基于CTI技術(shù)的有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)指揮通信調度機設計

指揮調度通信系統是根據指揮關(guān)系建立的用于保障指揮的專(zhuān)用通信系統，作為公用通信網(wǎng)的一個(gè)分支，廣泛應用于冶金、電力、石油、化工、鐵路、航空、交通、公安、軍隊等領(lǐng)域，為我國各行各業(yè)的高效運行發(fā)揮著(zhù)重要作用。調度機設備是指揮調度通信網(wǎng)中的核心，它的功能是完成接人節點(diǎn)鏈路的匯集、交換、控制和分配，以滿(mǎn)足不同的指揮通信要求[1]。隨著(zhù)計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會(huì )需求的日益增長(cháng)，調度機的發(fā)展經(jīng)歷了調度功能從單一到多樣、控制方式從人工到程控、通信體制從模擬到數字、組網(wǎng)方式從單級到多級的發(fā)展過(guò)程[2]。在專(zhuān)網(wǎng)、民航空中交通管制等指揮系統中，超短波無(wú)線(xiàn)通信用于地面與空中通信聯(lián)絡(luò )，因此對融合有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)的話(huà)音指揮調度提出迫切需要。本文介紹的基于CTI技術(shù)的有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)指揮通信調度機就是根據這種需求研制的一種現代通信調度設備。該設備將基于計算機的智能技術(shù)運用到有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)話(huà)音的發(fā)送、接收及管理中，提高了對通信的控制能力，實(shí)現了高效、靈活、可靠的調度通信。

1 CTI技術(shù)及其特點(diǎn)

CTI(計算機電信集成)技術(shù)將計算機技術(shù)和電信網(wǎng)絡(luò )連接，集成了PBX(用戶(hù)交換機)的呼叫處理能力與計算機的數據處理和控制功能，讓計算機能夠處理電話(huà)語(yǔ)音信號，以提供將電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的信號傳送和計算機的數據庫資源及編程能力結合起來(lái)的業(yè)務(wù)。該技術(shù)將數字時(shí)分交換、DSP(數字信號處理)、總線(xiàn)、計算機、網(wǎng)絡(luò )通信集成于一體，把計算機系統的用戶(hù)界面、數據庫、應用軟件與交換通信系統的呼叫控制相結合，提供基于呼叫的數據選擇、計算機撥號、呼叫監視、智能路由和語(yǔ)音處理等功能，而且能夠實(shí)現多種媒體類(lèi)型的信息傳送，包括實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)信號，如傳真、電子郵件和視頻信號等[3-4]。

目前基于微機平臺以板卡構建的CTI系統的關(guān)鍵技術(shù)主要有語(yǔ)音板卡技術(shù)、語(yǔ)音總線(xiàn)技術(shù)和機問(wèn)擴展總線(xiàn)技術(shù)。語(yǔ)音板卡完成語(yǔ)音信號從PSTN(公共電話(huà)交換網(wǎng))到計算機總線(xiàn)的連接，通過(guò)板卡上專(zhuān)用DSP芯片處理語(yǔ)音信號和完成交換功能。語(yǔ)音總線(xiàn)使各種功能專(zhuān)一的語(yǔ)音板卡連接成一個(gè)有機的整體，同時(shí)實(shí)現微機CTI系統卡間交換。機間擴展總線(xiàn)將獨立的語(yǔ)音計算機互連成一個(gè)大系統，擴展了單臺微機的呼叫處理能力，增加了服務(wù)功能[5]。

CTI技術(shù)具有以下特點(diǎn)[6]：充分利用計算機的信息處理能力；組網(wǎng)方便，操作靈活；提高通信線(xiàn)路的利用率；系統接口豐富，成本低；與電信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接；節省人力資源，提高指揮效能。

