VoIP

Voice over Internet Protocol（ボイス オーバー インターネット プロトコル、VoIP（ブイ オー アイピー、ボイップ、ボイプ）、Voice over IP（ボイス オーバー アイピー））とは、音声を各種符号化方式で符号化および圧縮し、パケットに変換したものをIPネットワークでリアルタイム伝送する技術である。Voice over Frame Relay (VoFR) ・Voice over ATM (VoA) などと同じVoice over Packet Network (VoPN) の一種。
この項では「VoIP」の技術とIP電話の網構成を記述する。その他については関連項目も参照のこと。

VoPNの概要および経緯

VoPNは、データ通信網と伝送路や交換設備を共用することを目的としてはじめられた。
VoFRは、X.25よりも遅延が少ないフレームリレーを使用するものである。IP加入者網が無かった時代に内線電話として普及したが、IP網の価格の低下と速度の向上、提供地域の拡大により撤去が進んだ。
VoAは、従来の電話網で必要となる電話交換機をパケット通信とリアルタイム通信とを多重化するために開発されたATM交換機に置き換えるものである。高価で有資格者による保守を必要とするものであり、電気通信事業者の携帯電話・固定電話などの公衆交換電話網で使用されているものがほとんどである。
VoIPは、1990年代後半より、インターネット電話と呼ばれる、スピーカー・マイクロフォンまたは、ヘッドセットを接続したパソコンにソフトウェアをインストールする方式で利用されていたが、使い勝手が悪く、遅延・エコー・欠落などにより音質も従来の電話より劣るものであった。
2000年代より、ADSL・FTTH・広域イーサネットといった常時接続・高速・定額制のIP加入者回線が普及し、Resource Reservation Protocol (RSVP) などのQoS機能で音質が改善された。また、専用機器の開発に伴い一般の電話と同じ操作・機能となり、公衆網への発信が可能になり、電話番号の割り当てにより公衆網などからの着信が可能となった。
また、無線LAN上でのVoIPに関する技術を特にVoWLAN (Voice over Wireless LAN) と言うこともある。

技術

通信プロトコルは呼制御、（電話の呼び出し、切断）と音声の送受信の2つを組み合わせて使用する。

呼制御とIP電話網間相互接続

呼制御を行う通信プロトコルとしてSession Initiation Protocol（SIP）が良く使われる。他にもH.323と言う通信プロトコルもある。
開発コスト・検討期間等の問題があるため、IP電話網間は、発着信二者間のSIPサーバ連携となった。

音声信号

音声信号の圧縮符号化方式には、通常0.3 - 3.4kHz帯域のものが用いられるが、0.05 - 7kHz帯域のものも使用される。狭い帯域で多数チャネルが必要な場合に、音声が一定のレベル以下のときにパケットを送出しない無音圧縮の手法が使われ、頭切れや演算負荷の増加の原因になることもある。
リアルタイム性を重視し再送信を行わないRTPを使用して音声パケットを送り、パケット通信網の遅延時間のばらつきによるパケットの間隔や順序の乱れを吸収するため、受信側にバッファメモリが使用される。バッファメモリによる遅延時間は、回線の状況が良いときは小さく、悪いときは大きく調整される。途中で破棄されたパケットは、直前のパケットのデータから演算した音声やホワイトノイズなどの挿入で補正される。
バッファ補正の遅延時間の影響で、みなし音声方式の場合ファクシミリなどのモデムやDTMFを使用した通信がうまくいかない場合がある。そのため、デジタルデータのパケットとしてファクシミリを送るための専用プロトコルであるT.38対応のゲートウェイを使用することもある。→InternetFAXを参照。

VoIP専用機器

VoIP専用機器には、呼制御を行う通信プロトコルとして、SIP (Session Initiation Protocol) のものとH.323のもの、IPv4のものとIPv6のものとがある。網として統一されていないと、多数のゲートウェイが必要となる。
2016年現在ではほぼSIPに統一され、H.323を利用することはまれである。

VoIP網制御装置

VoIP網制御装置とは、IPアドレスと電話番号の相互変換・通信帯域管理・輻輳処理・課金・プレゼンス管理などの付加機能などを行う機器。SIPではSIPサーバ、H.323の場合ゲートキーパーと呼ぶ。また、汎用サーバのソフトウェアとして実装されているものをソフトスイッチとも呼ぶ。
電話交換機より安価に導入でき、保守や機能拡張が容易である。

