ボイスオーバーIP

VoIP（Voice over Internet Protocol）[ a ]は、 IPテレフォニーとも呼ばれ、主にインターネットなどのIP（インターネットプロトコル）ネットワークを介した音声通信セッションに使用される一連の技術です。[ 2 ] VoIPを使用すると、音声通話をデータパケットとして送信できるため、Skype、Microsoft Teams、Google Voice、VoIP電話などの従来のアプリケーションを含む、さまざまな音声通信方法が可能になります。通常の電話も、アナログ電話アダプタ（ATA）を介してインターネットに接続することでVoIPに使用できます。ATAは、従来の電話信号をIPネットワーク経由で送信できるデジタルデータパケットに変換します。

広義の用語であるインターネット テレフォニー、ブロードバンド テレフォニー、ブロードバンド電話サービスは、一般に一般電話サービス (POTS) として知られる従来の公衆交換電話網(PSTN)とは対照的に、インターネット経由の音声サービスやFAX、SMS、音声メッセージングなどのその他の通信サービスの配信を具体的に指します。

VoIP技術は、 Voice over LTE（VoLTE）やVoice over NR（Vo5G）など、モバイル電話との統合へと進化し、モバイルデータネットワークを介したシームレスな音声通信を可能にしました。これらの進歩により、VoIPの役割は従来のインターネットベースのアプリケーションを超えて拡大しました。4Gおよび5Gネットワ​​ークは音声伝送にこの技術を完全に利用しているため、 VoIPは現代のモバイルインフラストラクチャの重要な構成要素となっています。

概要

VoIP通話の発信手順と原理は、従来のデジタル電話と同様で、シグナリング、チャネル設定、アナログ音声信号のデジタル化、そしてエンコード処理が含まれます。回線交換網を経由する代わりに、デジタル情報はパケット化され、パケット交換網を経由するIPパケットとして伝送されます。音声コーデックとビデオコーデックを用いて音声とビデオをエンコードする特殊なメディア配信プロトコルを用いて、メディアストリームが転送されます。アプリケーション要件とネットワーク帯域幅に基づいてメディアストリームを最適化する様々なコーデックが存在し、狭帯域および圧縮音声を利用する実装もあれば、高忠実度ステレオコーデックをサポートする実装もあります。

VoIPで最も広く使用されている音声符号化規格は、線形予測符号化（LPC）と修正離散コサイン変換（MDCT）圧縮方式に基づいています。一般的なコーデックには、MDCTベースのAAC-LD（FaceTimeで使用）、LPC/MDCTベースのOpus（WhatsAppで使用）、LPCベースのSILK （ Skypeで使用）、μ-law、G.711のA-lawバージョン、G.722、iLBCと呼ばれるオープンソースの音声コーデック、そして片道8kbit/sのみを使用するG.729コーデックなどがあります。

初期のVoIPサービス提供者は、従来の電話網のアーキテクチャを反映したビジネスモデルと技術ソリューションを採用していました。Skypeなどの第二世代プロバイダは、プライベートユーザー向けにクローズドネットワークを構築し、無料通話と利便性のメリットを提供しながら、PSTNなどの他の通信網へのアクセスには料金が発生する可能性がありました。これにより、ユーザーがサードパーティのハードウェアとソフトウェアを自由に組み合わせることができませんでした。Google Talkなどの第三世代プロバイダは、フェデレーテッドVoIPの概念を採用しました。[ 3 ]これらのソリューションは通常、ユーザーが電話をかけたいときに、インターネットの任意の2つのドメインのユーザー間の動的な相互接続を可能にします。

VoIP電話に加えて、多くのパソコンやその他のインターネットアクセスデバイスでもVoIPが利用可能です。通話とSMSテキストメッセージは、Wi-Fiまたは通信事業者のモバイルデータネットワーク経由で送信できます。[ 4 ] VoIPは、単一の統合コミュニケーションシステムを使用して、すべての最新通信技術を統合するためのフレームワークを提供します。

モバイルネットワークへのVoIPの統合

VoIP技術はモバイルネットワークでの利用に適応され、現代のデータインフラ上で音声通信をサポートするように設計された高度なシステムの開発につながっています。その中には、IPベースのモバイルインフラ上で音声通信を可能にするVoice over LTE（VoLTE）とVoice over 5G（Vo5G）があります。従来のVoIPサービスは、多くの場合、国際電話番号システムから独立して機能しますが、VoLTEとVo5Gはモバイル事業者のインフラに直接接続され、国際電話ネットワークへのシームレスな接続を提供します。[ 5 ] [ 6 ]

4G LTEネットワークの一部として導入されたVoLTEは、当初データ伝送用に開発されたIPベースのインフラストラクチャ上で音声通信を可能にします。VoLTEは、高品位音声（HD Voice ）や回線交換ネットワークに比べて高速な通話設定などの機能を提供します。[ 7 ]

VoLTEの5G版であるVo5Gは、5Gネットワ​​ークの高速化、遅延の低減、容量の拡大を活用して、これらの機能をさらに強化します。[ 8 ] VoLTEとVo5Gはどちらも従来の公衆交換電話網（PSTN）との互換性を維持しているため、ユーザーは世界中のどの電話番号でも通話を発着信できます。

これらの技術は、モバイルネットワーク事業者と完全に統合されている点で、スタンドアロンのVo​​IPサービスとは異なります。この統合により、緊急通話サポートやサービス品質の保証といった追加機能が確保され、現代のモバイル通信システムの中核を成しています。

プロトコル

Voice over IP は、VoIP 電話、モバイル アプリケーション、Web ベースの通信などのアプリケーションで、独自のプロトコルとオープン スタンダードに基づくプロトコルを使用して実装されています。

VoIP通信を実装するには、様々な機能が必要です。複数の機能を実行するプロトコルもあれば、少数の機能しか実行せず、連携して使用する必要があるプロトコルもあります。これらの機能には以下が含まれます。

