IP电话及ATA设备的选型：测试指标与方法(上)

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术语及定义：
IP电话：
本文中具体指具有RJ45网络接口及传统电话外观的，基于SIP协议进行通讯的硬件IP电话。运行于PC机上的纯软件IP电话的评估本文并不涉及。
ATA：
Analog Telephone Adapter，模拟电话适配器，一般具有RJ45网口及一个或两个RJ11的FXS接口。有时，我们也称ATA设备为单口网关、双口网关，或单口IAD设备、双口IAD设备等。
IAD：
Integrated Access Device，集成接入设备，一般指集成了多种功能的用户侧网络设备（CPE）。典型的例子如带VoIP功能的无线路由器，它一般是具有1个WAN口，4个LAN口，802.11n无线支持，及1个FXS语音接口的用户侧接入设备。在本文中，我们并不严格区分术语IAD和ATA的使用。这是因为现实中，虽然严格来说，ATA原指不具备路由、无线等功能，只能完成模拟电话信号向网络信号转换的设备；而具有了路由、无线等功能的CPE设备应当被称为IAD。但实际上，对于支持1个或2个FXS接口的设备来说，这两个术语经常被混用。
1 综述
随着宽带技术的发展及带宽使用成本的下降，在企业通信及呼叫中心建设等应用上，VoIP技术发挥着越来越重要的作用。而VoIP系统的建设，与最终用户体验息息相关的是各类终端设备，包括IP电话和VoIP网关（IAD）产品。那么，如何选择一款功能丰富、性能优良的IP电话或IAD产品呢？ 用户又应当如何测试和评价一款IP电话或IAD产品呢？
笔者认为，对于VoIP通信终端的评价，可以从四个方面进行：一是功能是否丰富，是否能够最大限度的满足客户的业务需求；二是性能指标的评估，如最重要的语音质量评价（MOS或PESQ值），呼叫健壮性评价等；三是配置是否灵活易用，是否易于批量部署；四是SIP平台兼容性测试；五是产品可靠性及高低温交变环境综合性能的评估，对于需要将终端部署在比较广泛的地理分布上的应用，这一点尤为重要。
另外，同样作为VoIP终端产品，IP电话和IAD产品在应用的特点上又有所不同。IP电话的主要用途是直接替代现有的桌面电话。而IAD产品更多的是用于联接传真机、无绳电话，有时也兼作小型分支机构的路由器使用。
在后文中，我们首先分为“IP电话篇”及“IAD篇”两篇对这两类VoIP终端的功能性能选择及评测方法进行描述。然后再用三个篇章来介绍批量部署、平台兼容性测试及可靠性测试方面的内容。
2 IP电话篇
2.1 IP电话功能篇
2.1.1 IP电话功能查检表

  
2.1.2 IP电话的按键布局及LCD界面
IP电话与传统电话相比，最大的特点是各种增值业务的实现更加容易和方便。相应的，为便于用户操作，IP电话的硬件设计上一般都要考虑保留（HOLD），呼转（TRANSFER），会议（CONFERENCE）等特殊功能按键的实现。
一般而言，当前的IP电话在按键布局设计上大体有三类：一类是支持三个或四个“软件可定义按键”，使用起来很像银行的ATM取款机，“软按键”的具体功能要看LCD上显式的内容；第二类是所有的功能按键都是事前定义好的；而第三类，则是上述两种的结合，一般的做法是保留HOLD，TRANSFER，CONFERENCE三大常用按键为预设好的功能键，而对于电话簿、Call Pick等功能按键，则采用“软件可定义按键”来实现。
参见下面两张图，图表1是采用“软件可定义按键”的设计，图表2是采用固定功能键和“软件可定义按键”相结合设计的按键布局。

