Freeswitch集群在智能外呼平臺(tái)中的應(yīng)用

作者：之家技術(shù) 2022-09-05 16:05:58

Freeswitch是一個(gè)開源的電話交換平臺(tái)。官方給它的定義是——世界上第一個(gè)跨平臺(tái)的、伸縮性極好的、免費(fèi)的、多協(xié)議的電話軟交換平臺(tái)。

前言

兩年來(lái)，新冠疫情給我們的工作生活帶來(lái)了巨大影響，社會(huì)各界都面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。汽車之家敏銳的洞察到降低人力成本，篩選高優(yōu)客戶、提高意向成交率已經(jīng)成為各主機(jī)廠的迫切需求，因此，智能外呼平臺(tái)，應(yīng)運(yùn)而生。

通過(guò)對(duì)市面上的幾款外呼平臺(tái)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)有很多業(yè)務(wù)場(chǎng)景并不支持，不僅可擴(kuò)展性差、而且維護(hù)成本高，所以為了更好地承接主機(jī)廠業(yè)務(wù)，滿足客戶定制化需求，決定研發(fā)自己的智能外呼平臺(tái)。

常見(jiàn)的外呼平臺(tái)都是基于VoIP（Voice over Internet Protocol，縮寫為VoIP）實(shí)現(xiàn)的，VoIP是基于IP的語(yǔ)音傳輸，是一種語(yǔ)音通話技術(shù)，經(jīng)由網(wǎng)際協(xié)議（IP）來(lái)達(dá)成語(yǔ)音通話與多媒體會(huì)議。

VoIP電話

不同于傳統(tǒng)的電話，VoIP是一種新興的電話通信方式。它是一種把語(yǔ)音技術(shù)集成在IP協(xié)議中，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)囊环N全新的通信方式，其成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電話。

VoIP電話優(yōu)點(diǎn)

VoIP平臺(tái)的選擇

目前國(guó)內(nèi)比較流行和擁有大量活躍用戶的是Freeswitch（https://freeswitch.org/）和 Asterisk（http://www.asterisk.org/）

下圖為二者的簡(jiǎn)單對(duì)比：

結(jié)論：基于以上調(diào)研和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)Freeswitch的資料相對(duì)完備，學(xué)習(xí)成本低，并且已有較多的成功案例，很多外呼供應(yīng)商都采用Freeswitch作為軟交換平臺(tái)。因此，F(xiàn)reeswitch也將是我們更優(yōu)的選擇。

初識(shí)Freeswitch

Freeswitch是一個(gè)開源的電話交換平臺(tái)。官方給它的定義是——世界上第一個(gè)跨平臺(tái)的、伸縮性極好的、免費(fèi)的、多協(xié)議的電話軟交換平臺(tái)。在Freeswitch出現(xiàn)之前，軟交換技術(shù)基本上掌握在少數(shù)通信企業(yè)，集成在硬件設(shè)備上整機(jī)出售，價(jià)格昂貴。需要大量的專業(yè)積累才能入門，使用者基本上偏運(yùn)維，無(wú)法掌握實(shí)質(zhì)的技術(shù)。

當(dāng)Freeswitch以BypassMedia(旁路模式：此模式下freeswitch更像是一個(gè)信令proxy，媒體不會(huì)通過(guò)freeswitch，sdp消息體不做修改，沒(méi)有錄音，二次撥號(hào)等功能)運(yùn)作時(shí)，它和其它VoIP通信原理一致，同樣是點(diǎn)到點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信。負(fù)責(zé)通話雙方的媒體協(xié)商，交換RTP端口，編解碼等信息，詳細(xì)的SIP協(xié)議或協(xié)商流程可參見(jiàn)：RFC3261文檔，源碼及編譯安裝可以參見(jiàn)Freeswitch官網(wǎng)。