  • ネットワークとトランスポート– 信頼性の低いプロトコル上で信頼性の高い伝送を確立します。これには、データの受信確認と、受信されなかったデータの再送信が含まれる場合があります。
  • セッション管理–セッション(単に「呼び出し」と呼ばれることもあります)の作成と管理。セッションとは、2 つ以上のピア間の接続であり、さらなる通信のコンテキストを提供します。
  • シグナリング– 登録（自分の存在と連絡先情報を宣伝する）と検出（誰かを探し出して連絡先情報を取得する）、ダイヤリング（通話の進行状況の報告を含む）、ネゴシエーション機能、通話制御（保留、ミュート、転送/自動転送、通話中の DTMF キーのダイヤリング（自動応答装置またはIVRとの対話など）など）を実行します。
  • メディアの説明– 送信するメディアの種類 (オーディオ、ビデオなど)、エンコード/デコード方法、送信/受信方法 (IP アドレス、ポートなど) を決定します。
  • メディア– 音声、ビデオ、テキスト メッセージ、ファイルなど、通話中の実際のメディアを転送します。
  • サービス品質-同期、統計など、帯域外コンテンツまたはメディアに関するフィードバックを提供します。
  • セキュリティ- アクセス制御を実装し、他の参加者 (コンピューターまたは人) の ID を確認し、データを暗号化して、メディア コンテンツや制御メッセージのプライバシーと整合性を保護します。

VoIP プロトコルには次のものがあります:

採択

消費者市場

VoIPを含む住宅ネットワークの例

マスマーケット向けVoIPサービスは既存のブロードバンドインターネットアクセスを利用し、加入者はPSTN経由とほぼ同じ方法で電話をかけたり受けたりすることができます。フルサービスのVoIP電話会社は、直接着信ダイヤルによる着信および発信サービスを提供しています。多くの会社が、月額定額料金で国内通話無制限、場合によっては国際通話を提供しています。定額サービスが提供されていない場合、同じプロバイダーの加入者間の通話は通常無料です。[ 12 ]

VoIPサービスプロバイダーに接続するには、VoIP電話が必要です。これはいくつかの方法で実現できます。

  • 専用VoIP電話は、有線イーサネットやWi-Fiなどの技術を使用してIPネットワークに直接接続します。通常、従来のデジタルビジネス電話機と同様の設計になっています。
  • アナログ電話アダプタはネットワークに接続し、モジュラー電話ジャックを介して接続された従来のアナログ電話を操作するための電子回路とファームウェアを実装します。一部の家庭用インターネットゲートウェイやケーブルモデムには、この機能が組み込まれています。
  • ソフトフォンアプリケーションソフトウェアは、マイクとスピーカー、またはヘッドセットを備えたネットワーク接続されたコンピュータにインストールされます。このアプリケーションは通常、ダイヤルパッドと表示フィールドを提供し、ユーザーはマウスクリックまたはキーボード入力でアプリケーションを操作できます。[ 13 ]

PSTNおよびモバイルネットワークプロバイダー

通信事業者が専用IPネットワークや公衆IPネットワークを介したVoIP電話をバックホールとして使用し、交換センターを接続したり、他の電話ネットワーク事業者と相互接続したりすることがますます一般的になっています。これはIPバックホールと呼ばれることがよくあります。[ 14 ] [ 15 ]

スマートフォンにはSIPクライアントがファームウェアに組み込まれている場合や、アプリケーションのダウンロードとして利用できる場合があります。[ 16 ] [ 17 ]

企業向け

VoIP技術は帯域幅の効率性と低コストを実現できるため、企業は従来の銅線電話システムからVoIPシステムに移行し、月々の電話料金を削減しています。2008年には、世界中で新たに設置された構内交換機（PBX）回線の80%がVoIPでした。[ 18 ]例えば、米国では、社会保障局が6万3000人の職員を抱える現場事務所を、従来の電話回線から既存のデータネットワークを経由したVoIPインフラへと移行させています。[ 19 ] [ 20 ]

VoIPは音声とデータ通信の両方を単一のネットワーク上で実行できるため、インフラコストを大幅に削減できます。VoIPの内線料金はPBXや基幹システムよりも安価です。VoIPスイッチは、パソコンなどの汎用ハードウェア上で動作します。これらのデバイスは、クローズドアーキテクチャではなく、標準インターフェースを採用しています。[ 21 ] VoIPデバイスはシンプルで直感的なユーザーインターフェースを備えているため、ユーザーはシステム構成を簡単に変更できます。デュアルモード電話を使用すると、ユーザーは外部の携帯電話サービスと社内のWi-Fiネットワーク間を移動しながら会話を続けることができるため、デスクトップ電話と携帯電話の両方を持ち歩く必要がなくなります。監視対象のデバイスが少なくなるため、メンテナンスも簡単になります。[ 21 ]

企業向けVoIPソリューションは、電話、ファックス、ボイスメール、電子メール、ウェブ会議など、あらゆる通信を個別の単位として扱い、携帯電話を含むあらゆる端末や手段で配信できる統合コミュニケーションサービスへと進化しました。この分野では、2種類のサービスプロバイダーが事業を展開しています。1つは中規模企業から大規模企業向けのVoIPに特化し、もう1つは中小企業（SMB）市場をターゲットとしています。[ 22 ]

もともと友人同士のサービスとして販売されていたSkypeは、2009年に企業向けにもサービスを開始し、Skypeネットワーク上のユーザー間の接続は無料で、通常のPSTN電話との接続は有料で提供しています。[ 23 ]

配信メカニズム

一般的に、組織または個人ユーザーへのVoIPテレフォニーシステムの提供は、主に2つの提供方法に分けられます。プライベートまたはオンプレミスソリューションと、サードパーティプロバイダーが提供する外部ホストソリューションです。オンプレミス提供方法は、オフィスをローカルPSTNネットワークに接続するための従来のPBX導入モデルに似ています。

プライベートまたはオンプレミスのVoIPシステムのユースケースは依然として多く残っていますが、市場全体ではクラウドまたはホスト型VoIPソリューションへの移行が徐々に進んでいます。また、ホスト型システムは、プライベートシステムが適さない小規模または個人利用のVoIP導入に適しています。

