多业务家庭网关功能的简易测试方法

瞿锦霞，张劲松

(武汉邮电科学研究院，湖北 武汉 430074)

0 引 言

随着互联网技术的发展，家庭网络不断进入人们的生活.RG(Residential Gateway Group)对家庭网关(HG，Home Gateway)的定义表明，家庭网关是实现家庭网络内部组网和外部联网的核心设备，能满足家庭客户多业务综合接入和家庭内部联网，配合各类应用终端提供家庭应用，同时支持终端管理系统的远程管理和配置[1-2].多业务家庭网关能接入PC、多媒体信息终端和机顶盒等终端，同时具备传真和VOIP(Voice Over Internet Protocol网络电话，下同)功能.本文介绍了多业务家庭网关的主要功能和系统结构，并简单介绍了利用实验室测试方法，在实验室搭建测试环境模拟实际运行的配置业务对VOIP功能和交换功能进行测试[3].

1 多业务家庭网关的主要功能

多业务家庭网关一般具备三个方面的主要功能，即接入功能、业务功能、管理功能[4].

1.1 接入功能

多业务家庭网关的接入功能主要是用来实现家庭网络与外部网络的连接以及家庭网络内部各智能终端设备之间的连接.

1.2 业务功能

业务功能包括业务提供功能和业务处理功能.业务提供功能主要是提供远程用户的外部访问、视频监控等业务能力；业务处理功能主要实现对业务的处理.总之，业务功能能把外部网络引进到家庭网络中.

1.3 管理功能

管理功能是多业务家庭网关的核心功能，包括管理功能、地址功能、安全功能、服务质量(Qos)等.其中管理功能和服务质量两个功能最为重要.

2 多业务家庭网关的系统结构

多业务家庭网关具有上联接口、下联接口、业务扩展等功能，可以提供多种丰富的家庭网络扩展接口.上联端口提供1个10/100Base-TX自适应以太网端口，下联端口提供3个10/100Base-TX自适应以太网端口，可以分别接入PC、多媒体信息终端和机顶盒，一个RJ11口的双音频电话机接口，支持FXS，连接一个1分2线盒可以实现接分机和传真业务功能.其系统结构如图1所示.

图1 多业务家庭网关系统结构图

控制器是整个系统的控制中心，主要负责配置内置交换控制器的微处理器的设置.微处理器内置的数据交换控制器主要起路由功能，并提供802.1p(QoS)、802.1p(VLAN)、端口MAC地址锁存、管理、端口状态、流量控制、25M晶振、外部端口扩展等功能.同时支持端口的优先权设置、VLAN设置.

电话语音控制模块的语音芯片和处理器内置的数据交换控制器之间通过MII总线接口通信，两者MII接口的接发对调相连.MII接口通信的两种基本模式是PHY模式的MII接口和MAC模式的MII接口.多业务家庭网关采用的语音芯片和交换芯片都只有MAC模式的MII接口，因此语音芯片和交换芯片之间通过MAC模式的MII接口通信.由外部时钟向MII提供时钟信号，交换芯片MII的接收部分和发送部分分别与语音芯片MII的发送部分和接收部分相连.

先通过编程器把多业务家庭网关的配置程序bin文件烧写到存储器芯片中，由内置的IVR(自动交互式应答系统)系统和电话机可获取VOIP口的IP地址.通过IE浏览器访问VOIP端口，登陆到配置页面修改配置、升级软件程序.

3 多业务家庭网关的测试

多业务家庭网关具有多种功能，通过在实验室搭建环境，模拟实际运行的配置状态进行测试.以下简单介绍利用现有条件进行VOIP功能测试和交换功能测试的简易测试方法.

3.1 VOIP功能测试

将多台多业务家庭网关和PC机挂接在二层以太网交换机上，使其连接在同一局域网中.多业务家庭网关的VOIP口接普通电话机，VOIP口的IP地址可以通过内置的IVR系统在普通电话机上查询和修改.在Web浏览器里输入VOIP口的IP地址，可登录多业务家庭网关的配置页面进行修改配置，前提是多业务家庭网关和PC机的IP地址是同一类地址.在PC机上开启SIP服务器软件，配置多业务家庭网关，在注册服务器地址栏填写PC机上开启的SIP服务器的IP地址，保存、重启后，系统自动返回到主页并可显示已注册上.通过网络封包分析软件Wireshark可以捕捉多业务家庭网关的通信过程[5]，如图2所示，是用Wireshark捕捉到的多业务家庭网关VOIP口向SIP服务器发送注册请求时的数据包.在同一网络里、VOIP口注册在同一SIP服务器上的多业务家庭网关的VOIP口之间可以进行语音通信.

