Open Source and Enterprise IP PBXs

8/10/2019 Open Source and Enterprise IP PBXs

1/6

I n t e g r a t i o n of Open Source and E n t e r p r i s e

IP

PBXs

K r i s h n a S u m a n t h C h a v a

I n t e r n e t w o r k i n g

P r o g r a m

D a l h o u s i e

U n i v e r s i t y

H a l i f a x ,

N S , C a n a d a

k s c h a v a @ d a l . c a

A b s t r a c t - O v e r t h e l a s t f e w y e a r s , V o i c e o v e r I n t e r n e t

P r o t o c o l

( V o I P )

e v o l v e d

f r o m

e n a b l i n g

v o i c e c o m m u n i c a t i o n s

b e t w e e n

c o m p u t e r

t e r m i n a l s

t o p r o v i d i n g

much w i d e r

f u n c t i o n a l i t y

o f

t h e

P u b l i c S w i t c h e d T e l e p h o n y

N e t w o r k

( P S T N ) . T h e

i d e a

o f

d e p l o y i n g V o I P

i n

P r i v a t e

B r a n c h

e X c h a n g e s ( P B X s ) i s

g a i n i n g

c r e d e n c e

among s e r v i c e

p r o v i d e r s , a n d t h i s

p a p e r a d d r e s s e s s o m e

o f t h e d e s i g n i s s u e s r e l a t e d

t o

a n I P

PBX

i m p l e m e n t a t i o n .

S p e c i f i c a l l y ,

t h e

p a p e r

e x p l o r e s t h e i n t e r o p e r a b i l i t y

b e t w e e n

C i s c o C a l l

M a n a g e r (CCM)

a n d

L i n u x - b a s e d A s t e r i s k PBXs

c o r r e s p o n d i n g t o t h e e n t e r p r i s e - c l a s s a n d Open S o u r c e

I P

P B X s ,

r e s p e c t i v e l y . T h e a r c h i t e c t u r e o f t h e n e t w o r k i n g t e s t b e d i s

d o c u m e n t e d

f o r

r u n n i n g

v a r i o u s

V o I P

p r o t o c o l s

b e t w e e n

m u l t i -

v e n d o r d e v i c e s

a n d I P P B X s . T h e

r e s u l t s p r e s e n t e d

c a n

b e

b r o a d l y

d e f i n e d

i n t o

t h r ee a r e a s

o f

i n v e s t i g a t i o n : i )

t h e

u s e

o f

S e s s i o n I n i t i a t i o n

P r o t o c o l

( S I P )

a n d I n t e r A s t e r i s k

e X c h a n g e

( I A X ) t r u n k s

t o

i n t e g r a t e CCM

t o

A s t e r i s k PBXs

a n d

A s t e r i s k

t o

A s t e r i s k

P B X s ,

r e s p e c t i v e l y ;

i i )

e x a m i n i n g i n t e r o p e r a b i l i t y

b e t w e e n t h e CCM

a n d

A s t e r i s k

PBX

w i t h a d v a n c e d f e a t u r e s l i k e

C a l l

D i s p l a y , V o i c e m a i l ,

C a l l

D e t a i l R e c o r d s

( C D R )

a n d

V o i c e m a i l t o

e - m a i l

t r a n s f e r ;

a n d

i i i ) t e s t i n g

t h e r e s i l i e n c e o f

v o i c e q u a l i t y

a g a i n s t

p a c k e t

l o s s a n d

d e l a y

i n

t h e

Open

S o u r c e

PBX

t r u n k s w i t h

N a t i o n a l

I n s t i t u t e

o f

S t a n d a r d s

a n d

T e c h n o l o g y

( N I S T ) n e t w o r k

s i m u l a t o r .

K e y w o r d s - C o m p o n e n t ;

V o I P , P S T N , P B X , S I P , I A X , H . 3 2 3 , C C M , A s t e r i s k

P B X ,

N I S T - N e t .

I . INTRODUCTION

C o n v e r g e n c e

o f

c o m p u t e r

a n d c o m m u n i c a t i o n

i n d u s t r i e s

i n

t h e

1 9 9 0 s r e s u l t e d

i n

a n u m b e r o f new a n d

d i s r u p t i v e

t e c h n o l o g i e s

s u c h

a s

V o I P .

I n i t i a l l y ,

V o I P

p r o v i d e d

v o i c e

c o m m u n i c a t i o n s o v e r

g e n e r i c p a c k e t

s w i t c h e d

I n t e r n e t

w i t h

s p e c i a l i z e d

s o f t w a r e

l i k e

N e t

m e e t i n g

r u n n i n g

o n e a c h

c o m p u t e r

t e r m i n a l t o

e s t a b l i s h

v o i c e

c o m m u n i c a t i o n .

I n t h e l a s t

f e w

y e a r s ,

V o I P

d e p l o y m e n t

e n t e r e d i n t o e v e n

w i d e r

c o m m e r c i a l

a s p e c t s

o f m o d e r n

t e l e c o m m u n i c a t i o n s

b y b e i n g

c o n s i d e r e d a s a

r e p l a c e m e n t

f o r

l e g a c y

PBXs

i n t h e

c o n v e n t i o n a l

P S T N .

V o I P

t y p i c a l l y u s e s

t w o

t y p e s

o f

p r o t o c o l s : s i g n a l l i n g

a n d m e d i a t r a n s f e r .

S i g n a l i n g p r o t o c o l s

a r e

u s e d

t o

s e t

u p

a

v o ic e c o n ve r s at i o n

w h i l e

t h e

m e d i a

t r a n s f e r

p r o t o c o l s

a r e

u s e d

f o r t h e t r a n s f e r

o f

v o i c e t r a f f i c

o n c e

t h e

s e s s i o n i s

s u c c e s s f u l l y

e s t a b l i s h e d

[ 1 ] .