ホスト型VoIPシステム

ホスト型またはクラウドVoIP ソリューションでは、サービス プロバイダーまたは通信事業者が、独自のインフラストラクチャ内で電話システムをソフトウェア ソリューションとしてホストします。

通常、これはシステムのエンドユーザーと地理的に関連性のある 1つ以上のデータセンターを指します。このインフラストラクチャはシステムのユーザーとは別であり、サービスプロバイダーによって導入および保守されます。

VoIP電話やソフトフォンアプリケーション（コンピューターやモバイルデバイス上で動作するアプリ）などのエンドポイントは、VoIPサービスにリモートで接続します。これらの接続は通常、ローカルの固定WANブレイクアウトやモバイルキャリアサービスなどのパブリックインターネットリンクを介して行われます。

プライベートVoIPシステム

中小企業向けAsteriskベースのPBX

プライベートVoIPシステムの場合、主要なテレフォニーシステム自体はエンドユーザー組織のプライベートインフラストラクチャ内に配置されます。通常、システムは組織が直接管理するオンプレミスのサイトに導入されます。これは、QoS制御（下記参照）、コストの拡張性、通信トラフィックのプライバシーとセキュリティの確保など、多くのメリットをもたらします。しかし、VoIPシステムのパフォーマンスと耐障害性を維持する責任は、主にエンドユーザー組織にあります。これは、ホステッドVoIPソリューションには当てはまりません。

プライベートVoIPシステムは、物理的なハードウェアPBXアプライアンス、他のインフラストラクチャと統合されたシステム、またはソフトウェアアプリケーションとして導入できます。一般的に、後者2つのオプションは独立した仮想アプライアンスの形で提供されます。ただし、場合によっては、これらのシステムはベアメタルインフラストラクチャやIoTデバイス上に導入されます。3CXなどのソリューションを利用することで、企業は独自のプライベートソリューションを外部環境内に実装することで、ホスト型システムとプライベートオンプレミスシステムの利点を融合させることができます。例としては、データセンターコロケーションサービス、パブリッククラウド、プライベートクラウドなどが挙げられます。

オンプレミスシステムの場合、同じ場所にあるローカルエンドポイントは通常、LAN経由で直接接続されます。リモートエンドポイントや外部エンドポイントの場合、利用可能な接続オプションは、ホスト型またはクラウドVoIPソリューションの場合と同様です。

ただし、オンプレミスシステムとの間のVoIPトラフィックは、多くの場合、安全なプライベートリンク経由で送信されることもあります。例としては、パーソナルVPN、サイト間VPN、MPLSやSD-WANなどのプライベートネットワーク、またはプライベートSBC（セッションボーダーコントローラー）などが挙げられます。例外やプライベートピアリングのオプションも存在しますが、ホスト型またはクラウドVoIPプロバイダーがこれらのプライベート接続方法を提供することは一般的に稀です。

サービスの品質

IPネットワーク上の通信は、回線交換公衆電話網に比べて信頼性が低いと考えられています。これは、データパケットが失われず、順番に配信されることを保証するネットワークベースのメカニズムを提供していないためです。これは、基本的なサービス品質（QoS）保証のないベストエフォート型のネットワークです。音声およびその他のすべてのデータは、固定の最大容量を持つIPネットワーク上をパケットで伝送されます。このシステムは、従来の回線交換システムよりも輻輳時にデータ損失が発生しやすい可能性があります[ b ]。容量が不十分な回線交換システムは、残りのデータを損なわずに伝送しながら新しい接続を拒否しますが、パケット交換ネットワーク上の電話会話などのリアルタイムデータの品質は大幅に低下します[ 25 ] 。そのため、VoIPの実装では、遅延、パケット損失、ジッターの問題が発生する可能性があります[ 25 ]。[ 26 ]

デフォルトでは、ネットワークルーターは先着順でトラフィックを処理します。固定遅延はパケットの物理的な移動距離によって発生するため、制御できません。特に衛星回線を使用する場合、静止衛星との往復距離が長いため、遅延は顕著になり、400～600ミリ秒の遅延が一般的です。DiffServなどのQoS（ Quality of Service）技術を用いて音声パケットを遅延に敏感なパケットとしてマークすることで、遅延を最小限に抑えることができます。[ 25 ]

大容量トラフィックリンク上のネットワークルーターは、VoIPの許容しきい値を超える遅延を引き起こす可能性があります。リンクに過度の負荷がかかると、輻輳が発生し、それに伴うキューイング遅延やパケット損失が発生する可能性があります。このため、 TCPなどのトランスポートプロトコルは、輻輳を緩和するために送信速度を低下させます。しかし、VoIPでは通常、TCPではなくUDPが使用されます。これは、再送による輻輳からの回復には通常、過度の遅延が発生するためです。[ 25 ]そのため、QoSメカニズムは、リンクがバルクトラフィックで輻輳している場合でも、同じリンク上のキューイングされたバルクトラフィックよりも先にVoIPパケットを直ちに送信することで、望ましくないVoIPパケットの損失を回避できます。

VoIPエンドポイントは通常、新しいデータを送信する前に、前のパケットの送信が完了するのを待たなければなりません。送信中に重要度の低いパケットをプリエンプト（中止）することは可能ですが、特に最大サイズのパケットであっても送信時間が短い高速リンクでは、一般的には行われません。[ 27 ]ダイヤルアップやデジタル加入者線（DSL）などの低速リンクでは、プリエンプトの代わりに、最大送信単位を小さくすることで最大送信時間を短縮する方法があります。しかし、すべてのパケットにプロトコルヘッダーが含まれている必要があるため、通過するすべてのリンクで相対的なヘッダーオーバーヘッドが増加します。[ 27 ]

受信側は、順序が狂って到着したIPパケットの順序を並べ替え、パケットの到着が遅すぎたり、全く到着しなかったりした場合には、適切に回復する必要があります。パケット遅延の変動は、特定のネットワークパスにおけるキューイング遅延の変化によって生じます。これは、同じ伝送リンクを巡る他のユーザーとの競合によるものです。VoIP受信側は、この変動に対応するために、受信パケットをプレイアウトバッファに一時的に保存し、意図的に遅延を増加させることで、音声エンジンが再生するタイミングに各パケットが確実に届くようにしています。このように、この追加された遅延は、過剰な遅延と過剰なドロップアウト（つまり、瞬間的な音声中断） との間の妥協点となります。

