基于CTI技術的有線/無線指揮通信調度機設計

指揮調度通信系統(tǒng)是根據(jù)指揮關系建立的用于保障指揮的專用通信系統(tǒng)，作為公用通信網(wǎng)的一個分支，廣泛應用于冶金、電力、石油、化工、鐵路、航空、交通、公安、軍隊等領域，為我國各行各業(yè)的高效運行發(fā)揮著重要作用。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(jié)點鏈路的匯集、交換、控制和分配，以滿足不同的指揮通信要求[1]。隨著計算機技術、電子技術、通信技術的迅猛發(fā)展和社會需求的日益增長，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(shù)字、組網(wǎng)方式從單級到多級的發(fā)展過程[2]。在專網(wǎng)、民航空中交通管制等指揮系統(tǒng)中，超短波無線通信用于地面與空中通信聯(lián)絡，因此對融合有線、無線的話音指揮調度提出迫切需要。本文介紹的基于CTI技術的有線/無線指揮通信調度機就是根據(jù)這種需求研制的一種現(xiàn)代通信調度設備。該設備將基于計算機的智能技術運用到有線/無線話音的發(fā)送、接收及管理中，提高了對通信的控制能力，實現(xiàn)了高效、靈活、可靠的調度通信。

1 CTI技術及其特點

CTI(計算機電信集成)技術將計算機技術和電信網(wǎng)絡連接，集成了PBX(用戶交換機)的呼叫處理能力與計算機的數(shù)據(jù)處理和控制功能，讓計算機能夠處理電話語音信號，以提供將電話網(wǎng)絡的信號傳送和計算機的數(shù)據(jù)庫資源及編程能力結合起來的業(yè)務。該技術將數(shù)字時分交換、DSP(數(shù)字信號處理)、總線、計算機、網(wǎng)絡通信集成于一體，把計算機系統(tǒng)的用戶界面、數(shù)據(jù)庫、應用軟件與交換通信系統(tǒng)的呼叫控制相結合，提供基于呼叫的數(shù)據(jù)選擇、計算機撥號、呼叫監(jiān)視、智能路由和語音處理等功能，而且能夠實現(xiàn)多種媒體類型的信息傳送，包括實時與非實時信號，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(tǒng)的關鍵技術主要有語音板卡技術、語音總線技術和機問擴展總線技術。語音板卡完成語音信號從PSTN(公共電話交換網(wǎng))到計算機總線的連接，通過板卡上專用DSP芯片處理語音信號和完成交換功能。語音總線使各種功能專一的語音板卡連接成一個有機的整體，同時實現(xiàn)微機CTI系統(tǒng)卡間交換。機間擴展總線將獨立的語音計算機互連成一個大系統(tǒng)，擴展了單臺微機的呼叫處理能力，增加了服務功能[5]。

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

2 系統(tǒng)組成

基于CTI技術的有線/無線指揮通信調度機組成如圖1所示。調度機主要由數(shù)字交換控制模塊、超短波電臺接口模塊、外線接口模塊及電源模塊組成。外線接口模塊可靈活適配自動/磁石/共電3種制式的外部有線話路；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，實現(xiàn)對空無線語音的指揮調度；數(shù)字交換控制模塊采用CTI技術在一臺計算機中配備多種接口/功能的電話語音卡，通過軟件控制完成整個設備的數(shù)字時分交換，實現(xiàn)對內、對外，有線、無線的語音指揮調度；其中RS-485數(shù)據(jù)通信卡提供4路串行RS-485總線，實現(xiàn)各模塊及調度終端之間的實時性要求高的控制信令、狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)通信鏈路;使用網(wǎng)絡中間件,通過網(wǎng)口形成與調度終端間的寬帶數(shù)據(jù)通道;電源模塊提供所需的饋電與鈴流。

3 硬件設計

3.1 數(shù)字交換控制模塊

圖2為數(shù)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/鼠標、模擬用戶語音卡、環(huán)路中繼語音卡、數(shù)字中繼卡、網(wǎng)絡適配卡、RS-485數(shù)據(jù)通信卡紕成。

數(shù)字中繼卡提供標準E1接口，支持一號、七號及數(shù)字一號信令，通過75 Ω同軸電纜連接，實現(xiàn)數(shù)字中繼全自動直撥進網(wǎng)，同時，集成電話會議功能；模擬用戶語音卡提供多路二線模擬Z接口，用以連接外線、超短波電臺接口模塊的語音通道、調度終端、普通電話用戶，在H.100總線支持下構成數(shù)字時隙內部交換網(wǎng)；環(huán)路中繼語音卡提供多條二線環(huán)路接口，形成環(huán)路中繼組網(wǎng)能力；網(wǎng)絡適配卡提供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(shù)據(jù)通信卡以主從查詢方式提供RS-485總線構成調度終端、外線/超短波電臺接口模塊與數(shù)字交換控制模塊間的控制信令／狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)通道；平板顯示器、鍵盤、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(shù)字交換控制軟件的統(tǒng)一調度下，通過使用SQL Setver 2000數(shù)據(jù)庫和調用各種API(應用程序接口)函數(shù)，調度相應板卡的驅動程序對底層硬件進行操作處理，實現(xiàn)塒各種板卡、語音信令信息的控制、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 外線接口模塊

