多業務家庭網關功能的簡易測試方法

瞿錦霞，張勁松

(武漢郵電科學研究院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

隨著互聯網技術的發展，家庭網絡不斷進入人們的生活.RG(Residential Gateway Group)對家庭網關(HG，Home Gateway)的定義表明，家庭網關是實現家庭網絡內部組網和外部聯網的核心設備，能滿足家庭客戶多業務綜合接入和家庭內部聯網，配合各類應用終端提供家庭應用，同時支持終端管理系統的遠程管理和配置[1-2].多業務家庭網關能接入PC、多媒體信息終端和機頂盒等終端，同時具備傳真和VOIP(Voice Over Internet Protocol網絡電話，下同)功能.本文介紹了多業務家庭網關的主要功能和系統結構，并簡單介紹了利用實驗室測試方法，在實驗室搭建測試環境模擬實際運行的配置業務對VOIP功能和交換功能進行測試[3].

1 多業務家庭網關的主要功能

多業務家庭網關一般具備三個方面的主要功能，即接入功能、業務功能、管理功能[4].

1.1 接入功能

多業務家庭網關的接入功能主要是用來實現家庭網絡與外部網絡的連接以及家庭網絡內部各智能終端設備之間的連接.

1.2 業務功能

業務功能包括業務提供功能和業務處理功能.業務提供功能主要是提供遠程用戶的外部訪問、視頻監控等業務能力；業務處理功能主要實現對業務的處理.總之，業務功能能把外部網絡引進到家庭網絡中.

1.3 管理功能

管理功能是多業務家庭網關的核心功能，包括管理功能、地址功能、安全功能、服務質量(Qos)等.其中管理功能和服務質量兩個功能最為重要.

2 多業務家庭網關的系統結構

多業務家庭網關具有上聯接口、下聯接口、業務擴展等功能，可以提供多種豐富的家庭網絡擴展接口.上聯端口提供1個10/100Base-TX自適應以太網端口，下聯端口提供3個10/100Base-TX自適應以太網端口，可以分別接入PC、多媒體信息終端和機頂盒，一個RJ11口的雙音頻電話機接口，支持FXS，連接一個1分2線盒可以實現接分機和傳真業務功能.其系統結構如圖1所示.

圖1 多業務家庭網關系統結構圖

控制器是整個系統的控制中心，主要負責配置內置交換控制器的微處理器的設置.微處理器內置的數據交換控制器主要起路由功能，并提供802.1p(QoS)、802.1p(VLAN)、端口MAC地址鎖存、管理、端口狀態、流量控制、25M晶振、外部端口擴展等功能.同時支持端口的優先權設置、VLAN設置.

電話語音控制模塊的語音芯片和處理器內置的數據交換控制器之間通過MII總線接口通信，兩者MII接口的接發對調相連.MII接口通信的兩種基本模式是PHY模式的MII接口和MAC模式的MII接口.多業務家庭網關采用的語音芯片和交換芯片都只有MAC模式的MII接口，因此語音芯片和交換芯片之間通過MAC模式的MII接口通信.由外部時鐘向MII提供時鐘信號，交換芯片MII的接收部分和發送部分分別與語音芯片MII的發送部分和接收部分相連.

先通過編程器把多業務家庭網關的配置程序bin文件燒寫到存儲器芯片中，由內置的IVR(自動交互式應答系統)系統和電話機可獲取VOIP口的IP地址.通過IE瀏覽器訪問VOIP端口，登陸到配置頁面修改配置、升級軟件程序.

3 多業務家庭網關的測試

多業務家庭網關具有多種功能，通過在實驗室搭建環境，模擬實際運行的配置狀態進行測試.以下簡單介紹利用現有條件進行VOIP功能測試和交換功能測試的簡易測試方法.

3.1 VOIP功能測試

將多臺多業務家庭網關和PC機掛接在二層以太網交換機上，使其連接在同一局域網中.多業務家庭網關的VOIP口接普通電話機，VOIP口的IP地址可以通過內置的IVR系統在普通電話機上查詢和修改.在Web瀏覽器里輸入VOIP口的IP地址，可登錄多業務家庭網關的配置頁面進行修改配置，前提是多業務家庭網關和PC機的IP地址是同一類地址.在PC機上開啟SIP服務器軟件，配置多業務家庭網關，在注冊服務器地址欄填寫PC機上開啟的SIP服務器的IP地址，保存、重啟后，系統自動返回到主頁并可顯示已注冊上.通過網絡封包分析軟件Wireshark可以捕捉多業務家庭網關的通信過程[5]，如圖2所示，是用Wireshark捕捉到的多業務家庭網關VOIP口向SIP服務器發送注冊請求時的數據包.在同一網絡里、VOIP口注冊在同一SIP服務器上的多業務家庭網關的VOIP口之間可以進行語音通信.

圖2 多業務家庭網關VOIP口注冊請求數據包

依據內置軟件編寫的功能，設計測試用例，結合配置頁面和IVR系統進行設置，通過人耳判斷是否滿足VOIP的業務功能要求，如：基本呼叫、無條件前轉、無應答前轉、遇忙前轉、免打擾、呼叫等待、呼叫保持、呼叫轉移、三方通話等.以下簡單介紹這幾個方面業務功能的部分測試.