Freeswitch運(yùn)行機(jī)制

Freeswitch內(nèi)部使用線程模型來(lái)處理并發(fā)請(qǐng)求，每個(gè)連接都在單獨(dú)的線程中進(jìn)行處理，不同的線程間通過(guò)Mutex互斥訪問(wèn)共享資源，并通過(guò)消息和異步事件等方式進(jìn)行通信。這種架構(gòu)能處理很高的并發(fā)，并且在多核環(huán)境中運(yùn)算能均勻地分布到多顆CPU或單CPU的多個(gè)核心上。Freeswitch的核心非常短小精悍，這也是其保持穩(wěn)定的關(guān)鍵。絕大部分應(yīng)用層的功能都在外圍的模塊中實(shí)現(xiàn)。外圍模塊是可以動(dòng)態(tài)加載（以及卸載）的，在實(shí)際應(yīng)用中可以只加載用到的模塊。外圍模塊通過(guò)核心提供的Public API與核心進(jìn)行通信，而核心則通過(guò)回調(diào)（或稱鉤子）機(jī)制執(zhí)行外圍模塊中的代碼。

開發(fā)模式的選擇

Freeswitch的開發(fā)模式有兩種：

面向服務(wù)器開發(fā)，這種開發(fā)模式是基于腳本內(nèi)嵌的方式，主要開發(fā)lua腳本或者使用C語(yǔ)言開發(fā)mod，開發(fā)人員的學(xué)習(xí)成本高，不易維護(hù)，腳本之間無(wú)法復(fù)用；
面向客戶端開發(fā)，F(xiàn)reeswitch支持多種語(yǔ)言，開發(fā)人員可以使用自己熟悉的開發(fā)語(yǔ)言(java)。通過(guò)調(diào)用核心API的方式，可以控制整個(gè)會(huì)話流程。

綜上所述：雖然lua腳本或C語(yǔ)言的執(zhí)行效率更高，但是客戶端的開發(fā)模式更加方便定制化開發(fā)，易于開發(fā)，況且把復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯放在Freeswitch服務(wù)端不利于后續(xù)的維護(hù)和擴(kuò)展。面向客戶端開發(fā)有2種連接模式：內(nèi)連（Inbound）模式和外連（Outbound）模式。這里我們僅說(shuō)下內(nèi)連模式

在內(nèi)連模式下，F(xiàn)reeswitch作為一個(gè)服務(wù)器，而用戶的程序可以作為一個(gè)TCP Client主動(dòng)連接到Freeswitch上。同樣，F(xiàn)reeswitch允許多個(gè)客戶端連接。每個(gè)客戶端連接上來(lái)以后，可以訂閱Freeswitch的內(nèi)部事件，實(shí)現(xiàn)可定制化開發(fā)。

例如：電話轉(zhuǎn)接、定制化彩鈴等都可以通過(guò)內(nèi)聯(lián)模式實(shí)現(xiàn)控制。

Freeswitch下基于sip協(xié)議的呼叫流程

下面給出了上述調(diào)用流程的逐步解釋

發(fā)送到代理服務(wù)器的INVITE請(qǐng)求負(fù)責(zé)啟動(dòng)會(huì)話。
代理服務(wù)器立即向呼叫者(Alice)發(fā)送 100 Trying 響應(yīng)以停止INVITE請(qǐng)求的重傳。
代理服務(wù)器在位置服務(wù)器中搜索Bob的地址。在獲得地址之后，它進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)INVITE請(qǐng)求。
此后，由Bob產(chǎn)生的 180響鈴(臨時(shí)響應(yīng))被返回給Alice。
Bob在接聽電話后立即生成 200 OK 響應(yīng)。Alice收到 200 OK 時(shí)，Bob會(huì)收到來(lái)自Alice的 ACK 。
同時(shí)，會(huì)話建立并且RTP分組(對(duì)話)開始從兩端流動(dòng)。
在對(duì)話之后，任何參與者(Alice或Bob)可以發(fā)送 BYE 請(qǐng)求以終止會(huì)話。BYE 直接從Alice到Bob繞過(guò)代理服務(wù)器。
最后，Bob發(fā)送 200 OK 響應(yīng)以確認(rèn)BYE并且會(huì)話終止。
在上述基本呼叫流程中，三個(gè)事務(wù)(標(biāo)記為1,2,3)可用。
完整的呼叫(從INVITE到200 OK)稱為 Dialog 。