2 系統組成

基于CTI技術(shù)的有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)指揮通信調度機組成如圖1所示。調度機主要由數字交換控制模塊、超短波電臺接口模塊、外線(xiàn)接口模塊及電源模塊組成。外線(xiàn)接口模塊可靈活適配自動(dòng)/磁石/共電3種制式的外部有線(xiàn)話(huà)路；超短波電臺接口模塊完成與VHF單頻段、VHF/UHF雙頻段系列電臺的連接，實(shí)現對空無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音的指揮調度；數字交換控制模塊采用CTI技術(shù)在一臺計算機中配備多種接口/功能的電話(huà)語(yǔ)音卡，通過(guò)軟件控制完成整個(gè)設備的數字時(shí)分交換，實(shí)現對內、對外，有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)的語(yǔ)音指揮調度；其中RS-485數據通信卡提供4路串行RS-485總線(xiàn)，實(shí)現各模塊及調度終端之間的實(shí)時(shí)性要求高的控制信令、狀態(tài)信息的數據通信鏈路;使用網(wǎng)絡(luò )中間件,通過(guò)網(wǎng)口形成與調度終端間的寬帶數據通道;電源模塊提供所需的饋電與鈴流。

3 硬件設計

3.1 數字交換控制模塊

圖2為數字交換控制模塊組成框圖。該模塊主要由標準多媒體工業(yè)控制機、平板顯示器、鍵盤(pán)/鼠標、模擬用戶(hù)語(yǔ)音卡、環(huán)路中繼語(yǔ)音卡、數字中繼卡、網(wǎng)絡(luò )適配卡、RS-485數據通信卡紕成。

數字中繼卡提供標準E1接口，支持一號、七號及數字一號信令，通過(guò)75 Ω同軸電纜連接，實(shí)現數字中繼全自動(dòng)直撥進(jìn)網(wǎng)，同時(shí)，集成電話(huà)會(huì )議功能；模擬用戶(hù)語(yǔ)音卡提供多路二線(xiàn)模擬Z接口，用以連接外線(xiàn)、超短波電臺接口模塊的語(yǔ)音通道、調度終端、普通電話(huà)用戶(hù)，在H.100總線(xiàn)支持下構成數字時(shí)隙內部交換網(wǎng)；環(huán)路中繼語(yǔ)音卡提供多條二線(xiàn)環(huán)路接口，形成環(huán)路中繼組網(wǎng)能力；網(wǎng)絡(luò )適配卡提供1O Mbits-1/100Mbits-1以太網(wǎng)口，形成與調度終端間的寬帶鏈路；RS-485數據通信卡以主從查詢(xún)方式提供RS-485總線(xiàn)構成調度終端、外線(xiàn)/超短波電臺接口模塊與數字交換控制模塊間的控制信令／狀態(tài)信息的數據通道；平板顯示器、鍵盤(pán)、鼠標完成人機交互功能；標準多媒體工業(yè)控制機作為計算控制處理平臺，在數字交換控制軟件的統一調度下，通過(guò)使用SQL Setver 2000數據庫和調用各種API(應用程序接口)函數，調度相應板卡的驅動(dòng)程序對底層硬件進(jìn)行操作處理，實(shí)現塒各種板卡、語(yǔ)音信令信息的控制、處理、存儲和管理，使各種板卡協(xié)調工作形成整體，完成各種功能。

3.2 外線(xiàn)接口模塊

圖3為外線(xiàn)接口模塊組成框圖。

CPU采用ATMEL公司單片機處理器AT89C55，其指令系統與MCS-51完全兼容，片內20 kB的Flash存儲器具有1 000次擦寫(xiě)能力，256 B的RAM，3層可編程加鎖，8個(gè)中斷源以及空閑低功耗等功能。RS-485總線(xiàn)收發(fā)器采用MA XlM公司的MAX485芯片。地址譯碼電路采用ALTERA在線(xiàn)可編程器件EPM7128STC100。使用8 kB片外RAM作為數據存儲。外線(xiàn)接口板負責外部自動(dòng)/共電/磁石接口和內部Z接口適配、外線(xiàn)鈴流檢測和對磁石用戶(hù)發(fā)鈴。電源由專(zhuān)用模塊組成，提供+5 V、+12 V和鈴流～75 V電壓。PW1A～PW15A為驅動(dòng)外線(xiàn)接口板發(fā)鈴地址信號；PW1B～PW15B為驅動(dòng)外線(xiàn)接口板內部用戶(hù)有源負載地址信號；PW1C～PW15C為驅動(dòng)外線(xiàn)接口板外部用戶(hù)有源負載地址信號；PW1D～PW15D為驅動(dòng)外線(xiàn)接口板話(huà)路繼電器地址信號；/PR1E～/PR15E為檢測外線(xiàn)接口板鈴流呼入地址信號；/PR1F～/PR15F為檢測外線(xiàn)接口板磁石專(zhuān)線(xiàn)自動(dòng)設置地址信號。