3.1.1 基本呼叫 電話1摘機撥打電話2的號碼(多業務家庭網關配置頁面上設置的電話號碼)，4 s(默認值可修改)后，電話2振鈴、摘機可與電話1通話，且聲音清晰.

3.1.2 無條件前轉 電話1開啟無條件前轉至電話2，電話1、2均處于空閑狀態，電話3撥打電話1，5 s(默認值可修改)后，電話1無反應，電話2響鈴來電顯示電話3的號碼，摘機可與電話3正常通話.

3.1.3 無應答前轉 電話1開啟無應答前轉至電話2，設置超時時間為8 s.電話1、2均處于空閑狀態，電話3撥打電話1，電話1響鈴，等待超時，8 s(默認值可修改)后，電話1無反應，電話2響鈴來電顯示電話3的號碼，摘機可與電話3正常通話.

3.1.4 遇忙前轉 電話1開啟遇忙前轉至電話2，電話1處于摘機/通話/催掛狀態時，電話3撥打電話1，電話2響鈴來電顯示電話3的號碼，電話3聽到回鈴音，電話2摘機可與電話3通話.如圖3所示，是當電話1處于摘機狀態時，用Wireshark捕捉到的電話3撥打電話1轉移到電話2和電話3通話、結束通話過程的數據包.圖4顯示的是在此通話過程中電話2和電話3通話時捕捉到的RTP包.

圖3 電話1處于摘機狀態時呼叫轉移到電話2的通話過程

圖4 電話2和電話3通話時的RTP包

3.1.5 免打擾 電話1開啟免打擾功能，電話1處于空閑狀態，電話2撥打電話1，電話2聽到忙音，電話1無反應.

3.1.6 呼叫等待 電話1開啟呼叫等待功能，電話2撥打電話1，電話1響鈴，摘機與電話2通話，電話3撥打電話1，電話1可聽到“嘟嘟”的提示音，電話3聽到回鈴音，電話1按保持鍵，電話3和電話1可以正常通話，電話2被保持可聽到保持音.電話1再按保持鍵，可恢復與電話2的通話.

3.1.7 呼叫轉移 電話1開啟呼叫轉移動能，電話2撥打電話1，電話1響鈴，電話2聽到回鈴音，電話1摘機可與電話2通話,電話1設置呼叫轉移到電話3并立即掛機，電話3響鈴摘機可與電話2通話.

3.1.8 三方通話 電話1開啟三方通話功能，電話2撥打電話1，電話響鈴摘機可與電話2通話，電話1按保持鍵，電話2被保持，電話1聽到撥號音，撥打電話3，電話3響鈴，電話1聽到回鈴音，電話3摘機可與電話1在通話，電話1按保持鍵+3，電話1、2、3進入三方通話狀態.

以上只列舉了VOIP功能測試的幾個方面的部分測試小項，結合人耳判斷通話質量和Wireshark網絡封包分析軟件觀察通話過程，可以判斷多業務家庭網關滿足VOIP的業務功能要求.

3.2 交換功能測試

將三臺PC機掛接在多業務家庭網關的家庭網絡擴展口(以太網口)，三臺PC機通過命令行窗口兩兩ping對方的IP地址檢測兩兩之間能否相互通信，以確定多業務家庭網關能否實現交換功能.按此方法在三臺個人計算機之間測試了20次，每次都能兩兩ping通，此結果表明，多業務家庭網關的以太網口是互通的.三臺PC機 通過局域網即時通信軟件兩兩之間相互發送數據包測試傳輸速率.每種大小的數據包發送10次記錄傳輸速率求平均值，如表1所示.

表1 以太網口的傳輸速率

如表1中所示，最大速率996 kB/s=996×8 bit/s=7 968 bit/s，最小速率895 kB/s=895×8 bit/s=7.16 Mbit/s，符合設置的限制速度10 Mbit/s.以上通過簡單工具搭建測試環境的測試結果表明，多業務家庭網關基本符合交換的功能.

4 結 語

以上簡單介紹了多業務家庭網關的主要功能和系統結構.通過實驗室測試方法，在實驗室搭建測試環境模擬實際運行的配置業務，借助SIP服務器、Wireshark網絡封包分析軟件、局域網即時通信軟件、PC機等簡單工具對多業務家庭網關的VOIP功能和交換功能進行簡單測試.測試結果表明：多業務家庭網關滿足VOIP功能和交換功能.

參考文獻：

[1] 劉述.家庭網關在家庭網絡中的作用與功能[J].電信網技術,2005(6):9-12.

[2] 彭海清.關于家庭網關的思考[J].電信科學，2005(2):39-41.

[3] 曹代勇.3G基站產品功耗測試方法探討[J].通訊世界,2010(4): 66-67.

[4] 王助娟,吳軍,張軼. 家庭網關及其中間件的研究[J]. 光通信研究,2007(4):34-36.

[5] 申浩如,王付艷,邱莎.基于Wireshark的PPPoE通信過程研究[J].昆明學院學報,2009,31(6):73-76.