图表1 软按键设计的面板布局 图表2 固定功能键与软按键混合的设计
另外，市场上也有所谓的“无屏电话”，即没有LCD的IP电话。对于强调预算的场合，如运营商向住宅用户赠送的电话；或者仅希望向客户提供特定服务的场合，如酒店，此类没有LCD的IP电话也不失为非常好的选择。
2.1.3 IP电话的HD音效与G.722编码
大家知道，人们日常说话的声音频率主要集中在200Hz–3400Hz，即所谓的语言段。而一般音乐的信号的播放频率至少要达到8KHz以上，听起来才不至于有明显失真。而对于高品质音响来说，则至少要求能无失真的播放20KHz以内的声音。
对于数字系统来说，根据奈魁斯特定理，采样率至少是信号频率的2倍才能实现ADC与DAC之间的无失真转换。显然，采样频率越高，需要的ADC/DAC处理设备约复杂，需要占用的传输带宽也越高。
对于传统PSTN电话系统来说，采用的是8000Hz的采样率和每点8bit的编码，对应64Kbps的传输码率，可以采集及传送最大4000Hz的声音频率。这对于话音通讯，基本是足够的，但多少也会造成一定的失真，这就是我们会感觉从电话里传来的声音与当面说话时的声音不太一样的原因。如果希望传送音乐，或希望通过电话听到话筒另一端的蝉鸣声，传统的PSTN电话就力有不逮了。
而随着电子技术及Internet的发展，当前IP电话的设计普遍采用32位的CPU/DSP，可以执行比较复杂的压缩算法；而网络带宽的进步，也使得带宽成本越来越低。人们对语音数据传输的要求，也渐渐从宁肯牺牲声音质量实现尽量高的压缩率以降低码率（如G.729就是典型的有损压缩算法，以牺牲一定的声音质量换来低至8Kbps的码率），而转变为追求更高声音品质要求的所谓“丽音”电话。
G.722就是在这样的背景之下产生的，它采用16K的采样率及16bit的采样数据，可以以64Kbps以内的码率完美的再现频率在8000Hz以内的声音。如果希望比较G.729和G.722编码传播声音的效果，可以播放音乐试一下，区别非常明显。
对于支持G.722的声音效果，我们也称之为“高品质音效”（HD音效，HD是High Density的简写）。有些IP电话上会印有一个“HD”的LOGO，就是指这个意思了。
对于当前的IP电话来说，支持G.722可以认为是一项必备功能。
2.1.4 IP电话的基本功能测试
对于IP电话的基本功能测试，我们主要分为注册能力，基本呼叫能力，呼转、会议等主要补充业务的实现等三个方面进行测试评估。
为了进行终端测试，我们往往需要先指定一个标准的SIP Server环境。笔者推荐Asterisk的1.6或1.8版本。原因是：第一，Asterisk是开源软件，版本获得非常方便，可以免费从http：//www.asterisk.org/下载获取；第二，Asterisk功能比较丰富，流行也比较广泛，对测试需要的多种功能都可以支持。
2.1.4.1 注册功能
如表格1所示，以Asterisk作为SIP Server为例说明IP电话注册功能的测试：


表格1 IP电话SIP注册功能测试

2.1.4.2 基本呼叫测试
如表格2所示，以Asterisk作为SIP Server为例说明基本呼叫功能的测试：

表格2 IP电话基本呼叫功能的测试
2.1.4.3 补充业务特性测试
如表格3所示，以Asterisk作为SIP Server为例说明IP电话补充业务特性功能的测试：

表格3 IP电话补充业务特性测试
2.1.5 IP电话的高级功能，BLF和Multi-Function Key
BLF即Busy Lamp Field的简写。此项功能主要用于前台秘书的控制电话，通过恰当的配置，前台秘书可以了解其电话的BLF带灯按键的亮灯方式了解分机的使用情况。BLF状态一般包括：

表格4 BLF指示灯含义
这样，当前台秘书在接到致电，要求转接某一分机时，如发现分机繁忙则可以客气的告诉对方目前分机正忙。而同时，转接的过程中也可以通过监视对应分机是否长时间处于“振铃”状态而无人接听，此时，前台秘书可以接回这个电话的控制权并告诉致电人“当前致电分机的主人可能不在电话旁”，从而给致电人很好的通话服务体验。
对于IP电话来说，实现BLF功能的按键一般称为多功能按键（Multi-function Key）。这一般是一个带灯按键，即一方面它是一个按键，另一方面也是个指示灯，可以通过红绿双色LED组合不同的状态表示。当多功能按键用于BLF功能时，每个按键一般对应一个分机号码。那么，我们知道，电话的尺寸一般都不大，一般能否放下20个多功能按键就已经很多了，而很多办公室环境的分机数目都超过20，这种时候可以怎么办呢？
答案是利用扩展模块，一般的商业电话都能够支持扩展模块，比如IP652可以支持6个扩展埠，最大实现260个多功能按键（如图表3所示，展示了带2个扩展埠，合计可以实现100个多功能按键），这对于一般的办公室应用来说，已经是足够了。