ジッタはランダム変数であるが、少なくともある程度は独立した複数のランダム変数、すなわち、問題のインターネット経路上にあるルータの個々のキューイング遅延の合計である。中心極限定理に着想を得て、ジッタはガウスランダム変数としてモデル化することができる。これは、平均遅延とその標準偏差を継続的に推定し、平均より数標準偏差以上遅延したパケットのみが到着が遅れて役に立たなくなるようにプレイアウト遅延を設定することを示唆している。実際には、多くのインターネット経路の遅延の変動は、比較的低速で混雑したボトルネックリンクの少数（多くの場合1つ）によって支配されている。ほとんどのインターネットバックボーンリンクは現在非常に高速（例：10 Gbit/s）であるため、遅延は伝送媒体（例：光ファイバー）によって支配されており、それらを駆動するルータにはキューイング遅延が顕著になるほどのバッファリング能力がない。[ 28 ]

VoIP通話のサービス品質（QoS）と体感品質（QoE）の報告をサポートするために、多くのプロトコルが定義されています。これらには、 RTP制御プロトコル（RTCP）拡張レポート、[ 29 ] SIP RTCPサマリーレポート、H.460.9 Annex B（H.323用）、H.248.30、およびMGCP拡張が含まれます。

RFC  3611で指定されている RTCP 拡張レポート VoIP メトリック ブロックは、ライブ通話中に VoIP 電話またはゲートウェイによって生成され、パケット損失率、パケット破棄率 (ジッターによる)、パケット損失/破棄バースト メトリック (バースト長/密度、ギャップ長/密度)、ネットワーク遅延、エンド システム遅延、信号/ノイズ/エコー レベル、平均オピニオン評点(MOS) および R 係数、およびジッター バッファに関連する設定情報が含まれます。VoIP メトリック レポートは、通話中に IP エンドポイント間で随時交換され、通話終了メッセージは SIP RTCP 概要レポートまたはその他のシグナリング プロトコル拡張の 1 つを介して送信されます。VoIP メトリック レポートは、QoS 問題に関連するリアルタイム フィードバック、通話品質計算の改善のためのエンドポイント間の情報交換、およびその他のさまざまなアプリケーションをサポートすることを目的としています。

DSLとATM

DSLモデムは通常、ローカル機器へのイーサネット接続を提供しますが、内部的には非同期転送モード（ATM）モデムである場合があります。[ c ] ATMアダプテーションレイヤー5 （AAL5）を使用して、各イーサネットパケットを53バイトのATMセルに分割して送信し、受信側でイーサネットフレームに再構成します。

VoIPに別の仮想回線識別子（VCI）を使用すると、共有接続の遅延を削減できる可能性があります。ATMの遅延削減の可能性は、リンク速度の増加に伴って最悪の遅延が減少するため、低速リンクで最も高くなります。フルサイズ（1500バイト）のイーサネットフレームは、128 kbit/sでは送信に94ミリ秒かかりますが、1.5 Mbit/sではわずか8ミリ秒です。これがボトルネックリンクである場合、この遅延は、MTUの削減や複数のATM VCなしで良好なVoIPパフォーマンスを確保するのに十分なほど小さいと考えられます。最新世代のDSL、VDSL、およびVDSL2は、中間ATM/AAL5層なしでイーサネットを伝送し、通常、IEEE 802.1p優先度タグをサポートしているため、VoIPをそれほど時間的に重要でないトラフィックよりも先にキューに入れることができます。[ 25 ]

ATMにはかなりのヘッダーオーバーヘッドがあります。5/53 = 9.4%は、1500バイトのイーサネットフレームのヘッダーオーバーヘッドの約2倍に相当します。このATMオーバーヘッドは、複数の仮想回線を利用しているかどうかに関わらず、すべてのDSLユーザーに課せられます。そして、実際に利用している人はほとんどいません。[ 25 ]

レイヤー2

データリンク層と物理層では、ネットワークの輻輳時でもVoIPアプリケーションが適切に動作するためのサービス品質メカニズムとして、いくつかのプロトコルが使用されています。例としては、以下のようなものがあります。

  • IEEE 802.11eは、 IEEE 802.11規格の承認済み修正であり、メディアアクセス制御（MAC）層への変更を通じて無線LANアプリケーションのサービス品質（QoS）を向上させる一連の機能を規定しています。この規格は、Voice over Wireless IP（VoIP）など、遅延の影響を受けやすいアプリケーションにとって極めて重要であると考えられています。
  • IEEE 802.1p は、レイヤー 2 有線イーサネット上のトラフィックに対して 8 つの異なるサービス クラス (音声専用のものを含む) を定義します。
  • ITU -T G.hn規格は、既存の家庭内配線（電力線、電話線、同軸ケーブル）を用いて高速（最大1ギガビット/秒）のローカルエリアネットワーク（LAN）を構築する方法を提供します。G.hnは、ネットワークコントローラと契約を締結し、QoSを必要とするフロー（VoIP通話など）に割り当てられる、コンテンションフリー伝送機会（CFTXOP）によってQoSを提供します。

パフォーマンスメトリック

音声伝送の品質は、ネットワーク要素やユーザーエージェントのハードウェアまたはソフトウェアによって監視されるいくつかの指標によって特徴付けられます。これらの指標には、ネットワークパケット損失、パケットジッタ、パケット遅延、ダイヤル後遅延、エコーなどがあります。これらの指標は、VoIPパフォーマンステストとモニタリングによって決定されます。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]

PSTN統合

VoIPメディアゲートウェイコントローラ（クラス5ソフトスイッチ）は、メディアゲートウェイ（IPビジネスゲートウェイ）と連携してデジタルメディアストリームを接続し、音声とデータのパスを確立します。ゲートウェイには、標準PSTNネットワークに接続するためのインターフェースが搭載されています。また、最新のシステムには、VoIP経由の通話をリンクするために特別に設計されたイーサネットインターフェースも搭載されています。[ 36 ]