Freeswitch主要配置文件

Freeswitch的核心底層代碼是由C語(yǔ)言編寫，如果需要重構(gòu)Freeswitch核心功能、基于Freeswitch二次開發(fā)軟交換，或者針對(duì)Freeswitch開發(fā)其他自定義模塊，則需要在符合Freeswitch開發(fā)規(guī)范的情況下進(jìn)行改造。而使用Freeswitch或者針對(duì)Freeswitch做esl應(yīng)用端開發(fā)，則基本不需要更改Freeswitch底層代碼邏輯，F(xiàn)reeswitch是通過(guò)提供基于靜態(tài)xml的文件配置方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Freeswitch所有功能的配置和調(diào)度控制。

撥號(hào)計(jì)劃（dialplan）是Freeswitch配置文件中至關(guān)重要的一部分，它的主要作用就是對(duì)電話進(jìn)行路由。就是當(dāng)一個(gè)用戶撥號(hào)時(shí)，對(duì)用戶所撥的號(hào)碼進(jìn)行分析，進(jìn)而決定下一步該做什么。如：可以撥打9197進(jìn)行接通音樂(lè)校驗(yàn)，撥打1001不在線進(jìn)入語(yǔ)音信箱留言等，通過(guò)撥號(hào)計(jì)劃可以達(dá)到領(lǐng)編碼進(jìn)行功能的擴(kuò)展。

由于Freeswitch知識(shí)點(diǎn)較多，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)展開討論都比較大，以上篇幅僅把Freeswitch使用過(guò)程中的主要知識(shí)點(diǎn)做了介紹。接下來(lái)講解下Freeswitch服務(wù)中心的演化構(gòu)建。

Freeswitch 服務(wù)中心的演變

單Freeswitch服務(wù)（1.0）
在智能外呼服務(wù)從0到1的孵化過(guò)程中，如何保證各個(gè)功能點(diǎn)正確實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)順利推進(jìn)是首先需要解決的核心問(wèn)題。一個(gè)簡(jiǎn)單的Freeswitch單體架構(gòu)，是可以滿足智能機(jī)器人的外呼通話要求。

外呼機(jī)器人撥打流程：

Freeswitch服務(wù)啟動(dòng)成功；
建立私有分機(jī)號(hào)，作為機(jī)器人賬號(hào)；
機(jī)器人通過(guò)撥號(hào)規(guī)則調(diào)用Freeswitch；
Freeswitch接收到撥號(hào)后調(diào)用配置的網(wǎng)關(guān)，把要呼叫的號(hào)碼經(jīng)防火墻后，發(fā)送給線路運(yùn)營(yíng)商；
線路商收到呼叫請(qǐng)求后，連接用戶手機(jī)號(hào)，最終建立外呼機(jī)器人到用戶手機(jī)的通信通道。

單體架構(gòu)問(wèn)題：

1. 存在單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，從而會(huì)導(dǎo)致整個(gè)外呼系統(tǒng)癱瘓；2. 并發(fā)能力有限。

負(fù)載均衡（2.0）

隨著業(yè)務(wù)的的增長(zhǎng)，外呼量會(huì)越來(lái)越大，對(duì)服務(wù)的穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高，對(duì)Freeswitch的高可用集群的訴求也被提上日程。

Freeswitch的高可用部署方式有兩種：主備切換和負(fù)載均衡，官方文檔介紹的主備切換部署是采用Corosync & Pacemaker，負(fù)載均衡采用前置opensips。

為了解決1.0 版本所面臨的性能不足和單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，引入opensips前置于Freeswitch服務(wù)作為信令負(fù)載。

Freeswitch負(fù)載均衡架構(gòu)圖如上圖所示，使用opensips服務(wù)作為負(fù)載控制端。

工作流程：

外呼請(qǐng)求通過(guò)opensips服務(wù)動(dòng)態(tài)分配可用的Freeswitch服務(wù);
Freeswitch接入mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)雙邊通道信息，共用同一份Session數(shù)據(jù)，保持通話；
客戶端與Freeswitch服務(wù)直接建立連接；
外呼服務(wù)接收到轉(zhuǎn)人工請(qǐng)求，直接通過(guò)ESL調(diào)用App命令進(jìn)行撥號(hào)路由轉(zhuǎn)接。

當(dāng)我們的服務(wù)中心需要提供給眾多的主機(jī)廠業(yè)務(wù)一起使用時(shí)候，需要萬(wàn)級(jí)甚至十萬(wàn)級(jí)同時(shí)并發(fā)通話時(shí)，上述方式很難支持。