图表3 连接了2个扩展埠的IP电话
多功能按键除了作为BLF按键外，一般还支持其它的一些增值功能，比如作为一些功能的快捷键，快速拨号键等等。巧妙的配置多功能按键，一般会使IP电话的使用更加方便及有效率。
BLF的测试稍微麻烦一点，具体需要仔细参考您所测试电话的使用说明书。
2.1.6 网络功能支持，VPN和QoS设置
IP电话作为一种网络设备，一般要通过局域网来联接到Internet上。要想让IP电话工作的可靠稳定，QoS的配置能力至关重要。简单的说，我们应该能够给SIP信令报文及RTP报文配置较高的优先级，这样才能让路由器等网络设备优先处理语音呼叫相关的数据，从而保证电话的接通和语音质量的保证。
对于IP电话来说，QoS配置能力一般要求即能够配置二层的QoS （IEEE802.1p），也能够配置三层的QoS （IP报文的ToS字段）。而且一般要求SIP信令和RTP报文能够分开配置，参见图表4。

图表4 QoS配置项
QoS配置是否正确生效，需要通过IP报文来观察。需要采用抓包工具WireShark（开源工具，参考www.wireshark.org）抓取IP电话产生的报文，并分析其中相应字段是否与配置的相一致。
2.1.7 非常重要的Dial Plan
拨号计划（Dial Plan），也经常和术语“拨号规则”（Dial Rule）、“数图”（Digit map）混用。意指通过某种配置，实现对用户拨号行为的控制。能够实现诸如：自动拨出（不需要按"Send"键或"#"键），自动缩位，自动加位，自动替换，延时，发出外线拨号音等功能。
对于具体Dial Plan的实现，每家公司各有不同。但在功能上，可以通过看能否实现表格5要求的配置，来测试其Dial Plan功能是否足够强大：

注：上表拨号规则的配置以飞音时代产品为例，不同厂家对于拨号规则的实现会有所不同。
表格5 拨号规则测试项

2.1.8 电话簿和黑名单
电话簿和黑名单是IP电话的另一项基本规则。“黑名单”，顾名思义，就是把一些不受欢迎的来电号码记录在这里（通常可能是一些广告群发电话，或恶意电话打搅者）。对于这些号码主叫打来的电话，IP电话会自动拒绝。
同MSN或QQ的黑名单一样，电话簿和黑名单中记录的号码具有互斥性，即不可能有一个号码同时出现在电话簿及黑名单。这两项配置，比较强调的是转化的方便性，如图表5界面所示，就很容易配置电话簿和黑名单。

图表5 电话簿和黑名单
电话簿的评估，很重要的一点是电话簿容量。一般认为，大于500条目的存储，能够适应大部分应用场合。
2.1.9 呼叫记录
我们一般会通过LCD界面来查找呼叫记录，有时也会通过WEB界面做批量查看。对这项功能的评估，除了界面是否易用外，也要评估记录的条目。一般而言，呼入/呼出 应该至少能存储60条信息，未接电话应当能存储40条信息。
2.1.10 远程维护与支持特性
包括系统日志（Sys log），配置文件上传及下载，Provision，SNMP以及TR069等。“4.批量部署与管理”一节会有更详细的描述。
2.1.11 安全支持及证书管理
如果某款IP电话宣称支持TLS/SRTP的安全特性，或者支持TR069或HTTPS的Provision方式的话，它一般还需要支持证书的管理，包括CA的证书及私钥证书等。证书管理的界面一般如图表6所示：

图表6 证书管理界面
2.2 IP电话性能篇
2.2.1 语音质量测试（Voice Quality Test ）
语音质量评估已经有专门的测试设备，如Agilent VQT，Sage公司的Sage 960等。

图表7 Sage960呼叫及语音质量测试仪
常见的语音评估算法一般有PAMS，PESQ，PESQ-LQ等。对于语音质量评估，一般的要求如下：

图表8 语音质量的指标要求
对于IP电话，根据声音耦合方式的不同，又分为两种测试环境：电路耦合测试，测试配置图见图表9。

图表9 四线电接口测量配置图
电接口测试中，测试仪我们用Sage960，配置为四线接口。电接口测试，实际上相当于Sage960模拟为听筒，进行收发语音信号（模拟信号）质量的评估。四线电接口的测试配置非常简单，除了Sage960外不再需要专门的设备和夹具，一般用户都可以在自己的实验室中进行。