P B X ,

s h o r t f o r P r i v a t e B r a n c h

e X c h a n g e ,

i s

a

p r i v a t e

t e l e p h o n e

n e t w o r k t h a t i s u s e d

w i t h i n a

m i d - s i z e

c o m p a n y

t o

c o n n e c t t o PSTN

u s i n g

a

r e d u c e d

n u m b e r o f

l i n e s ; i . e . ,

u s e r s

o f

t h e

PBX

s h a r e a

c e r t a i n n u m b e r

o f o u t s i d e

l i n e s f o r

m a k i n g

t e l e p h o n e

c a l l s e x t e r n a l t o t h e PBX. T h e

p r e m i s e

f o r

t h e

d e v e l o p m e n t

o f

PBXs

w a s

t h a t t h e

m a j o r i t y

o f

t e l e p h o n e

c a l l s

J a c e k

I l o w

D e p t .

o f

E l e c . a n d

C o m p .

E n g .

D a l h o u s i e

U n i v e r s i t y

H a l i f a x ,

N S , C a n a d a

j

. i l o w @ d a l . c a

w e r e s t a y i n g w i t h i n t h e c o m p a n y a n d

o n l y

a s m a l l p r o p o r t i o n

o f

c a l l s a r e c o n n e c t e d t o t h e

P S T N . M o s t

m e d i u m - s i z e a n d

l a r g e r

c o m p a n i e s u s e a

PBX

b e c a u s e i t i s l e s s

e x p e n s i v e

t h a n

c o nn e ct i ng a n

e x t e r n a l

t e l e p h o n e l i n e

t o e v e r y

t e l e p h o n e

i n

t h e

o r g a n i z a t i o n .

I n

a d d i t i o n , i t

i s

e a s i e r t o

c a l l s o m e o n e

w i t h i n a

PBX

b e c a u s e t h e n u m b e r

y o u

n e e d t o

d i a l

i s

u s u a l l y j u s t 3

o r

4

d i g i t s .

W i t h t h e V o I P r e v o l u t i o n , s o m e

v e n d o r s o f

t h e

n e t w o r k i n g

e q u i p m e n t

r e a l i z e d

t h a t

t h e r e w a s

a p o t e n t i a l o f e n t e r i n g

t e l e c o m m u n i c a t i o n s e q u i p m e n t

PBX

d o m a i n a n d

t h e y

i n t r o d u c e d a n

e n t e r p r i s e

c l a s s

o f PBXs u s i n g

V o I P

t e c h n o l o g y ,

w h i c h

i n t h i s

p a p e r

we

r e f e r

t o a s

E n t e r p r i s e

I P

PBX. C i s c o

w i t h

i t s C a l l

M a n a g e r

a n d

U n i t y

s o l u t i o n s i s a n

e x a m p l e o f

t h i s

p a r a d i g m

s h i f t

i n

t h e

PBX

i m p l e m e n t a t i o n

s p a c e

[ 2 ] .

I t d i d

n o t

t a k e much t i m e

t o

i n t r o d u c e a n O p e n S o u r c e

c o n v e r g e d

t e l e ph o n y p l a tf o rm

t o

i m p l e m e n t

I P PBX

d e s i g n e d p r i m a r i l y

t o

r u n

o n L i n u x ,

h e r e a f t e r r e f e r r e d t o

i n t h i s

p a p e r

a s t h e

A s t e r i s k

PBX

[ 3 ] .

B e f o r e

s e r i o u s

d e p l o y m e n t s o f

t h e A s t e r i s k

PBX,

t h e

i n t e g r a t i o n o f

t h e

e n t e r p r i s e a n d O p e n S o u r c e PBXs

i s

o f g r e a t i n t e r e s t

t o t h e

t e l e c o m m u n i c a t i o n i n d u s t r y

c o m m u n i t y .

I t i s

b e c a u s e o f

t h i s

i n t e r e s t t h a t

t h e

i n t e r o p e r a b i l i t y

i s s u e s

i n

CCM a n d A s t e r i s k h a v e b e e n c h o s e n

f o r

i n v e s t i g a t i o n

i n

t h i s

p a p e r .

I n

p a r t i c u l a r ,

we

c o n f i g u r e

A s t e r i s k

i m p l e m e n t a t i o n s o f O p e n S o u r c e

P B X s ,

C i s c o

C a l l

M a n a g e r

a n d

U n i t y

b o x e s t o b e

i n t e r o p e r a b l e

b e t w e e n

t h e m s e l v e s

a n d

P S T N . T h i s


p r o v i d e s

c o m p a r a b l e i n t e l l i g e n t

s e r v i c e s f e a t u r e

s e t s

l i k e

C a l l

D i s p l a y

a n d

V o ic e ma i l. T h is

p a p e r

a l s o i n t e g r a t e s t w o A s t e r i s k

PBX

s e r v e r s

t o

e x a m i n e

t h e

s c a l a b i l i t y

o f A s te r is k -b a s e d

PBX

s o l u t i o n s .

I n t e g r a t i o n

o f

t h e PBXs

e x p l o r e d

i n

t h i s

p a p e r

c o v e r

i )

t h e

v a r i o u s w a y s

o f

s e t t i n g

u p t r u n k s

b e t w e e n t h e

PBXs a n d

i i ) c o n f i g u r a t i o n

o f

t h e

e f f e c t i v e

a n d f u n c t i o n a l t r u n k s

i n

t h e

t e s t b e d .

A d d i t i o n a l l y ,

t h e

r e s i l i e n c e

o f

a

V o I P

PBX

s o l u t i o n

m e a s u r e d

t h r o u g h

v o i c e q u a l i t y

f o r d i f f e r e n t

P a c k e t L o s s R a t e s

( P L R s )

a n d d e l a y s

i s

t e s t e d o n

t h e

O p e n S o u r c e

P B X s . T h e

t e s t i n g

o f t h e

s e t u p

i s

c o n d u c t e d a t D a l h o u s i e

U n i v e r s i t y u s i n g

e q u i p m e n t

w i t h i n t h e

A d v a n c e d I n t e r n e t w o r k i n g L a b o r a t o r y

( A I L )

e n v i r o n m e n t d e v e l o p e d

t h r o u g h

t h e C a n a d a

F o u n d a t i o n

f o r

I n n o v a t i o n

( C F I )

g r a n t [ 4 ] .

I I . VoIP TECHNOLOGY

T h e s e c t i o n

p r o v i d e s

a n o v e r v i e w o f t h e s t a n d a r d s a n d

t e c h n o l o g i e s

r e l a t e d

t o t h e t e s t b e d

p r e s e n t e d

i n t h i s

p a p e r .