VoWLANコントローラー

VoWLANコントローラーとは、無線LANアクセスポイント間で無線IP電話機をハンドオーバーできるように制御する機器。無線LANのセキュリティ向上機能を持つものも多い。端末とアクセス・ポイント間との認証・ハンドオーバーの時間を短縮する規格としてIEEE 802.11iがある。また、品質確保のための帯域制御・同時通話数制限、待ち受け時間延長のための省電力制御の規格としてIEEE 802.11eがある。

Wi-Fi電話端末

Wi-Fi電話端末とは、無線LANに直結できる携帯型電話機。モバイルセントレックス用の端末として、期待されている。2007年現在、IEEE 802.11i・IEEE 802.11e対応の連続待ち受け時間などが改善されたものが登場し、また、携帯電話などとのデュアル機や、通信端末分離型（CFカード等）の端末も開発されている。
無線LAN内蔵携帯電話は、2004年からNTTドコモによって、企業向けに「PASSAGE DUPLE」というモバイルセントレックスサービスとして展開されている。「ホームU」という個人向けサービスも2008年7月より開始されている。

IP電話機

IP電話機とは、イーサネットに直結できる据え置き型電話機。Power over Ethernet機能のあるスイッチングハブからの給電で動作し、個別の電源アダプタが不要なものも存在する。また、スイッチングハブ機能を持ちパーソナルコンピュータとの連携機能を持つものもある。

ソフトフォン

ソフトフォンとは、パソコンのソフトウェアとして実現されたIP電話のことである。比較的安価で他ソフトとの連携機能・音声録音などの多くの機能を持ち、コールセンターなどで使用されている。無線IP電話機の携行忘れ時の代替用の導入もある。
また、USB接続のヘッドセット型で、内蔵メモリーにソフトウエアが書き込まれており、接続するだけでインストールされるものも販売されている。

スマートフォン

iPhoneやAndroidなどのスマートフォンにSkypeやViberなどのアプリケーションをインストールして、インターネット電話としての利用が可能。

端末機器接続方法

固定電話と、セカンダリIP電話とを1台の一般電話機で共用する場合
一般電話機 - | IP電話 | - 公衆交換電話網             |アダプタ| - IP中継網
プライマリIP電話と、セカンダリIP電話とを1台の一般電話機で共用する場合
一般電話機 - |セカンダリ| - 電話ケーブル - |プライマリ| - IP中継網             | アダプタ | - LAN ケーブル - | アダプタ |
固定電話と、セカンダリIP電話とを2台の一般電話機で別々に使用
一般電話機 (1)  - 公衆交換電話網
一般電話機 (2)  - |IP電話アダプタ| - IP中継網
プライマリIP電話と、セカンダリIP電話とを2台の一般電話機で別々に使用
一般電話機 (1)  ----- 電話ケーブル ----- |プライマリ| - IP中継網
一般電話機 (2)  - |セカンダリ| -- LAN -- | アダプタ |
                  | アダプタ |  ケーブル
2台対応のプライマリIP電話アダプタで一般電話機を使用
一般電話機 (1)  - | IP電話 | - IP中継網
一般電話機 (2)  - |アダプタ| 
固定電話と、セカンダリIP電話とをn台の一般電話機で共用する場合
一般電話機 (1)  - |内線電話| - 公衆交換電話網
一般電話機 (n)  - | 交換機 | - |IP電話アダプタ| - IP中継網
プライマリIP電話と、セカンダリIP電話とをn台の一般電話機で共用する場合
一般電話機 (1)  - |内線電話| ----- 電話ケーブル ----- |プライマリ| - IP中継網
一般電話機 (n)  - | 交換機 | - |セカンダリ| -- LAN -- | アダプタ |
                               | アダプタ |  ケーブル
ISDN対応BRIのS点・U点またはPRI接続のIP電話アダプタで一般電話機を使用
一般電話機 (1)  - |内線電話| - | IP電話 | - IP中継網
一般電話機 (n)  - | 交換機 |   |アダプタ|
ISDN対応BRIのS点・U点またはPRI接続のIP電話アダプタで固定電話を併用して一般電話機を使用
一般電話機 (1)  - |内線電話| - 公衆交換電話網
一般電話機 (n)  - | 交換機 | - |IP電話アダプタ| - IP中継網