新的的問(wèn)題緊隨而至：1. 每新增一臺(tái)服務(wù)器都需要和線路商對(duì)接，增加了對(duì)接的難度；2. 每新增一臺(tái)服務(wù)器，保持端口一致的情況下，需要占用一個(gè)公網(wǎng)ip地址。

匯接局模式+負(fù)載均衡（3.0）
上述2.0方案中，隨著外呼業(yè)務(wù)量的增多，并發(fā)量的增大，相應(yīng)需要部署的Freeswitch服務(wù)也會(huì)越來(lái)越多，從而導(dǎo)致公網(wǎng)ip使用成本上升。為了解決上述問(wèn)題，進(jìn)一步提升并發(fā)量，引入?yún)R接局+負(fù)載均衡的模式。

核心節(jié)點(diǎn)：

fs-router 路由中心
fs-media 媒體交換中心

fs-router路由中心主要有2個(gè)功能點(diǎn)，其一是：撥號(hào)尋址，線路對(duì)接。其二是：會(huì)話中間消息路由的轉(zhuǎn)發(fā)。

fs-media媒體交換中心主要作為媒體（通話語(yǔ)音）傳遞，以及ESL通過(guò)Api和命令的方式對(duì)fs-media的調(diào)用。工作流程：

外呼請(qǐng)求通過(guò)opensips服務(wù)動(dòng)態(tài)分配可用的freeswitch服務(wù);
fs-media接入mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)雙邊通道信息，共用同一份Session數(shù)據(jù)，以便保持通話；
fs-mediaA/B(媒體終結(jié)服務(wù)) 經(jīng)撥號(hào)路由轉(zhuǎn)發(fā)給fs-router，由fs-router和線路商進(jìn)行sip信令的交互；
通信建立成功后由fs-mediaA/B直接和線路商進(jìn)行語(yǔ)音流傳遞；
客戶端通過(guò)fs-mediaA/B和用戶進(jìn)行通話。

匯接局+負(fù)載均衡模式的優(yōu)勢(shì)：

匯接局模式，解決公網(wǎng)ip的占用問(wèn)題；
統(tǒng)一出局，簡(jiǎn)化線路商對(duì)接；
方便擴(kuò)展，簡(jiǎn)化新增服務(wù)配置；
由于集群式的部署，可以通過(guò)撥號(hào)方式的配置，針對(duì)不同的租戶，分配到不同的fs-media上，做到租戶之間的物理隔離。

總結(jié)

從第一次語(yǔ)音傳輸在1876年使用振鈴電路實(shí)現(xiàn)，到現(xiàn)在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的新型電話通信，歷經(jīng)了100多年，每一次通信的革新都離不開科技的進(jìn)步。VoIP網(wǎng)絡(luò)電話的興起，不僅預(yù)示著通信方式的革新，而且標(biāo)志著新一代呼叫中心成為了電話通信的寵兒。隨著Freeswitch服務(wù)中心的持續(xù)建設(shè)，通信業(yè)務(wù)層面的價(jià)值會(huì)逐步提升，打破了交換技術(shù)掌握在少數(shù)通信企業(yè)的壁壘，降低了接入難度和使用成本。從1.0的單一服務(wù)到3.0的匯接局+負(fù)載均衡，在架構(gòu)升級(jí)后，F(xiàn)reeswitch服務(wù)中心不僅滿足高并發(fā)，多租戶的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，而且還保證了服務(wù)的高可用、簡(jiǎn)化了對(duì)接流程、方便了服務(wù)的擴(kuò)展。

展望

新一代的呼叫中心更多地融入了媒體渠道與通信渠道。未來(lái)，在業(yè)務(wù)層面，F(xiàn)reeswitch服務(wù)中心不僅適應(yīng)于智能外呼平臺(tái)，同時(shí)可滿足其他業(yè)務(wù)場(chǎng)景的使用。如：人機(jī)協(xié)同、在線客服、多人會(huì)議、視頻通話、排隊(duì)等待來(lái)電呼入等諸多場(chǎng)景。在技術(shù)層面，不僅要考慮性能和可用性的提升，而且還要兼顧其通話、視頻等質(zhì)量的提高。通過(guò)多fs-router（路由中心），進(jìn)一步提高它的性能和可用性。最后，追隨技術(shù)的腳步，迎接新的挑戰(zhàn)。

文章參考：