S p e c i f i c a l l y ,

s u b s e c t i o n

I I . A d i s c u s s e s d i f f e r e n t

V o I P c a l l

c o n t r o l a n d

s i g n a l l i n g p r o t o c o l s .

T h i s i s f o l l o w e d

i n

I I . B

b y

a n

e x p l a n a t i o n

o f

t h e v a r i o u s

t y p e s

o f

V o I P d e v i c e s

u s e d

i n

t h i s


2/6

p r o j e c t . S u b s e c t i o n I I . C d e s c r i b e s c o n f i g u r a t i o n s o f CCM

a n d

A s t e r i s k P B X s .

A .

V o I P P r o t o c o l s

T h e t w o s t a n d a r d i z e d V o I P p r o t o c o l s

a r e

H . 3 2 3

a n d

S e s s i o n

I n i t i a t i o n P r o t o c o l ( S I P ) .

T h e

l i g h t w e i g h t n a t u r e o f

t h e

S I P P r o t o c o l i s t h e k e y

r e a s o n

w h y ,

i n

r e c e n t

y e a r s ,

t h i s

p r o t o c o l

h a s b e e n t h e s u b j e c t

o f e x t e n s i v e

r e s e a r c h . S I P

i s

u s e d

w i t h

R e a l

T i m e

T r a n s p o r t P r o t o c o l

( R T P )

f o r r e a l

t i m e

m e d i a

t r a n s f e r

i n

t h e

V o I P c o m m u n i c a t i o n . R e c e n t l y , I AX ( I n t e r

A s t e r i s k e X c h a n g e

P r o t o c o l ) ,

a

t h i r d

V o I P

p r o t o c o l ,

h a s

g a i n e d

a t t e n t i o n

i n

t h e O p e n

S o u r c e c o m m u n i t y

[ 5 ] . I AX h a s n o t b e e n

s t a n d a r d i z e d

y e t b y

t h e

I E T F .

T h e

p r i m a r y d e s i g n

g o a l s

f o r

t h e

I AX p r o t o c o l

a r e :

*

To p r o v i d e n a t i v e s u p p o r t

f o r

N A T t r a n s p a r e n c y .

*

To

m i n i m i z e

b a n d w i d t h

u s a g e

f o r

b o t h c o n t r o l a n d

m e d i a

w i t h

s p e c i f i c e m p h a s i s

o n

i n d i v i d u a l v o i c e c a l l s .

I AX

i s

a p e e r - t o - p e e r m e d i a a n d

s i g n a l l i n g p r o t o c o l . W i t h

r e s p e c t

t o m e d i a ,

t h e s e q u e n c i n g a n d t i m i n g i n f o r m a t i o n i s

i n c l u d e d i n I AX

f r a m e s .

T h e I AX p r o t o c o l d o e s

n o t u s e

t h e

R T P

f o r

t r a n s p o r t

o f

m e d i a

a n d i s

t h u s

d i f f e r e n t

t o

S I P .

I n

I A X ,

b o t h s i g n a l l i n g

a n d m e d i a

s h a r e

t h e s a m e

U D P

p o r t

n u m b e r

a n d h e n c e I AX d o e s n o t s u f f e r

N A T

t r a v e r s a l p r o b l e m s t h a t a r e

a s s o c i a t e d w i t h S I P .

I AX

i s a

b i n a r y p r o t o c o l . T h i s d e s i g n

c h o i c e

w a s m a d e f o r b a n d w i d t h

e f f i c i e n c y .

T h e

I AX

p r o t o c o l

i s

u s e d

t o c r e a t e

t r u n k s

b e t w e e n t h e

t w o

A s t e r i s k

PBX

s e r v e r s

w h i l e

t h e CCM v e r s i o n

4 . 1 a n d

A s t e r i s k PBX w e r e

i n t e g r a t e d

w i t h S I P t r u n k s t o

p r o v i d e

s e a m l e s s c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n

t h e

t w o

I P

PBX

c l a s s e s

( E n t e r p r i s e

a n d

O p e n S o u r c e )

i n

t h e

t e s t b e d .

[ 6 ]

B .

V o I P

D e v i c e s

A w i d e

v a r i e t y

o f

V o I P d e v i c e s h a v e

b e e n

d e p l o y e d

i n

t h e

t e s t b e d ,

s u c h a s s o f t

p h o n e s , A n a l o g

T e l e p h o n e

A d a p t e r s

( A T A ) ,

V o I P

p h o n e s a n d W i - F i

V o I P

p h o n e s .

T h e

s p e c i f i c

m o d e l s

a n d s o f t w a r e u s e d

i n

e a c h o f

t h e s e

c a t e g o r i e s a r e l i s t e d

i n

T a b l e

1 .

T A B L E

I .

VoIP

D E V I C E S I N

THE

T E S T B E D .

S o f t

p h o n e s

ATAs V o I P

W i - F i

VoIP

p h o n e s

p h o n e s

V i r b i a g e

F i r e f l y ,

X -

L i n k s y s ATCOM

S I P

C i s c o 7 9 2 0 ,

P r o P o c k e t

P C ,

PAP2

p h o n e ,

C i s c o U T S t a r c o m

P o c k e t PC I A X 7 9 7 0

F 1 0 0 0 .

I n

a d d i t i o n ,

t h e t e s t b e d

i n c l u d e s

C i s c o

A i r o n e t

1 2 0 0 s e r i e s

access

p o i n t s

t o

p r o v i d e

W i - F i

access f o r t h e C i s c o

7 9 2 0 ' s .

The

t e s t b e d a n d i t s

s e t u p

are

e x p l a i n e d

i n

S e c t i o n

I I I w i t h t h e

d e t a i l e d

c o n f i g u r a t i o n s p r o v i d e d

i n

[ 7 ] .

T h i s

a l s o

a p p l i e s

t o

t h e

I P

PBX

s e r v e r s , t h e

most

i m p o r t a n t components

o f t h e t e s t b e d

t h a t a l l t h e s e d e v i c e s are c o n n e c t e d t o .

C .