E.164は、PSTNと公衆陸上移動網（PLMN）の両方に適用されるグローバルな番号規格です。ほとんどのVoIP実装はE.164をサポートしており、VoIP加入者とPSTN/PLMN間の通話ルーティングを可能にしています。[ 37 ] VoIP実装では、他の識別技術も使用できます。例えば、Skypeでは加入者がSkype名（ユーザー名）を選択できる一方、 [ 38 ] SIP実装では電子メールアドレスに似たUniform Resource Identifier （URI）を使用できます。[ 39 ] VoIP実装では、多くの場合、E.164以外の識別子をE.164番号に変換する方法、およびE.164番号を非E.164番号に変換する方法を採用しています。例えば、Skypeが提供するSkype-Inサービス[ 40 ]や、 IMSおよびSIPのE.164番号からURIへのマッピング（ENUM）サービスなどです。[ 41 ]

エコーはPSTN統合でも問題となる可能性があります。[ 42 ]エコーの一般的な原因としては、アナログ回路におけるインピーダンスの不整合や、受信端での受信信号から送信信号までの音響経路などが挙げられます。

番号ポータビリティ

市内番号ポータビリティ（LNP）と携帯電話番号ポータビリティ（MNP）もVoIPビジネスに影響を与えます。番号ポータビリティとは、加入者が新しい番号を発行することなく、新しい電話会社を選択できるサービスです。通常、以前の番号を新しい電話会社が割り当てた非公開番号に「マッピング」するのは、以前の電話会社の責任です。これは、番号データベースを維持することで実現されます。ダイヤルされた番号は、まず元の電話会社が受信し、すぐに新しい電話会社に転送されます。加入者が元の電話会社に戻った場合でも、複数のポータビリティ参照情報を維持する必要があります。連邦通信委員会（FCC）は、通信会社に対し、これらの消費者保護規定の遵守を義務付けています。2007年11月、米国のFCCは、相互接続されたVoIPプロバイダーとVoIPプロバイダーをサポートする通信会社に番号ポータビリティ義務を拡大する命令を発表しました。[ 43 ]

VoIP環境で発信された音声通話は、従来の携帯電話事業者の携帯電話番号にルーティングされる場合、宛先に到達するために最小コストルーティング（LCR）の課題に直面します。LCRは、各通話の宛先を発信時に確認し、顧客にとって最もコストの低いネットワークを経由して通話を転送するというものです。番号ポータビリティによって生じる通話ルーティングの複雑さを考えると、この評価は議論の余地があります。MNPが導入されたことで、LCRプロバイダーは、通話のルーティング方法を決定する際にネットワークルートプレフィックスに頼ることができなくなりました。代わりに、通話をルーティングする前に、各番号の実際のネットワークを特定する必要があります。[ 44 ]

そのため、VoIPソリューションは音声通話のルーティング時にMNPにも対応する必要があります。英国のように中央データベースを持たない国では、携帯電話番号がどのホームネットワークに属しているかをモバイルネットワークに問い合わせる必要がある場合があります。LCRオプションの普及により企業市場におけるVoIPの人気が高まるにつれ、VoIPは通話処理において一定レベルの信頼性を提供する必要があります。

緊急通報

固定電話回線に接続された電話機は、電話番号と物理的な所在地が直接関連付けられています。この情報は電話会社によって管理され、緊急加入者リストの形で全国の緊急対応サービスセンターを通じて緊急対応要員に提供されます。緊急通報がセンターに着信すると、データベースから所在地が自動的に特定され、オペレーターコンソールに表示されます。

IP電話においては、位置情報と通信エンドポイントの間にこのような直接的なリンクは存在しません。DSLプロバイダーのような有線インフラを持つプロバイダーであっても、ネットワークルーターに割り当てられたIPアドレスと既知のサービスアドレスに基づいて、デバイスのおおよその位置しか把握できない場合があります。ISPの中には、顧客の機器へのIPアドレスの自動割り当てを追跡していないところもあります。[ 45 ]

IP通信はデバイスのモビリティを実現します。例えば、住宅用ブロードバンド接続を企業の仮想プライベートネットワーク（VPN）へのリンクとして使用する場合、顧客との通信に使用されるIPアドレスは、住宅用ISPではなく企業に属する可能性があります。このような構外内線は、上流のIP PBXの一部として表示されることがあります。3GハンドセットやUSBワイヤレスブロードバンドアダプターなどのモバイルデバイスでは、IPアドレスは電話サービスプロバイダーが認識している物理的な位置情報とは無関係です。モバイルユーザーは、ネットワークがカバーする地域であればどこにいても、別の携帯電話会社を経由してローミングしている場合でも、その可能性があるからです。

VoIPレベルでは、電話機またはゲートウェイは、セッション開始プロトコル（SIP）レジストラのアカウント認証情報を使用して自身を識別する場合があります。このような場合、インターネット電話サービスプロバイダ（ITSP）は、特定のユーザーの機器がアクティブであることのみを認識します。サービスプロバイダは、物理的な場所を登録し、IPデバイスから緊急電話番号に発信された場合、そのアドレスに対してのみ緊急サービスを提供することに同意するユーザーとの契約に基づいて、緊急対応サービスを提供することがよくあります。

このような緊急サービスは、米国のVoIPベンダーが無線通信および公共安全法（Wireless Communications and Public Safety Act）に基づき、Enhanced 911 （E911）と呼ばれるシステムによって提供しています。VoIP E911緊急通報システムは、発信者の電話番号と物理的な住所を関連付けます。公衆交換電話網（PSTN）へのアクセスを提供するすべてのVoIPプロバイダーは、E911を実装することが義務付けられており、このサービスは加入者に課金される場合があります。「VoIPプロバイダーは、顧客が911サービスをオプトアウトすることを許可してはならない。」[ 45 ] VoIP E911システムは、静的なテーブル検索に基づいています。携帯電話ではGPSアシストなどの方法を使用してE911通話の位置を追跡できますが、VoIP E911情報は、加入者が緊急連絡先情報を最新の状態に維持している場合にのみ正確です。[ 46 ]