图2 多业务家庭网关VOIP口注册请求数据包

依据内置软件编写的功能，设计测试用例，结合配置页面和IVR系统进行设置，通过人耳判断是否满足VOIP的业务功能要求，如：基本呼叫、无条件前转、无应答前转、遇忙前转、免打扰、呼叫等待、呼叫保持、呼叫转移、三方通话等.以下简单介绍这几个方面业务功能的部分测试.

3.1.1 基本呼叫 电话1摘机拨打电话2的号码(多业务家庭网关配置页面上设置的电话号码)，4 s(默认值可修改)后，电话2振铃、摘机可与电话1通话，且声音清晰.

3.1.2 无条件前转 电话1开启无条件前转至电话2，电话1、2均处于空闲状态，电话3拨打电话1，5 s(默认值可修改)后，电话1无反应，电话2响铃来电显示电话3的号码，摘机可与电话3正常通话.

3.1.3 无应答前转 电话1开启无应答前转至电话2，设置超时时间为8 s.电话1、2均处于空闲状态，电话3拨打电话1，电话1响铃，等待超时，8 s(默认值可修改)后，电话1无反应，电话2响铃来电显示电话3的号码，摘机可与电话3正常通话.

3.1.4 遇忙前转 电话1开启遇忙前转至电话2，电话1处于摘机/通话/催挂状态时，电话3拨打电话1，电话2响铃来电显示电话3的号码，电话3听到回铃音，电话2摘机可与电话3通话.如图3所示，是当电话1处于摘机状态时，用Wireshark捕捉到的电话3拨打电话1转移到电话2和电话3通话、结束通话过程的数据包.图4显示的是在此通话过程中电话2和电话3通话时捕捉到的RTP包.

图3 电话1处于摘机状态时呼叫转移到电话2的通话过程

图4 电话2和电话3通话时的RTP包

3.1.5 免打扰 电话1开启免打扰功能，电话1处于空闲状态，电话2拨打电话1，电话2听到忙音，电话1无反应.

3.1.6 呼叫等待 电话1开启呼叫等待功能，电话2拨打电话1，电话1响铃，摘机与电话2通话，电话3拨打电话1，电话1可听到“嘟嘟”的提示音，电话3听到回铃音，电话1按保持键，电话3和电话1可以正常通话，电话2被保持可听到保持音.电话1再按保持键，可恢复与电话2的通话.

3.1.7 呼叫转移 电话1开启呼叫转移动能，电话2拨打电话1，电话1响铃，电话2听到回铃音，电话1摘机可与电话2通话,电话1设置呼叫转移到电话3并立即挂机，电话3响铃摘机可与电话2通话.

3.1.8 三方通话 电话1开启三方通话功能，电话2拨打电话1，电话响铃摘机可与电话2通话，电话1按保持键，电话2被保持，电话1听到拨号音，拨打电话3，电话3响铃，电话1听到回铃音，电话3摘机可与电话1在通话，电话1按保持键+3，电话1、2、3进入三方通话状态.

以上只列举了VOIP功能测试的几个方面的部分测试小项，结合人耳判断通话质量和Wireshark网络封包分析软件观察通话过程，可以判断多业务家庭网关满足VOIP的业务功能要求.

3.2 交换功能测试

将三台PC机挂接在多业务家庭网关的家庭网络扩展口(以太网口)，三台PC机通过命令行窗口两两ping对方的IP地址检测两两之间能否相互通信，以确定多业务家庭网关能否实现交换功能.按此方法在三台个人计算机之间测试了20次，每次都能两两ping通，此结果表明，多业务家庭网关的以太网口是互通的.三台PC机 通过局域网即时通信软件两两之间相互发送数据包测试传输速率.每种大小的数据包发送10次记录传输速率求平均值，如表1所示.

表1 以太网口的传输速率

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，符合设置的限制速度10 Mbit/s.以上通过简单工具搭建测试环境的测试结果表明，多业务家庭网关基本符合交换的功能.

4 结 语

以上简单介绍了多业务家庭网关的主要功能和系统结构.通过实验室测试方法，在实验室搭建测试环境模拟实际运行的配置业务，借助SIP服务器、Wireshark网络封包分析软件、局域网即时通信软件、PC机等简单工具对多业务家庭网关的VOIP功能和交换功能进行简单测试.测试结果表明：多业务家庭网关满足VOIP功能和交换功能.

参考文献：

[1] 刘述.家庭网关在家庭网络中的作用与功能[J].电信网技术,2005(6):9-12.

[2] 彭海清.关于家庭网关的思考[J].电信科学，2005(2):39-41.

[3] 曹代勇.3G基站产品功耗测试方法探讨[J].通讯世界,2010(4): 66-67.

[4] 王助娟,吴军,张轶. 家庭网关及其中间件的研究[J]. 光通信研究,2007(4):34-36.

[5] 申浩如,王付艳,邱莎.基于Wireshark的PPPoE通信过程研究[J].昆明学院学报,2009,31(6):73-76.