I P

PBX S e r v e r s

An I P

PBX

d e l i v e r s d i a l

t o n e ,

t h e

a b i l i t y

t o

c o n f e r e n c e ,

C a l l

t r a n s f e r ,

a n d

most

i m p o r t a n t l y

d i a l s

o t h e r

e m p l o y e e s b y

e x t e n s i o n n u m b e r . I t

p r o v i d e s

s t a n d a r d

f e a t u r e s

o f t h e PSTN

l i k e C a l l

D i s p l a y a s

w e l l

a s f e a t u r e s s p e c i f i c

t o

V o I P

l i k e

v o i c e

t o e - m a i l

f o r w a r d i n g .

A l l

o f

t h i s

b e i n g

p o s s i b l e

b e c a u s e

v o i c e

t r a n s m i s s i o n s

a r e c a r r y i n g

v i a

d a t a p a c k e t s o ve r a d a t a n e t w o r k

i n s t e a d o f

c i r c u i t - s w i t c h i n g

i n

t h e t r a d i t i o n a l

p h o n e

n e t w o r k .

We

c l a s s i f y

I P PBX

s e r v e r s i n t w o t y p e s . E n t e r p r i s e I P

PBX

l i k e C i s c o

C a l l

M a n a g e r , N o r t e l M e r i d i a n

61C

a n d O p e n

S o u r c e

I P

PBXs l i k e

A s t e r i s k

P B X , S I P E x p r e s s R o u t e r

a n d

S I P X .

T h e

t w o

PBXs u s e d

i n

t h e

t e s t b e d

d e s c r i b e d

i n

t h i s

p a p e r

a r e C i s c o C a l l

M a n a g e r

a n d A s t e r i s k a s e x a m p l e s

o f

t h e

e n t e r p r i s e - c l a s s

a n d

O p e n S o u r c e

P B X s ,

r e s p e c t i v e l y .

T h e

p a p e r

a i m s

a t c o n f i g u r i n g

t h e s e

t w o

t y p e s

o f

I P

PBXs f o r

s e a m l e s s i n t e r o p e r a b i l i t y

a n d

i n t e g r a t i o n . S p e c i a l

a t t e n t i o n

i s

p a i d

t o

a n a l y z e

t h e

p e r f o r m a n c e o f t h e s e

I P

PBXs

i n

t h e

p r e s e n c e

o f

I P

p a c k e t l o s s

e m u l a t e d

u s i n g t h e NIST n e t w o r k

s i m u l a t o r .

T h e

CCM

r e q u i r e s t h e C i s c o

U n i t y b o x

f o r t h e o v e r a l l

s y s t e m

t o

d e l i v e r

p o w e r f u l

u n i f i e d

m e s s a g i n g ( e - m a i l , v o i c e ,

a n d f a x

m e s s a g e s

s e n t t o

o n e i n b o x )

a n d

i n t e l l i g e n t

v o i c e

m e s s a g i n g . T h e

CCM

u s e d

i n

t h e t e s t b e d

w a s v e r s i o n 4 . 1 .

C i s c o

C a l l

M a n a g e r

s e r v e s a s t h e

s o f t w a r e - b a s e d ,

c a l l -

p r o c e s s i n g

c o m p o n e n t

o f

t h e

C i s c o

I P

T e l e p h o n y

S o l u t i o n

f o r

t h e

e n t e r p r i s e

p a r t

o f C i s c o A V V I D

( A r c h i t e c t u r e

f o r V o i c e ,

V i d e o a n d

I n t e g r a t e d D a t a ) .

T h e

i n t e g r a t i o n

o f

C a l l

M a n a g e r

a n d

U n i t y

w a s

a l r e a d y

s e t

u p

i n t h e

A d v a n c e d I n t e r n e t w o r k i n g

l a b o r a t o r y p r i o r t o t h e


o f

t h i s

p r o j e c t .

T h e

O p e n S o u r c e

I P

PBX t h a t i s

u s e d

i n

t h e

p a p e r

i s t h e

A s t e r i s k

PBX

v e r s i o n 1 . 2 . 1 , t h e

l a t e s t

v e r s i o n w h e n t h e

t e s t b e d

w a s

o r i g i n a l l y

s e t

u p .

T h e l a t e s t v e r s i o n o f t h e

A s t e r i s k

PBX

a t

t h e

w r i t i n g

o f t h i s

p a p e r

i s 1 . 2 . 1 4 . A s t e r i s k

i s

a

c o m p l e t e

PBX

s o f t w a r e s o l u t i o n . I t c a n

b e

r u n

o n

L i n u x ,

F r e e

B S D ,

C e n t o s ,

a n d D e b i a n .

I t

p r o v i d e s a l l

t h e

f e a t u r e s t h a t o n e e x p e c t s

f r o m

a

PBX. A s t e r i s k

i m p l e m e n t s

v o i c e o v e r

I P

u s i n g

t h r e e

p r o t o c o l s

S I P ,

I AX

a n d

H . 3 2 3

a n d ,

w h e n

u s i n g

S I P

o r

H . 3 2 3 ,

R T P i s

u s e d

f o r

a u d i o

p a c k e t

d e l i v e r y .

I t

c a n

i n t e r o p e r a t e

w i t h a l mo s t

a l l V o I P

s t a n d a r d - c o m p l i a n t

t e l e p h o n y e q u i p m e n t u s i n g

r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e

h a r d w a r e .

A s t e r i s k n e e d s

n o

a d d i t i o n a l

h a r d w a r e f o r

V o i c e o v e r I P .

F o r i n t e r c o n n e c t i o n w i t h

d i g i t a l

a n d

a na lo g t el ep ho ny

e q u i p m e n t ,

A s t e r i s k

s u p p o r t s

a

n u m b e r o f

h a r d w a r e

d e v i c e s ,

m o s t n o t a b l y a l l o f

t h e

h a r dw a r e m a n u f a c t ur e d

b y

A s t e r i s k s

s p o n s o r s , e . g . , D i g i u m .

H a r d w a r e

f r o m

v e n d o r s

l i k e

S a n g o m a

a n d R e d F o n e i s

a l s o

s u p p o r t e d

b y

A s t e r i s k .