圖3為外線接口模塊組成框圖。

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

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音收發(fā)鍵控，實現(xiàn)對空的話音指揮調度。

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(shù)據(jù)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實現(xiàn)總線物理層功能；控制接口板上的切換電路完成調度系統(tǒng)與人工系統(tǒng)對電臺操作的自動切換；PTT掃描用以確定調度終端無線話音收發(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(shù)字交換控制軟件

數(shù)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(tǒng)、SQL Server2000為數(shù)據(jù)庫、使用VC6.0工具進行設計的Windows應用程序。軟件采用了面向對象、網(wǎng)絡中間件等先進、流行的程序設計方法，利用從硬件層抽象且封裝好的電話語音卡API、ACE(自適配通信環(huán)境)中間件進行開發(fā)。

圖5為數(shù)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(tǒng)。

b)初始化模塊：檢測并初始化各電話語音卡和RS-485數(shù)據(jù)通信卡；建立進行交換的數(shù)據(jù)表并對表中元素置初值；定時器初始化，準備啟動數(shù)字交換工作循環(huán)。

c)系統(tǒng)設置模塊：利用友好的圖形用戶界面對各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行設置與修改，供數(shù)字交換處理各程序使用，包括邏輯通道分配模塊、外線配置模塊、電話單機配置模塊、局數(shù)據(jù)設置模塊、系統(tǒng)運行參數(shù)設置模塊、通用終端配置模塊和無線終端配置模塊；其中無線終端配置又包括單手機通信單元配置模塊和無線通信單元配置模塊。

d)交換處理模塊：是整個調度機的核心部分，在其他模塊的支持下，實現(xiàn)各種實時交換控制業(yè)務，使整機按照預定進程可靠地工作。有線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；電話單機處理模塊主要實現(xiàn)內部普通電話機用戶的呼叫處理功能；外線處理模塊主要完成自動/共電/磁石3種制式的外線呼入和呼出；無線電臺處理模塊完成無線單元與超短波電臺的語音通道建立與拆除，實現(xiàn)對電臺的遠端遙控；電話會議處理模塊實現(xiàn)內部有線終端和外部磁石專線的多組多方會議；環(huán)路中繼處理模塊提供電腦話務員和人工轉接兩種方式，完成調度機的半自動直撥入網(wǎng)功能；數(shù)字中繼處理模塊完成多種信令處理，實現(xiàn)調度機的全自動直撥入網(wǎng)功能。

e)RS-485數(shù)據(jù)收發(fā)模塊：完成RS-485總線上實時控制信令和狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)報接收和發(fā)送。

f)網(wǎng)絡通信模塊：ACE[7]是可以自由使用、開放源碼的面向對象構架，在其中實現(xiàn)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(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?？紤]到性能和開發(fā)時間，采用ACE實現(xiàn)數(shù)字交換控制模塊與通用終端之間的以太局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路。

g)電話記錄數(shù)據(jù)庫管理模塊：在SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫引擎支持下，完成各種電話呼叫信息(包括有線、無線)的記錄和查詢；采用Excel混合編程實現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)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 外線接口模塊軟件

a)輸入處理：初始采集線路類別信號，實時采集鈴流呼入信號和RS-485總線上的報文等，并進行相應的事件登記。

b)內部處理：分析鈴流呼入事件，編制相應報文；分析數(shù)字交換控制模塊發(fā)來的各類報文，實時編制語音通道的接通、復原和振鈴等控制任務。

c)輸出處理：實時驅動：RS-485接口，向數(shù)字交換控制模塊發(fā)送編制的各類報文，實時驅動語音通道的接通、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：實時采集電臺數(shù)據(jù)信號和RS-485總線上的報文等，并進行相應的事件登記。

b)內部處理：分析各種輸入事件，編制相應報文；分析數(shù)字交換控制模塊發(fā)來的各類報文，實時編制語音通道的接通，驅動相應的繼電器，實現(xiàn)語音信號收發(fā)任務；對相應電臺接口板而言，發(fā)送適合的數(shù)據(jù)指令信息。

c)輸出處理：實時驅動RS-485接口，向數(shù)字交換控制模塊發(fā)送編制的各類報文，實時驅動語音通道的接通，驅動相應的繼電器和控制電路，控制語音信號收發(fā)任務。

5 結束語

本文描述了一種基于CTI技術的有線/無線指揮通信調度機的軟、硬件設計技術。該調度機是一種全集成、無阻塞的數(shù)字程控調度機，集指揮調度、全數(shù)字時分交換、數(shù)據(jù)庫查詢、電話會議、外線靈活接入、超短波電臺集中遙控、維護管理等多種功能為一體，實現(xiàn)了快速、高效、靈活、可靠的指揮調度通信，對指揮系統(tǒng)目前存在的內外通信連接環(huán)節(jié)多，以及切換、轉接、交換不便于管理等問題的解決具有針對性，滿足了多種單位自動化系統(tǒng)組織協(xié)調、實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的有關標準和技術規(guī)范，已在某些領域得到實際應用。