Принципы пакетной передачи речи
В телефонной сети используется способ коммутации каналов (КК), который подразумевает установление физического соединения "из конца в конец" между терминалами абонентов. Принцип КК означает, что каналы в каждом звене установленного соединения закрепляются за пользователем на все время сеанса связи. Основным недостатком телефонной сети с КК является нерациональное использование полосы канала, так как при паузах в разговоре каналы в соединении не могут быть использованы для передачи информации других пользователей (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 - Соединение в телефонной сети с коммутацией каналов
В сетях с коммутацией пакетов (КП) по каналам связи передаются единицы информации, которые не зависят от физического носителя. Такими единицами могут быть пакеты, кадры или ячейки (в зависимости от формирующего их протокола), но в любом случае они передаются через сеть (рисунок 1.5) по отдельным виртуальным каналам, не зависящим от физической среды. Каждый пакет идентифицируется заголовком, который содержит адрес отправителя и получателя.
В сетях, использующих протокол IP, все данные (голос, текст, видео, компьютерные программы или информация в любой другой форме) передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемым в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями и процессами по одной и той же линии. При возникновении проблем маршрутизаторы IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных или перегруженных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.
Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов.
На первом этапе осуществляется преобразование аналогового сигнала речи в цифровой (" оцифровка " голоса). Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, подлежащих передаче через сеть. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессия (уменьшение объема передаваемой информации за счет сокращения ее избыточности) с целью экономии сетевых ресурсов. 
Рисунок 1.5 - Соединение в сети с коммутацией пакетов
На втором этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если он будет доставлен с нарушением последовательности, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит накопление необходимого количества данных пользователя для формирования пакета перед его непосредственной отправкой в сеть.
Извлечение принятой голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов.
Когда пакеты с речевой информацией поступают на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют доставку информации пользователя в требуемой последовательности (дейтаграммный режим), то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, чем пакеты с младшими порядковыми номерами, более того, задержка доставки пакетов также может изменяться. Для восстановления исходной последовательности пакетов и синхронизации происходит вр е менное накопление пакетов в буфере. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны в сети из-за ограниченного объема буферов в промежуточных узлах, либо задержка их доставки может превышать допустимый разброс. В обычных условиях передачи данных IP-сетях приемный терминал запрашивает повторную передачу искаженных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски в последовательности принятых пакетов заполняются данными случайным образом.
Полученная таким образом последовательность данных, не восстановленная полностью, подвергается декомпрессии и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.
Таким образом, с некоторой степенью вероятности полученная информация может быть искажена (не соответствовать исходной) и передана получателю с задержкой (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления). Однако, высокая избыточность голосовой информации позволяет мириться с искажениями и потерями, если они находятся в допустимых пределах.
Операторы, использующие протокол IP, получают преимущества при доставке голоса, по сравнению с операторами сетей с коммутацией каналов (КК).
Абонент в сети с КК использует канал со скоростью 64 Кбит/с в среднем лишь на 25%. Следовательно, оператор сети с коммутацией пакетов способен продать имеющийся у него ресурс в четыре раза большему числу пользователей, не подвергая опасности перегрузки свою сеть. Такой сценарий выгоден обеим сторонам - и клиенту, и продавцу, - поскольку оператор увеличивает свои доходы и уменьшает абонентскую плату за счет снижения издержек. Это выигрышное решение уже признано в мире передачи данных, а теперь начинает использоваться и на рынке услуг телефонии.
В настоящее время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети:
· через глобальную сеть Интернет (Интернет-телефония);
· через сети передачи данных на базе выделенных каналов (IP-телефония).
В первом случае полоса пропускания напрямую зависит от загрузки сети Интернет пакетами, содержащими данные, голос, графику и т.д. Это значит, что задержки при прохождении голосовых пакетов могут быть весьма большими. При использовании выделенных каналов исключительно для голосовых пакетов можно гарантировать фиксированную (или почти фиксированную) скорость передачи. Ввиду того, что Интернет широко используется многими приложениями, особый интерес вызывает реализация системы Интернет-телефонии, хотя следует признать, что в этом случае высокое качество телефонной связи (такое, как в телефонной сети) оператором не может гарантироваться.
Для того чтобы осуществить междугородную (международную) связь с помощью телефонных серверов, организация или оператор услуги должны иметь серверы в тех местах, куда и откуда планируется передача голоса. Стоимость такого голосового обмена обычно на порядок меньше стоимости телефонного разговора в обычной телефонной сети. Особенно велика эта разница при международных переговорах.