D i g i u m

h a s

s i n g l e

a n d

q u a d s p a n

T I a n d

E l

i n t e r f a c e s

f o r i n t e r c o n n e c t i o n t o

P R I

l i n e s a n d c h a n n e l b a n k s

a s

w e l l

a s a

s i n g l e p o r t

FXO

c a r d a n d

a

o n e t o

f o u r - p o r t

m o d u l a r

FXS a n d FXO c a r d .

T h e A s t e r i s k

c o r e

h a n d l e s t h e s e i t e m s

i n t e r n a l l y u s i n g

[ 5 ] :

*

PBX S w i t c h i n g

-

t h e

S w i t c h i n g

C o r e

t r a n s p a r e n t l y

c o n n e c t s c a l l e r s

a r r i v i n g

o n d i f f e r e n t h a r d w a r e a n d

s o f t w a r e i n t e r f a c e s . To

p r o v i d e

n a t i v e

s u p p o r t

f o r

N A T

t r a n s p a r e n c y .

*

A p p l i c a t i o n

L a u n c h e r

-

l a u n c h e s

a p p l i c a t i o n s

r e q u i r e d

f o r

v a r i o u s

s e r v i c e s ,

s u c h a s

V o i c e m a i l ,

f i l e

p l a y b a c k ,

a n d

d i r e c t o r y l i s t i n g .


3/6


4/6

T h e S I P

t r u n k

C o n f i g u r a t i o n o n t h e

CCM

i s s h o w n

i n

F i g u r e 2 . A s t e r i s k s e r v e r s

s e n d

t h e

S I P

c a l l s t o t h e

S I P

UA

c o n f i g u r e d

i n t h e C i s c o

3 8 4 5 . S i m i l a r l y ,

a H . 3 2 3

g a t e w a y

i s s e t

u p o n t h e

CCM t o

s e n d

i t s PSTN

c a l l s t h r o u g h

t h e

FXO p o r t o n

t h e C i s c o 3 8 4 5

r o u t e r .

T h e C i s c o 3 8 4 5

r o u t e r

i s

u s e d

t o

t e r m i n a t e t h e

S I P c a l l s

f r o m t h e A s t e r i s k

s e r v e r s

t o

t h e P S T N .

B . T e s t i n g

T h e

r e s e a r c h

o b j e c t i v e s

i n

t e s t i n g

t h e t e s t b e d

a r e a s

f o l l o w s :

1 . To

m a k e

CCM

a n d t h e

A s t e r i s k i n t e r o p e r a b l e

a n d s t i l l

p r o v i d e t h e i r a d v a n c e d

f e a t u r e s

w i t h g o o d v o i c e

q u a l i t y .

2 .

To a n a l y z e t h e

p r o b l e m s

t h a t

o n e

h a s t o

d e a l w i t h

d u r i n g

t h e

i n t e g r a t i o n .

3 .

To

v e r i f y

t h e

s c a l a b i l i t y o f

t h e

A s t e r i s k - b a s e d

I P

PBX

s o l u t i o n b y

i n t e g r a t i n g

t w o A s t e r i s k

PBX s e r v e r s .

4 .

To

u s e

NIST

N e t n e t w o r k e m u l a t o r

f o r

i m i t a t i n g

t h e

p e r f o r m a n c e d y n a m i c s l i k e

v o i c e

q u a l i t y , d e l a y ,

a n d

PL R

( P a c k e t L o s s R a t e )

i n

t h e

I AX t r u n k s

b e t w e e n t h e

A s t e r i s k s e r v e r s , a s d i s c u s s e d

i n

d e t a i l

i n

S e c t i o n I V .

5 . To

d o c u m e n t

t h e

t e s t r e s u l t s

o f

i n c o m i n g a n d o u t g o i n g

c a l l s b e t w e e n PSTN t o A s t e r i s k a n d

PSTN

t o

CCM,

a n d

t o

c a p t u r e

t h e v o i c e

p a c k e t s a t d i f f e r e n t

p o i n t s

i n

t h e n e t w o r k .

T h e I AX t r u n k s t a t e

i s

r e g i s t e r e d o n

t h e

t w o

A s t e r i s k

s e r v e r s a n d h e n c e e n a b l e s c o m mu n i c a t i o n b e t w e e n t h e c l i e n t s

( S I P

a n d

I A X ) r e g i s t e r e d

t o t h e

t w o

s e r v e r s .

F i g u r e

3

s h o w s

t h e

s t a t e o f t h e t r u n k

a s

s e e n

f r o m

o n e o f t h e A s t e r i s k s e r v e r s

i n

t h e

t e s t b e d .

T h e v o i c e q u a l i t y i s c h e c k e d f o r a l l c a l l s .

I t

i s o b s e r v e d t h a t

PSTN c a l l s

c a n n o t b e

d i a l e d f r o m

I AX

e x t e n s i o n s o f A s t e r i s k

w i t h o u t

u s i n g

a S I P

p e e r

o n A s t e r i s k . T h e r e a s o n f o r

t h i s

l i m i t a t i o n

i s b e c a u s e

t h e

C i s c o

3 8 4 5

r o u t e r

i s

c o n f i g u r e d

t o

a c c e p t

o n l y

S I P c a l l s .

F i g u r e

3 .

I AX t r u n k

s t a t e on t h e A s t e r i s k

S e r v e r 1 .

T h e IAX2

p a c k e t c a p t u r e d

on t h e

I AX t r u n k when a c a l l i s

i n

progress

b e t w e e n two S I P

c l i e n t s

r e g i s t e r e d

t o

t h e

two

A s t e r i s k servers

i s

s h o w n i n

F i g u r e

4 .

A

c l o s e

e x a m i n a t i o n

o f

c a p t u r e d

p a c k e t s

i n

F i g .

4

s h o w s t h a t t h e r e are two

I P

s u b n e t s ;

t h i s

i s

b e c a u s e t h e

s p e c i a l i z e d

PC

r u n n i n g

NIST N e t

i s

a c t i n g

as a r o u t e r b e t w e e n

t h e

two n e t w o r k s

w i t h

d i f f e r e n t

I P

PBXs t o

s i m u l a t e

c o n g e s t i o n

c o n d i t i o n s i n t h e r e a l i s t i c n e t w o r k s .

F i g u r e 4 .