3.3 超短波電臺接口模塊

圖4為超短波電臺接口模塊組成框圖。該模塊主要完成對多部VHF單頻段、VHF/UHF雙頻段系列電臺的波道選擇控制和語(yǔ)音收發(fā)鍵控，實(shí)現對空的話(huà)音指揮調度。

采用AT89C55單片機的微處理主控制電路控制多塊VHF單頻段、VHF/UHF雙頻段電臺接口板，處理RS-485數據通信報文。包括：接收和發(fā)送電臺占用、波道控制信息、發(fā)送電臺的鏈路通/斷、遙控/主控、占用波道頻率等狀態(tài)信息；RS-485接口電路使用MAX485實(shí)現總線(xiàn)物理層功能；控制接口板上的切換電路完成調度系統與人工系統對電臺操作的自動(dòng)切換；PTT掃描用以確定調度終端無(wú)線(xiàn)話(huà)音收發(fā)；電源提供正常工作所需要的幾種直流電源。

4 軟件設計

4.1 數字交換控制軟件

數字交換控制軟件為調度機主控軟件，它是以中文Windows 2000 Server為操作系統、SQL Server2000為數據庫、使用VC6.0工具進(jìn)行設計的Windows應用程序。軟件采用了面向對象、網(wǎng)絡(luò )中間件等先進(jìn)、流行的程序設計方法，利用從硬件層抽象且封裝好的電話(huà)語(yǔ)音卡API、ACE(自適配通信環(huán)境)中間件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

圖5為數字交換控制軟件模塊結構圖。

a)調度機軟件主界面模塊：提供應用程序主窗口，將各功能程序模塊結合在一起形成一有機系統。

b)初始化模塊：檢測并初始化各電話(huà)語(yǔ)音卡和RS-485數據通信卡；建立進(jìn)行交換的數據表并對表中元素置初值；定時(shí)器初始化，準備啟動(dòng)數字交換工作循環(huán)。

c)系統設置模塊：利用友好的圖形用戶(hù)界面對各種系統數據進(jìn)行設置與修改，供數字交換處理各程序使用，包括邏輯通道分配模塊、外線(xiàn)配置模塊、電話(huà)單機配置模塊、局數據設置模塊、系統運行參數設置模塊、通用終端配置模塊和無(wú)線(xiàn)終端配置模塊；其中無(wú)線(xiàn)終端配置又包括單手機通信單元配置模塊和無(wú)線(xiàn)通信單元配置模塊。

d)交換處理模塊：是整個(gè)調度機的核心部分，在其他模塊的支持下，實(shí)現各種實(shí)時(shí)交換控制業(yè)務(wù)，使整機按照預定進(jìn)程可靠地工作。有線(xiàn)終端處理模塊主要完成通用終端和單手機通信單元的單鍵直撥和各種呼叫處理；電話(huà)單機處理模塊主要實(shí)現內部普通電話(huà)機用戶(hù)的呼叫處理功能；外線(xiàn)處理模塊主要完成自動(dòng)/共電/磁石3種制式的外線(xiàn)呼入和呼出；無(wú)線(xiàn)電臺處理模塊完成無(wú)線(xiàn)單元與超短波電臺的語(yǔ)音通道建立與拆除，實(shí)現對電臺的遠端遙控；電話(huà)會(huì )議處理模塊實(shí)現內部有線(xiàn)終端和外部磁石專(zhuān)線(xiàn)的多組多方會(huì )議；環(huán)路中繼處理模塊提供電腦話(huà)務(wù)員和人工轉接兩種方式，完成調度機的半自動(dòng)直撥入網(wǎng)功能；數字中繼處理模塊完成多種信令處理，實(shí)現調度機的全自動(dòng)直撥入網(wǎng)功能。