ファックスサポート

VoIPネットワークを介したFAX送信は、Fax over IP（FoIP）と呼ばれることもあります。初期のVoIP実装では、音声デジタル化および圧縮コーデックのほとんどが人間の声の表現に最適化されており、パケットベースのコネクションレス型ネットワークではモデム信号の適切なタイミングが保証できないため、FAX文書の送信は問題を抱えていました。

IP電話回線を介したFAXの信頼性確保のための標準ベースのソリューションとして、T.38プロトコルが挙げられます。T.38プロトコルは、アナログ回線を介した従来のパケットレス通信と、IP通信の基盤となるパケットベースの伝送方式の違いを補うように設計されています。FAX機は、アナログ電話アダプタ（ATA）に接続された標準機器の場合もあれば、イーサネットインターフェースを介して動作するソフトウェアアプリケーションや専用ネットワーク機器の場合もあります。[ 47 ]元々、T.38はIPネットワーク上でUDPまたはTCP伝送方式を使用するように設計されていました。

一部の新型ハイエンドFAX機にはT.38機能が組み込まれており、ネットワークスイッチまたはルーターに直接接続されます。T.38では、各パケットには前のパケットで送信されたデータストリームの一部が含まれます。データの整合性が実際に失われるには、連続する2つのパケットが失われる必要があります。

電力要件

従来の家庭用アナログ電話機は通常、電話会社の電話回線に直接接続されます。電話回線は、地域の電力供給とは無関係に、ほとんどの基本的なアナログ受話器に直流電力を供給します。電話サービスが停電の影響を受けやすいことは、従来のアナログサービスにおいてもよくある問題です。顧客は、基地局に接続されたワイヤレス受話器で動作する電話機や、ボイスメールや電話帳機能などの最新の電話機能を備えた電話機を購入します。

VoIP電話とVoIP電話アダプタはルータまたはケーブルモデムに接続しますが、これらは通常、主電源または地域で発電された電源の利用可能性に依存します。[ 48 ]一部のVoIPサービスプロバイダは、バッテリバックアップ電源を備えた顧客構内機器（ケーブルモデムなど）を使用して、地域的な停電の際に最大数時間の中断のないサービスを保証します。このようなバッテリバックアップデバイスは通常、アナログハンドセットで使用するように設計されています。一部のVoIPサービスプロバイダは、顧客のネットワークデバイスが通話を終了できないときに、携帯電話などの加入者の他の電話サービスに通話をルーティングするサービスを実装しています。

安全

セキュアな通話は、セキュア・リアルタイム・トランスポート・プロトコル（SRT）などの標準化されたプロトコルを使用することで実現できます。従来の電話回線でセキュアな電話接続を確立するための機能（デジタル化やデジタル伝送など）のほとんどは、 VoIPで既に導入されています。必要なのは、既存のデータストリームの暗号化と認証だけです。仮想PBX（PBX）などの自動化ソフトウェアを活用すれば、担当者による着信への応答や通話の切り替えが不要になる場合があります。

VoIP電話システムにおけるセキュリティ上の懸念は、他のインターネット接続デバイスと同様です。つまり、VoIPの脆弱性を悪用したハッカーは、サービス拒否攻撃、顧客データの窃取、会話の録音、ボイスメールメッセージの改ざんなどを行う可能性があります。VoIPユーザーアカウントまたはセッションの認証情報が侵害されると、攻撃者は長距離通話や国際通話などのサードパーティサービスから多額の料金を請求できる可能性があります。

多くのVoIPプロトコルの技術的な詳細により、トランジットネットワークやインターネットへの相互接続に使用されるファイアウォールやネットワークアドレス変換器（NAT ）を介したVoIPトラフィックのルーティングが困難になっています。保護されたネットワークとのVoIP通話を可能にするために、プライベートセッションボーダーコントローラ（SBC）がしばしば採用されています。NATデバイスを通過する他の方法としては、 STUNやInteractive Connectivity Establishment （ICE）などの補助プロトコルが挙げられます。

VoIP を保護するための標準規格としては、アナログ電話アダプタや一部のソフトフォン用のSecure Real-time Transport Protocol (SRTP) およびZRTPプロトコルがあります。IPsecは、便宜的暗号化を使用することで、トランスポート レベルでポイントツーポイントVoIP を保護するために利用できます。多くの消費者向け VoIP ソリューションはシグナリング パスやメディアの暗号化をサポートしていませんが、VoIP 電話を保護することは、従来の電話回線よりも VoIP を使用する方が概念的に簡単です。暗号化が広くサポートされていないため、データ ネットワークにアクセスできる場合、VoIP 通話を盗聴するのは比較的簡単です。[ 49 ] Wiresharkなどの無料のオープン ソース ソリューションは、VoIP 会話のキャプチャを容易にします。

政府機関や軍事組織は、VoIP トラフィックを保護するために、Voice over Secure IP (VoSIP)、セキュア Voice over IP (SVoIP)、セキュア Voice over Secure IP (SVoSIP) など、さまざまなセキュリティ対策を採用しています。[ 50 ]これらの違いは、暗号化が電話エンドポイントで適用されるか、ネットワークで適用されるかにあります。[ 51 ]セキュア Voice over Secure IP は、 SRTPやZRTPなどのプロトコルを使用してメディアを暗号化することによって実装できます。セキュア Voice over IP は、 SIPRNetなどの機密ネットワークでタイプ 1 暗号化を使用します。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]パブリック セキュア VoIP は、無料の GNU ソフトウェアや、ZRTP などのライブラリを介して多くの一般的な商用 VoIP プログラムでも利用できます。[ 56 ]

2021年6月、国家安全保障局（NSA）は、通信システムの4つの攻撃面（ネットワーク、境界、セッションコントローラ、エンドポイント）を説明し、それぞれのセキュリティリスクと軽減手法を説明した包括的な文書を公開しました。 [ 57 ] [ 58 ]

発信者番号

VoIPプロトコルおよび機器は、PSTNと互換性のある発信者IDサポートを提供します。多くのVoIPサービスプロバイダーは、発信者が独自の発信者ID情報を設定することも許可しています。 [ 59 ]