IAX2

p a c k e t

c a p t u r e d

o n

t h e IAX t r u n k .

I V .

PERFORMANCE

T h i s

s e c t i o n

e x a m i n e s

t h e r e s i l i e n c e

o f

t h e

V o I P

n e t w o r k

i n t r o d u c e d

i n

t h e

p r e v i o u s

s e c t i o n

a g a i n s t

I P

p a c k e t t r a n s p o r t

i m p e r f e c t i o n s ,

s u c h a s d e l a y

a n d p a c k e t

l o s s

i n

t h e

I AX t r u n k s ,

u s i n g v o i c e

q u a l i t y p a r a m e t e r s . R e s i l i e n c y

i n

t h e c o n t e x t o f t h e

p r o j e c t i s t h e c h a r a c t e r i s t i c o f

b e i n g

a b l e t o

a d a p t u n d e r

s t r e s s

o r f a u l t s

i n

o r d e r t o a v o i d

f a i l u r e . I t i s a n a t t r i b u t e

t h a t

c o n t r i b u t e s

t o

a c h i e v i n g

t h e

r e q u i r e d r e l i a b i l i t y

b u t i s

n o t

a n

i n d e p e n d e n t

m e a s u r e o f i t [ 1 0 ] .

I n

t h i s s e c t i o n ,

NIST N e t e m u l a t o r i s

u s e d

i n

o u r

i n v e s t i g a t i o n s

t o

d r o p

t h e p a c k e t s

i n

r e a l t i m e a n d

e x a m i n e t h e

v o i c e

q u a l i t y

a t d i f f e r e n t

P a c k e t

L o s s

R a t e s

( P L R s ) [ 1 1 ] .

NIST

N e t

e m u l a t o r

i s

u s e d o n

t h e

I AX

t r u n k a n d

b e t w e e n

A s t e r i s k

PBX

a n d

i t s

s o f t p h o n e c l i e n t . We e x a m i n e d t h e

r e s i l i e n c e

a g a i n s t d e l a y

a n d p a c k e t

l o s s

b y

p l y i n g

a n d

r e c o r d i n g

v o i c e

m e s s a g e s

i n

t h e

I P

PBXs w i t h

d i f f e r e n t

c h o i c e o f

p a r a m e t e r s

f o r

PL R a n d

d e l a y . S p e c i f i c a l l y ,

S e c t i o n I V . A d i s c u s s e s t h e

r e s i l i e n c e a g a i n s t

PL R

u s i n g q u a l i t a t i v e

a n a l y s i s ,

w h i l e S e c t i o n

I V . B d i s c u s s e s

s y s t e m r e s i l i e n c e a g a i n s t d e l a y .

Among many

f e a t u r e s

s u p p o r t e d

i n I P

PBXs a n d v e r i f i e d t o

o p e r a t e c o r r e c t l y

i n

t h i s

p r o j e c t e . g . ,

C a l l

D i s p l a y , V o i c e m a i l ,

V o i c e m a i l t o

e - m a i l , r e c o r d i n g

o f

t h e

c a l l s ) ,

t h i s

p a p e r

d o c u m e n t s

i n

S e c t i o n I V . C

o b t a i n i n g o f

C a l l D e t a i l R e c o r d s

( C D R )

a s

a n

e x a m p l e

f o r t h e

p o s s i b i l i t y

o f c e n t r a l i z e d

a c c o u n t i n g , b i l l i n g

a n d

a u d i t i n g

f u n c t i o n s .

A .

R e s i l i e n c e

a g a i n s t

P a c k e t L o s s R a t e

To

v e r i f y

t h e r e s i l i e n c e a g a i n s t

p a c k e t

l o s s

i n

A s t e r i s k

P B X ,

t h e NIST N e t i s

p l a c e d

o n t h e

I AX

t r u n k

w i t h

A s t e r i s k s e r v e r s

o n t w o d i f f e r e n t n e t w o r k s a n d

i n v e s t i g a t e d

v o i c e t r a f f i c

b e i n g

r o u t e d

t h r o u g h

NIST N e t . We a l s o

p l a c e d

NIST N e t b e t w e e n

a n

A s t e r i s k s e r v e r

a n d

a

PC

h a v i n g

a s o f t

p h o n e

r e g i s t e r e d

t o

A s t e r i s k . T h e

a n a l y s i s

o f v o i c e

q u a l i t y

i s m a d e

u s i n g

t h e

Mean

S q u a r e

E r r o r

( M S E )

e s t i m a t e

o f

a n e r r o r

s i g n a l ,

w h i c h

i s t h e

p o w e r

o f a

s i g n a l

b e i n g

a

d i f f e r e n c e b e t w e e n

o r i g i n a l

v o i c e

s i g n a l

a n d t h e v o i c e

s i g n a l

r e c o r d e r a f t e r

e m u l a t i n g

t h e

p a c k e t

l o s s .


5/6

1 )

On

IAX

T r u n k s

( A s t e r i s k - N I S T N e t - A s t e r i s k )

T h e

NIST N e t

w a s

p l a c e d b e t w e e n t h e A s t e r i s k

s e r v e r s a n d

t h e p a c k e t l o s s w a s i n t r o d u c e d f r o m 0

t o

3 0 .

T h e v o i c e

q u a l i t y s t a r t e d d e g r a d i n g v e r y b a d l y

f r o m

20

P L R . B u t t h e

c a l l

s t a y s c o n n e c t e d ,

w h i c h m e a n s

s i g n a l l i n g i n f o r m a t i o n ( S I P )

i s

b e i n g

s e n t . T h e r e a s o n f o r

t h a t

i s t h e s i g n a l l i n g i n f o r m a t i o n i s

s e n t

i n T CP

p a c k e t s a n d t h e n e t w o r k

s t a y s

u p t i l l

we

h a v e s o m e

n e t w o r k p r o b l e m s .

f i n d i n g

t h e mean

s q u a r e

e r r o r e s t i m a t e . F i g u r e

7 s h o w s

t h e

Mean

S q u a r e E r r o r e s t i m a t e

v a l u e s i n

d i f f e r e n t

PL R

s c e n a r i o s

f o r

t h e s e t u p d e sc r i b ed a b o ve . Due t o t h e e x c e s s i v e

c l i p p i n g

i n

A s t e r i s k

PBX

w h i l e r e c o r di n g t h e

c a l l s ,

t h e r e s u l t s a r e n o t

c o n c l u s i v e .

