختصاصی نیست، بلکه دیتا به صورت دنباله‌ای از قطعات کوچک به نام پاکت (Packet)ارسال می‌شود . هر پاکت در طول شبکه از گرهی به گره دیگر ارسال می‌شود و در هر گره پاکت به طور کامل دریافت و ذخیره شده، سپس به گره‌های بعدی ارسال می‌شود. البته چگونگی هدایت و مسیریابی در گره‌های میانی، روش‌های مختلفی دارد که توضیح آنها در این نوشتار نمی‌گنجد.

شبکه تلفن با داده‌های آنالوگ (صوت ) سرو کار دارد. محدوده فرکانسی سیگنال تلفن ۰ تا ۴Khz می‌باشد که تقریبا محدوده فرکانسی صوت انسان را پوشش می‌دهد. البته برای انتقال صدا در بسیاری موارد، سیگنال آنالوگ تلفن را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند تا امکان انتقال آن با هزینه کمتر امکان‌پذیر باشد. ( برای مثال برای ارتباط بین مراکز تلفن در قسمتی به نام PCM، سیگنال دیجیتال به آنالوگ تبدیل شده، و در مرکز مقصد عکس این عمل انجام می‌شود و سیگنال آنالوگ دوباره به دست می‌آید) برای تبدیل سیگنال آنالوگ تلفنی به دیجیتال، مطابق با قضیه نایکوییست حداقل فرکانس ۸Khz نیاز است که با توجه به استاندارد نمونه‌برداری ۸ بیتی در هر بازه زمانی، برای انتقال هر خط آنالوگ تلفنی به ۶۴Kbps پهنای باند دیجیتال نیاز است. این پهنای باند حالت ایده‌آل و پایه انتقال دیجیتالی تلفن است. در حقیقت اکثر استانداردهای مخابراتی همچون E۱ و T۱ و حتی استانداردهای فیبر نوری STM۱ بر اساس تعداد کانال‌های ۶۴Kbps تعریف شده‌اند.

اما تخصیص ۶۴Kbps برای انتقال هر کانال صوتی هزینه بالایی می‌طلبد، مخصوصا زمانی که شبکه‌ای به اندازه کره زمین مدنظر طراحان باشد. با پیشرفت تکنولوژی به خصوص در زمینه کامپیوتر، راه‌حل‌های جدید برای کم‌کردن هزینه ارتباط مطرح شد که برخی از این راه‌حل‌ها منجر به پایین آوردن پهنای باند مورد نیاز انتفال تلفنی می‌شدند.

مهم‌ترین راه‌حل، استفاده از الگوریتم‌های فشرده‌سازی خاص و حذف بعضی از سیگنال‌های زاید از داده دیجیتال می‌باشد. برای مثال در اکثر ارتباطات تلفنی، یکی از طرفین، شنونده ودیگری گوینده است. در ارتباط کلاسیک تلفنی، در این حالت کانال اشغال می‌شود هرچند داده‌ای منتقل نمی‌شود. می‌توان با استفاده از الگوریتم‌های خاص، سکوت یک طرف را تشخیص داد و به جای ارسال کامل داده و اشغال شدن کامل پهنای باند، داده‌ای به معنی سکوت را به گیرنده ارسال کرد و تا زمانی که سکوت در یک طرف برقرار است، داده‌ای منتقل نکرد. اهمیت این الگوریتم بخصوص در ارتباطات رادیویی (مانند سیستم تلفنی موبایل) بسیار با اهمیت می‌شود، چرا که با توجه به محدودیت کانال‌ها و وجود درخواست کنندگان زیاد، استفاده بهینه از باند مهدود بسیار مهم است.