補聴器の互換性

2020年2月28日以降に米国で製造、輸入、または米国で使用される予定のVoice over IPサービス付き有線電話機は、連邦通信委員会が定めた補聴器両立性要件を満たす必要があります。[ 60 ]

運用コスト

VoIPは、データと音声のネットワークインフラストラクチャを共有することで、通信コストを大幅に削減しました。[ 61 ] [ 62 ] 1つのブロードバンド接続で複数の電話通話を伝送できます。

VoIPの人気が高まるにつれ、政府はPSTNサービスと同様の方法でVoIPを規制することに関心を持つようになってきています。[ 63 ]

発展途上国全体、特に規制が緩い国や支配的な事業者によって支配されている国では、VoIPの使用に制限が課されることが多く、パナマではVoIPに課税され、ガイアナではVoIPが禁止されています。[ 64 ]エチオピアでは、政府が通信サービスの国有化を進めており、VoIPを使用したサービスを提供することは犯罪です。同国は、VoIPを使用した国際電話の発信を防ぐため、ファイアウォールを設置しています。これらの措置は、VoIPの普及により国営通信会社の収入が減少したことを受けて講じられました。[ 65 ]

カナダ

カナダでは、カナダ放送通信委員会（CNRTC）がVoIP電話サービスを含む電話サービスを規制しています。カナダで運営されるVoIPサービスは、911緊急サービスを提供することが義務付けられています。[ 66 ]

欧州連合

欧州連合（EU）では、VoIPサービスプロバイダーの取扱いは各国の電気通信規制当局の決定事項であり、規制当局は競争法を用いて関連する国内市場を定義し、当該国内市場におけるサービスプロバイダーが「重要な市場力」を有するか否か（したがって、一定の義務を負うべきか否か）を判断する必要があります。一般的に、管理対象ネットワーク（ブロードバンド接続経由）上で機能するVoIPサービスと、管理対象外ネットワーク（基本的にインターネット）上で機能するVoIPサービスは区別されます。

関連するEU指令は、市場力とは独立して存在し得る義務（例えば、緊急通話へのアクセスを提供する義務）に関して明確に起草されておらず、どちらのタイプのVoIPサービスプロバイダーもそれらの義務に拘束されるかどうかを明確に言うことは不可能である。[ 67 ]

GCCアラブ諸国

オマーン

オマーンでは、無許可のVoIPサービスの提供または利用は違法であり、無許可のVoIPプロバイダーのウェブサイトはブロックされています。違反者は、5万オマーン・リアル（約13万317米ドル）の罰金、2年の懲役、またはその両方を科せられる可能性があります。2009年には、警察が全国121のインターネットカフェを捜索し、VoIPサービスの利用または提供の疑いで212人を逮捕しました。[ 68 ]

サウジアラビア

2017年9月、サウジアラビアは運用コストを削減し、デジタル起業家精神を促進するためにVoIPの禁止を解除しました。[ 69 ] [ 70 ]

アラブ首長国連邦

アラブ首長国連邦（UAE）では、無許可のVoIPサービスを提供または使用することは違法です。無認可のVoIPプロバイダーのウェブサイトはブロックされています。Skypeなどの一部のVoIPサービスは許可されていました。[ 71 ] 2018年1月、UAEのインターネットサービスプロバイダーはSkypeを含むすべてのVoIPアプリをブロックしましたが、政府承認のVoIPアプリ2つ（C'MEとBOTIM）のみを許可しました。[ 72 ] [ 73 ]これに対抗して、 Change.orgでの請願書には5000を超える署名が集まり、それに応じてウェブサイトはUAEでブロックされました。[ 74 ]

アラブ首長国連邦（UAE）は2020年3月24日、COVID-19パンデミック中のコミュニケーションを円滑にするため、これまで国内で禁止されていたVoIPサービスに対する規制を緩和した。しかし、 WhatsApp、Skype、FaceTimeなどの人気のインスタントメッセージングアプリケーションは、音声通話やビデオ通話に引き続きブロックされており、住民は国営通信事業者の有料サービスを利用せざるを得ない状況となっている。[ 75 ]

インド

インドではVoIPの使用は合法ですが、インド国内にVoIPゲートウェイを設置することは違法です。[ 76 ]これは、PCを持っている人は、PCを使って他のPCにVoIP通話をすることはできますが、通常の電話番号にVoIP通話をすることは不可能であることを意味します。海外に拠点を置くVoIPサーバーサービスは、インドでは違法です。[ 76 ]

インターネット電話はISPに制限付きで許可されています。以下のサービスが許可されています。[ 77 ]

  1. PCからPCへ; インド国内または国外
  2. ITU や IETF などの国際機関の標準に準拠したインド国内の PC/デバイス/アダプタを海外の PSTN/PLMN に接続します。
  3. ITU、IETF などの国際機関の標準に準拠し、インド国内外の同様のデバイス/アダプタに静的 IP アドレスを持つ ISP ノードに接続された任意のデバイス/アダプタ。
  4. 上記の条件 (ii)に記載されている場合を除き、他の形式のインターネット電話は許可されません。
  5. インドでは、インターネット電話に独自の番号体系は提供されていません。現在、E.164に基づく10桁の番号割り当ては、固定電話、GSM、CDMAワイヤレスサービスにのみ許可されています。インターネット電話の番号体系は、インターネット番号割当局（IANA）のIPアドレス体系に準拠する必要があります。ISPがIANA番号体系への準拠を示すために、E.164番号またはプライベート番号を任意のデバイスに割り当てられたIPアドレスに変換したり、その逆を行ったりすることは許可されていません。
  6. インターネットサービスライセンシーは、PSTN/PLMN接続を行うことはできません。インドでは、PSTN/PLMNに接続され、E.164番号を使用する電話機との音声通信は禁止されています。