F i g u r e 7 . Mean S q u a r e E r r o r e s t i m a t e s o n t h e

IAX

t r u n k .

F i g u r e 5 .

5

P a c k e t

l o s s

o n t h e IAX t r u n k .

F i g u r e s 5 a n d 6 s h o w t i m e w a v e f o r m s

i n

M a t l a b

[ 1 2 ]

r e p r e s e n t i n g

t h e

o r i g i n a l

v o i c e

s i g n a l ( i n b l u e )

a n d t h e v o i c e

s i g n a l

r e c o r d e d

( i n r e d )

a f t e r

e m u l a t i n g

t h e

p a c k e t

l o s s o n t h e

I AX

t r u n k

w i t h

PL R s c e n a r i o s o f 5 a n d

3 0 , r e s p e c t i v e l y .

T h e g r a p h s c l e a r l y v i s u a l i z e t h e

p e r i o d s

w h e n t h e

p a c k e t s

a r e

b e i n g

l o s t

w i t h

t h e

c o n t i n u o u s

l i n e s a t

z e r o l e v e l ( r e d

w a v e f o r m s ) .

I n

a d d i t i o n ,

F i g u r e s 5 a n d 6 a l s o d o c u m e n t

s o m e

o f t h e

p r o b l e m s

w h e n

a n a l y z i n g s p e e c h s i g n a l s

i n

t h e t i m e

d o m a i n s u c h a s

s a m p l e c l i p p i n g ( d y n a m i c r a n g e l i m i t a t i o n s )

a n d

s a m p l e

i n v e r s i o n s w h i c h

a r e

t h e

r e s u l t

o f

m u l t i p l e

t r a n s c o d i n g o f

s p e e c h s i g n a l s

b e t w e e n

d i f f e r e n t

s e r v e r s

w i t h

d i f f e r e n t

v o i c e

c o d e c s ,

e . g . ,

S a n d

G 7 1 1 I U .

30 p a c k e t l o s s

on t h e

I A X T r u n k

0 . - 0 8

t

B e c a u s e

o f

t h i s a n d

o t h e r

l i m i t a t i o n s o f h a r d w a r e a n d s o f t w a r e

t o o l s

f o r

s p e e c h a n a l y s i s

i n

t h e AIL

e n v i r o n m e n t ,

we a r e

u n a b l e t o

p r o v i d e

a

m o r e

i n f o r m a t i v e

a n a l y s i s

o f

v o i c e

q u a l i t y

i n

t h e

p r o j e c t .

2 ) B e t w e e n a s o f t p h o n e o n a PC a n d a p h o n e u n d e r

c o n t r o l

o f t h e

A s t e r i s k

s e r v e r

F o r

n e t w o r k p e r f o r m a n c e a n a l y s i s

i n t h i s

s e c t i o n , t h e NIST

N e t

w a s

p l a c e d

b e t w e e n t h e

A s t e r i s k

s e r v e r a n d t h e PC

h a v i n g

t h e s o f t

p h o n e .

P a c k e t l o s s w a s i n t r o d u c e d

f r o m

0 t o 3 0 . T h e

v o i c e

q u a l i t y

s t a r t e d

d e g r a d i n g v e r y b a d l y

f r o m

20

P L R ,

b u t

t h e c a l l

s t a y s

c o n n e c t e d w h i c h m e a n s

s i g n a l l i n g

i n f o r m a t i o n

( S I P )

i s

b e i n g

s e n t .

T h e

r e a s o n

f o r

t h i s i s t h a t

s i m i l a r l y

a s

i n

t h e

p r e v i o u s s e c t i o n ,

t h e

s i g n a l l i n g

i n f o r m a t i o n i s

s e n t

i n

T CP

p a c k e t s

a n d t h e n e t w o r k

s t a y s u p

t i l l we h a v e some n e t w o r k

p r o b l e m s .

T h e

v o ic e c a n

b e

u n d e r s to o d w i th

d i f f i c u l t y

a t 20

PL R

a n d i s u n d e r s t a n d a b l e

c o m f o r t a b l y a t

o r l e s s t h a n 10

P L R s .

E )

0 . 0 2

;2

-0 . 04-

1. 5

1 . 5 1

1 . 5 2 1 . 5 3

T

m e ( s e c s )

F i g u r e 6 .

30

P a c k e t

l o s s

o n t h e I AX

t r u n k .

T h e q u a n t i t a t i v e

a n a l y s i s

f o r

t h e

r e s i l i e n c e

a g a i n s t

PL R i s

d o n e

u s i n g

t h e Mean

S q u a r e

E r r o r

e s t i m a t e . A

c a l l

i s s e n t

o v e r

t h e

I AX

t r u n k ,

t h e

p a c k e t s

a r e

d r o p p e d ,

a n d t h e

c a l l s a r e r e c o r d e d

o n b o t h e nd s

i n

wav

f o r m a t .

T h e

wave

f i l e s a r e t h e n r ea d i n t o

M a t l a b

t o

f i n d t h e mean

s q u a r e

e r r o r

e s t i m a t e

a t

d i f f e r e n t

P L R s . We c a l c u l a t e d t h e c r o s s c o r r e l a t i o n a n d h a d t a k e n c a r e

i n

t h e

a l i g n m e n t

o f

t h e wave f i l e s w i t h

r e s p e c t

t o t h e

d e l a y

w h i l e

i g u r e

8 . Mean

S q u a r e

E r r o r

e s t i m a t e s

b e t w e e n

s o f t

p h o n e

a n d

A s t e r i s k .

T h e P a c k e t

L o s s

R a t e i s i n t r o d u c e d

i n

t h e NIST

N e t ,

t h e

c a l l s a r e

r e c o r d e d ,

a n d

t h e wave

f i l e s

a r e r e a d

i n

M a t l a b

t o f i n d

t h e Mean

S q u a r e

E r r o r

e s t i m a t e

s i m i l a r l y

a s d e s c r i b e d

i n

0 . 0 6

0 . 0 4

-0 .