e)RS-485數據收發(fā)模塊：完成RS-485總線(xiàn)上實(shí)時(shí)控制信令和狀態(tài)信息的數據報接收和發(fā)送。

f)網(wǎng)絡(luò )通信模塊：ACE[7]是可以自由使用、開(kāi)放源碼的面向對象構架，在其中實(shí)現了許多用于并發(fā)通信軟件核心模式。ACE提供了一組豐富的可復用C++包裝外觀(guān)(wrapper Facade)和構架組件，可跨越多種平臺完成通用的通信軟件任務(wù)?？紤]到性能和開(kāi)發(fā)時(shí)間，采用ACE實(shí)現數字交換控制模塊與通用終端之間的以太局域網(wǎng)數據鏈路。

g)電話(huà)記錄數據庫管理模塊：在SQL Server 2000數據庫引擎支持下，完成各種電話(huà)呼叫信息(包括有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn))的記錄和查詢(xún)；采用Excel混合編程實(shí)現記錄數據的備份、管理。

h)異常處理模塊：該模塊對各種軟件異常和錯誤操作給出相應的處理。

4．2 外線(xiàn)接口模塊軟件

a)輸入處理：初始采集線(xiàn)路類(lèi)別信號，實(shí)時(shí)采集鈴流呼入信號和RS-485總線(xiàn)上的報文等，并進(jìn)行相應的事件登記。

b)內部處理：分析鈴流呼入事件，編制相應報文；分析數字交換控制模塊發(fā)來(lái)的各類(lèi)報文，實(shí)時(shí)編制語(yǔ)音通道的接通、復原和振鈴等控制任務(wù)。

c)輸出處理：實(shí)時(shí)驅動(dòng)：RS-485接口，向數字交換控制模塊發(fā)送編制的各類(lèi)報文，實(shí)時(shí)驅動(dòng)語(yǔ)音通道的接通、復原和發(fā)鈴等。

4.3 超短波電臺接口模塊軟件

a)輸入處理：實(shí)時(shí)采集電臺數據信號和RS-485總線(xiàn)上的報文等，并進(jìn)行相應的事件登記。

b)內部處理：分析各種輸入事件，編制相應報文；分析數字交換控制模塊發(fā)來(lái)的各類(lèi)報文，實(shí)時(shí)編制語(yǔ)音通道的接通，驅動(dòng)相應的繼電器，實(shí)現語(yǔ)音信號收發(fā)任務(wù)；對相應電臺接口板而言，發(fā)送適合的數據指令信息。

c)輸出處理：實(shí)時(shí)驅動(dòng)RS-485接口，向數字交換控制模塊發(fā)送編制的各類(lèi)報文，實(shí)時(shí)驅動(dòng)語(yǔ)音通道的接通，驅動(dòng)相應的繼電器和控制電路，控制語(yǔ)音信號收發(fā)任務(wù)。

5 結束語(yǔ)

本文描述了一種基于CTI技術(shù)的有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)指揮通信調度機的軟、硬件設計技術(shù)。該調度機是一種全集成、無(wú)阻塞的數字程控調度機，集指揮調度、全數字時(shí)分交換、數據庫查詢(xún)、電話(huà)會(huì )議、外線(xiàn)靈活接入、超短波電臺集中遙控、維護管理等多種功能為一體，實(shí)現了快速、高效、靈活、可靠的指揮調度通信，對指揮系統目前存在的內外通信連接環(huán)節多，以及切換、轉接、交換不便于管理等問(wèn)題的解決具有針對性，滿(mǎn)足了多種單位自動(dòng)化系統組織協(xié)調、實(shí)施指揮調度通信的需要。所設計的指揮通信調度機符合國家、軍隊和電信管理部門(mén)的有關(guān)標準和技術(shù)規范，已在某些領(lǐng)域得到實(shí)際應用。