مسئله دیگر، سکوتی است که بین اداکردن حروف از دهان انسان وجود دارد، چرا که هرقدر شخصی بتواند سریع صحبت کند، باز بین اداکردن حروف، زمانی وجود دارد که با استفاده از الگوریتم‌های خاص می‌توان آنها را حذف کرد. علاوه بر تمام اینها، امکان استفاده از الگوریتم‌های فشرده‌سازی در صوت دیجیتال‌شده وجود دارد.

البته استانداردهای مختلفی برای پایین آوردن پهنای باند مصرفی وجود دارد.

یکی از اولین و مشهورترین این استانداردها، استاندارد GSMK می‌باشد که در سیستم موبایل (GSM) استفاده می‌شود. اثبات شده است که این استاندارد با استفاده از یک پهنای باند ۱۳Kbps (حدود یک پنجم پهنای باند پایه) کیفیتی مطلوب را به مشترک ارائه می‌کند.

در VOIP هم از استانداردهای مختلفی برای تبدیل صوت به داده دیجیتال وجود دارد که نیاز به ۶۴Kbps تا ۸.۳Kbps پهنای باند دارند.

در شکل ۱ مقایسه انواع استانداردها با کمک شاخصMOS که یکی از شاخص‌های معرف کیفیت در انتقال دیجیتال است، آورده شده است. همان طور که مشاهده می‌شود، این استانداردها حداقل کیفیتی برابر سیستم موبایل (GSM) را ارائه می‌دهند.

البته عامل دیگری نیز در کیفیت انتفال صدا به وسیله IP تاثیرگذار است. با توجه به ساختار سوئیچینگ پاکتی در اینترنت و استفاده از پروتکل UDP در VOIP، تضمین ۱۰۰% برای رسیدن داده‌ها به مقصد وجود ندارد، چرا که علاوه بر امکان از دست رفتن پاکت‌ها در طول مسیر، امکان پس و پیش شدن آنها(به دلیل استفاده ازپروتکل UDP ) نیز وجود دارد.

در نمودار ۱ در صد افت کیفیت در صورت گم شدن پاکت‌ها (Packet lost ) آورده شده است.

البته مکانیزمی در استانداردهای جدید وجود دارد، تا در صورت گم شدن پاکت‌ها، افت کیفیت زیاد نباشد.

همان طور که مشاهده می‌شود، استاندارد G۷۲۹ تنها تا زمانی که درصد گمشدن پاکت‌ها کمتر از۵ باشد، سرویسی با کیفیت قابل قبول را به کاربر ارائه می‌دهد. البته این درصد گم‌شدن پاکت‌ها بسیار کم می‌باشد و امکان ارائه سرویسی مطمئن را به کاربر نمی‌دهد.

از سوی دیگر همان طور که مشاهده می‌شود، در استاندارد Enhanced G.۷۱۱ حتی با وجود ۳۰% گم شدن پاکت‌ها، باز کیفیت سرویس در حد عالی است. البته در ایران با توجه به گران بودن پهنای باند، معمولا از استاندارد G.۷۲۹ و یا پایین‌تر استفاده می‌شود و متاسفانه به دلیل پایدار نبودن ارتباط ISPها با اینترنت و وجود نویز زیاد و درصد بالای گم‌شدن پاکت‌ها، کیفیت ارتباط در اکثر مواقع در حد مطلوبی نمی‌باشد.

در هر حال VOIP توانسته است با ارائه کیفیتی در حد PSTN اما با هزینه‌ای بسیار پایین‌تر نسبت به PSTN (به علت ساختار شبکه‌ای و مهم‌تر از همه ساختار سوئیچینگ پاکتی) توانسته است توجه زیادی را به خود جلب کند، به طوری که به نظر می‌رسد در آینده کلیه ارتباطات راه دور از طریق VOIP انجام شود.

شرکت‌های دولتی و خصوصی برای استفاده از این تکنولوژی و ارانه خدمات با هزینه پایین‌تر و کیفیت بالاتر به مردم، در صورت توجه به نکات فنی و نیز اقدامات ضروری، می‌توانند توفیق زیادی یابند.