06

O r i g i n a l S i g n a l

R e c e i v e d

S i g n a l

1 . 5 4 1 . 5 5 1 . 5 6

-0 . 0 8


6/6

p r e v i o u s s e c t i o n .

F i g u r e

8 s h o w s

t h e

Mean

S q u a r e

E r r o r

e s t i m a t e v a l u e s

w i t h PLRs

s e t a t

1 0 ,

2 0 , 2 5 a n d

3 0 . Due

t o

t h e e x c e s s i v e c l i p p i n g i n A s t e r i s k

PBX

w h i l e r e c o r di n g t h e

c a l l s ,

t h e

r e s u l t s

a r e

n o t

a s

c o n v i n c i n g f o r

t h e

s a m e

r e a s o n s a s

d i s c u s s e d

i n

t h e p r e v i o u s s e c t i o n . N e e d l e s s t o a d d , t h e r e s u l t s

o b t a i n e d

c o u l d b e m o r e c o n c l u s i v e

h a d

we

u t i l i z e d a Hammer

C a l l

A n a l y z e r

o r some o t h e r m o r e s o p h i s t i c a t e d s p e e c h a n a l y s i s

t o o l s t h a t c o u l d m i n i m i z e

c l i p p i n g

i n t r o d u c e d

b y t h e A s t e r i s k

s e r v e r s [ 1 3 ] .

B .

R e s i l i e n c e

a g a i n s t d e l a y

D e l a y i s

i n t r o d u c e d

u s i n g NIST

N e t

i n t h e t w o s c e n a r i o s

t h a t

we

h a d d i s c u s s e d

i n

S e c t i o n

I V . A .

When d e l a y i s

i n t r o d u c e d

t h e r e c e i v e r h e a r s

t h e

c a l l e r w i t h a

d e l a y a t

h i s e n d .

A s

e x p e c t e d ,

w h e n a d el a y o f 1 5 0 ms

o r

a b o v e

i s i n t r o d u c e d i n

t h e

n e t w o r k ,

we a r e

g e t t i n g a n o t i c e a b l e e c h o

d u r i n g t h e

c a l l s .

C . C a l l D e t a i l R e c o r d s

T h e C a l l D e t a i l

R e c o r d s

( C D R ) p l a y s

a n

i m p o r t a n t r o l e

i n

PBX

s e r v e r s

f o r b i l l i n g p u r p o s e s . F i g u r e

9

( a ) c o n t a i n s

t h e

C D R b e t w e e n t w o A s t e r i s k s e r v e r s

u s i n g

t h e

I AX t r u n k , w h i l e

F i g u r e 9 ( b ) c o n t a i n s t h e

C D R

b e t w e e n

A s t e r i s k

S e r v e r a n d

CCM. T h e r e s u l t s

o b t a i n e d

c o r r o b o r a t e

t h a t t h e

CCM

p h o n e s

t o

t h e

A s t e r i s k e x t e n s i o n s a n d

v i c e

v e r s a c a n a l s o b e m a i n t a i n e d

w i t h

A s t e r i s k S e r v e r .

V .

CONCLUSION

T h e p a p e r d i s c u s s e d t h e V o I P t e c h n o l o g y

i n

r e s p e c t t o t h e

I P PBXs

i m p l e m e n t a t i o n s . T h e

t e s t b e d

p r e s en t ed h a s

b e e n u s e d

t o s t u d y

t h e

i n t e r o p e r a b i l i t y o f

v a r i o u s

I P

PBXs /

PSTN

d o m a i n

c a l l

c o n t r o l

a n d t r a n s m i s s i o n o f v o i c e

t r a f f i c

o v e r

r e a l - w o r l d

a n d

e m u l a t e d

n e t w o r k s . B o t h t h e e n t e r p r i s e c l a s s a n d O p e n

S o u r c e

I P

PBXs

a r e

m a d e

o p e r a t i o n a l

i n

t h e

p r o j e c t . An

i n n o v a t i v e

d e s i g n

o f i n t e g r a t i n g

t h e

Open S o u r c e w i t h

e n t e r p r i s e c l a s s

PBXs

i s

e x e c u t e d

s u c c e s s f u l l y ,

a n d

a l l

t h e

f e a t u r e s l i k e

C a l l

D i s p l a y ,

V o i c e m a i l ,

V o i c e m a i l

t o

e - m a i l ,

CDR,

a n d

r e c o r d i n g o f

t h e c a l l s a r e

v e r i f i e d t o o p e r a t e

c o r r e c t l y .

T h e c o n c l u s i o n r e a c h e d i s t h a t w i t h a p r o p e r

c o n f i g u r a t i o n

o f

t h e n e t w o r k t e s t b e d

d e s i g n e d

i n

t h i s

p r o j e c t ,

A s t e r i s k a n d

CCM

a r e i n t e r o p e r a b l e .

A l s o , v o i c e

q u a l i t y

a n a l y s i s

w a s u n d e r t a k en

i n

t h e p r o j e c t

u s i n g

M a t l a b

t o

d e m o n s t r a t e

t h e

r e s i l i e n c e o f v o i c e n e t w o r k d e s i g n e d a g a i n s t

p a c k e t

l o s s a n d

d e l a y

i n

t h e

s y s t e m .

Some

s h o r t c o m i n g s o f

t h e

d e p l o y e d

Mean

S q u a r e

E r r o r

E s t i m a t e ( M S E ) m e t h o d o l o g y f o r

m e a s u r i n g t h e v o i c e q u a l i t y w e r e p o i n t e d .

A C K N O W LE D GM E N T

We

a r e

i n d e b t e d

t o

D r .

W i l l i a m R o b e r t s o n

f o r

a l l o w i n g

u s

t o

u s e

e q u i p m e n t

i n

t h e

A d v a n c e d I n t e r n e t w o r k i n g L a b o r a t o r y

e n v i r o n m e n t ,

g e n e r o u s l y p r o v i d e d

b y C a n a d a F o u n d a t i o n

f o r

I n n o v a t i o n .

: : l i I d s r dst dcontext charmel

l a s t a p p

I1-atdata,

du-ati..

s - a f l a g s onzoeIuiq.eid

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