韓国

韓国では、政府に登録されたプロバイダーのみがVoIPサービスを提供できる。多くのVoIPプロバイダーが定額料金を提供しているのに対し、韓国のVoIPサービスは一般的に従量制で、地上通話と同様の料金で課金される。海外のVoIPプロバイダーは、政府登録において高い障壁に直面している。この問題は2006年に、在韓米軍（USFK）基地に居住する隊員に個人向けインターネットサービスを提供するインターネットサービスプロバイダーが、隊員が米国内の家族と連絡を取るための経済的な手段として利用しているVoIPサービスへのアクセスを、隊員のVoIPプロバイダーが未登録であるという理由で遮断すると脅したことで、深刻化した。 2007年1月、在韓米軍と韓国の通信当局の間で妥協案が成立し、2007年6月1日より前に韓国に到着し、基地内で提供されるISPサービスに加入している在韓米軍兵士は、米国ベースのVoIP契約を引き続き使用できるが、それ以降に到着する兵士は、契約により米国のVoIPプロバイダーが提供する定額料金と同様の価格設定となる韓国ベースのVoIPプロバイダーを使用することが義務付けられた。[ 78 ]

アメリカ合衆国

米国では、FCCは相互接続されたすべてのVoIPサービスプロバイダーに、従来の電気通信サービスプロバイダーと同等の要件を遵守することを義務付けています。[ 79 ]米国のVoIP事業者は、市内番号ポータビリティをサポートし、障害者がサービスを利用できるようにし、規制料金、ユニバーサルサービス拠出金、その他の義務付けられた支払いを支払い、法執行機関が通信支援法（CALEA）に従って監視を実施できるようにする必要があります。

相互接続型VoIP（PSTNに完全接続）の事業者は、特別な要請なしに拡張911サービスを提供することが義務付けられており、顧客の位置情報の更新を提供し、E-911機能に関する制限事項を顧客に明確に開示し、すべての顧客からこれらの開示事項に対する肯定的な承認を得ることが必要であり、[ 80 ]、顧客が911サービスをオプトアウトすることを許可してはならない。[ 81 ] VoIP事業者は、卸売業者を介して既存の地域交換事業者と相互接続およびトラフィック交換する権利を含む、米国の特定の電気通信規制の恩恵も受ける。ノマディックVoIPサービス（ユーザーの位置を特定できない事業者）の事業者は、州の電気通信規制の対象外である。 [ 82 ]

米国議会が議論しているもう一つの法的問題は、外国情報監視法の改正に関するものである。問題となっているのは、アメリカ人と外国人の間の通話である。NSAは令状なしにアメリカ人の会話を盗聴する権限はないが、インターネット、特にVoIPは、従来の電話システムほど発信者や受信者の所在地を明確に特定できない。VoIPの低コストと柔軟性から、多くの組織がこの技術を採用するようになり、法執行機関による監視は困難になっている。VoIP技術は連邦政府の安全保障上の懸念も高めている。VoIPや類似の技術によって、通信傍受時に政府がターゲットの物理的な所在地を特定することが困難になり、新たな法的課題が次々と生み出されているからである。[ 83 ]

歴史

ポール・バランをはじめとする研究者による初期のパケットネットワーク設計は、20世紀半ばの通信における回線交換ネットワークでは実現できなかった、インフラ障害発生時における回線冗長性とネットワーク可用性の向上という要望から生まれた。ダニー・コーエンは1973年にパケット音声方式を初めて実演し、これは初期のARPANETで運用されたネットワーク音声プロトコルへと発展した。[ 84 ] [ 85 ]

初期のARPANETでは、ビットレートが64kbpsで、初期のモデムの2.4kbpsの帯域幅をはるかに上回る非​​圧縮パルス符号変調（PCM）デジタル音声パケットでは、リアルタイムの音声通信は不可能でした。この問題の解決策は、1966年に名古屋大学の板倉文忠と日本電信電話（NTT）の斉藤周三によって最初に提案された音声符号化データ圧縮アルゴリズムである線形予測符号化（LPC）でした。LPCは2.4kbpsまでの音声圧縮が可能で、1974年にカリフォルニア州ゴレタのCuller-Harrison Incorporatedとマサチューセッツ州レキシントンのMITリンカーン研究所の間でARPANETを介した最初のリアルタイム会話に成功しました。[ 86 ] LPCはそれ以来、最も広く使用されている音声符号化方法となっています。[ 87 ]コード励起線形予測（CELP）は、LPCアルゴリズムの一種で、1985年にマンフレッド・R・シュローダーとビシュヌ・S・アタルによって開発されました。 [ 88 ] LPCアルゴリズムは、現代のVoIP技術における音声符号化の標準となっています。 [ 86 ]   

1974年のデモから20年で、様々な形態のパケット電話が開発され、新技術を支援する業界団体が結成された。ARPANETプロジェクトの終了と、インターネットの商用トラフィックへの拡大に続いて、IP電話がテストされ、商用利用は不可能と判断されたが、1990年代初頭にVocalChatが導入され、その後1995年2月にVocalTec社がLior Haramaty氏とAlon Cohen氏の特許に基づきインターネット電話(略してiPhone)商用ソフトウェアを正式リリースした。[89] その後、電話ゲートウェイやスイッチングサーバーなど、他のVoIP基盤コンポーネントも続いた。その後まもなく、それは大手IT企業の商用研究所、特にAT&T社で関心の的となり、Marian Croak氏と同チームがこの技術に関連する多くの特許を出願した。 1990年代後半には、最初のソフトスイッチが登場し、H.323、MGCP、セッション開始プロトコル（SIP）などの新しいプロトコルが広く注目を集めました。2000年代初頭には、住宅や企業への高帯域幅の常時インターネット接続の普及により、インターネット電話サービスプロバイダー（ITSP）業界が誕生しました。Asterisk PBXなどのオープンソースの電話ソフトウェアの開発は、VoIPサービスへの関心と起業家精神を広く刺激し、クラウドサービスなどの新しいインターネット技術パラダイムを電話に適用しました。

マイルストーン

参照

注記

  1. ^個々の文字としてVOIPと発音されることもあるし、単語として/ vɔɪp / VOYPと発音されることもある。 [ 1 ]
  2. ^ IPネットワークは輻輳を引き起こすDoS攻撃を受けやすくなる可能性もある。 [ 24 ]
  3. ^ 802.3ahなどのテクノロジーは、ATM を使用せずに DSL 接続に使用できます。

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