基于CTI技術(shù)的有線/無(wú)線指揮通信調(diào)度機(jī)設(shè)計(jì)

指揮調(diào)度通信系統(tǒng)是根據(jù)指揮關(guān)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(gè)分支，廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石油、化工、鐵路、航空、交通、公安、軍隊(duì)等領(lǐng)域，為我國(guó)各行各業(yè)的高效運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。調(diào)度機(jī)設(shè)備是指揮調(diào)度通信網(wǎng)中的核心，它的功能是完成接人節(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)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(zhǎng)，調(diào)度機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了調(diào)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(jí)到多級(jí)的發(fā)展過(guò)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(wú)線通信用于地面與空中通信聯(lián)絡(luò)，因此對(duì)融合有線、無(wú)線的話音指揮調(diào)度提出迫切需要。本文介紹的基于CTI技術(shù)的有線/無(wú)線指揮通信調(diào)度機(jī)就是根據(jù)這種需求研制的一種現(xiàn)代通信調(diào)度設(shè)備。該設(shè)備將基于計(jì)算機(jī)的智能技術(shù)運(yùn)用到有線/無(wú)線話音的發(fā)送、接收及管理中，提高了對(duì)通信的控制能力，實(shí)現(xiàn)了高效、靈活、可靠的調(diào)度通信。

1 CTI技術(shù)及其特點(diǎn)

CTI(計(jì)算機(jī)電信集成)技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信網(wǎng)絡(luò)連接，集成了PBX(用戶交換機(jī))的呼叫處理能力與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理和控制功能，讓計(jì)算機(jī)能夠處理電話語(yǔ)音信號(hào)，以提供將電話網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳送和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源及編程能力結(jié)合起來(lái)的業(yè)務(wù)。該技術(shù)將數(shù)字時(shí)分交換、DSP(數(shù)字信號(hào)處理)、總線、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信集成于一體，把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶界面、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件與交換通信系統(tǒng)的呼叫控制相結(jié)合，提供基于呼叫的數(shù)據(jù)選擇、計(jì)算機(jī)撥號(hào)、呼叫監(jiān)視、智能路由和語(yǔ)音處理等功能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種媒體類型的信息傳送，包括實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)信號(hào)，如傳真、電子郵件和視頻信號(hào)等[3-4]。

目前基于微機(jī)平臺(tái)以板卡構(gòu)建的CTI系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要有語(yǔ)音板卡技術(shù)、語(yǔ)音總線技術(shù)和機(jī)問(wèn)擴(kuò)展總線技術(shù)。語(yǔ)音板卡完成語(yǔ)音信號(hào)從PSTN(公共電話交換網(wǎng))到計(jì)算機(jī)總線的連接，通過(guò)板卡上專用DSP芯片處理語(yǔ)音信號(hào)和完成交換功能。語(yǔ)音總線使各種功能專一的語(yǔ)音板卡連接成一個(gè)有機(jī)的整體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)微機(jī)CTI系統(tǒng)卡間交換。機(jī)間擴(kuò)展總線將獨(dú)立的語(yǔ)音計(jì)算機(jī)互連成一個(gè)大系統(tǒng)，擴(kuò)展了單臺(tái)微機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)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(shù)的有線/無(wú)線指揮通信調(diào)度機(jī)組成如圖1所示。調(diào)度機(jī)主要由數(shù)字交換控制模塊、超短波電臺(tái)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(dòng)/磁石/共電3種制式的外部有線話路；超短波電臺(tái)接口模塊完成與VHF單頻段、VHF/UHF雙頻段系列電臺(tái)的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)空無(wú)線語(yǔ)音的指揮調(diào)度；數(shù)字交換控制模塊采用CTI技術(shù)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中配備多種接口/功能的電話語(yǔ)音卡，通過(guò)軟件控制完成整個(gè)設(shè)備的數(shù)字時(shí)分交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)、對(duì)外，有線、無(wú)線的語(yǔ)音指揮調(diào)度；其中RS-485數(shù)據(jù)通信卡提供4路串行RS-485總線，實(shí)現(xiàn)各模塊及調(diào)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(shù)據(jù)通信鏈路;使用網(wǎng)絡(luò)中間件,通過(guò)網(wǎng)口形成與調(diào)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(shè)計(jì)

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(biāo)準(zhǔn)多媒體工業(yè)控制機(jī)、平板顯示器、鍵盤(pán)/鼠標(biāo)、模擬用戶語(yǔ)音卡、環(huán)路中繼語(yǔ)音卡、數(shù)字中繼卡、網(wǎng)絡(luò)適配卡、RS-485數(shù)據(jù)通信卡紕成。

數(shù)字中繼卡提供標(biāo)準(zhǔn)E1接口，支持一號(hào)、七號(hào)及數(shù)字一號(hào)信令，通過(guò)75 Ω同軸電纜連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字中繼全自動(dòng)直撥進(jìn)網(wǎng)，同時(shí)，集成電話會(huì)議功能；模擬用戶語(yǔ)音卡提供多路二線模擬Z接口，用以連接外線、超短波電臺(tái)接口模塊的語(yǔ)音通道、調(diào)度終端、普通電話用戶，在H.100總線支持下構(gòu)成數(shù)字時(shí)隙內(nèi)部交換網(wǎng)；環(huán)路中繼語(yǔ)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(luò)適配卡提供1O Mbits-1/100Mbits-1以太網(wǎng)口，形成與調(diào)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(gòu)成調(diào)度終端、外線/超短波電臺(tái)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(pán)、鼠標(biāo)完成人機(jī)交互功能；標(biāo)準(zhǔn)多媒體工業(yè)控制機(jī)作為計(jì)算控制處理平臺(tái)，在數(shù)字交換控制軟件的統(tǒng)一調(diào)度下，通過(guò)使用SQL Setver 2000數(shù)據(jù)庫(kù)和調(diào)用各種API(應(yīng)用程序接口)函數(shù)，調(diào)度相應(yīng)板卡的驅(qū)動(dòng)程序?qū)Φ讓佑布M(jìn)行操作處理，實(shí)現(xiàn)塒各種板卡、語(yǔ)音信令信息的控制、處理、存儲(chǔ)和管理，使各種板卡協(xié)調(diào)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(jī)處理器AT89C55，其指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容，片內(nèi)20 kB的Flash存儲(chǔ)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(chǔ)。外線接口板負(fù)責(zé)外部自動(dòng)/共電/磁石接口和內(nèi)部Z接口適配、外線鈴流檢測(cè)和對(duì)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(qū)動(dòng)外線接口板發(fā)鈴地址信號(hào)；PW1B～PW15B為驅(qū)動(dòng)外線接口板內(nèi)部用戶有源負(fù)載地址信號(hào)；PW1C～PW15C為驅(qū)動(dòng)外線接口板外部用戶有源負(fù)載地址信號(hào)；PW1D～PW15D為驅(qū)動(dòng)外線接口板話路繼電器地址信號(hào)；/PR1E～/PR15E為檢測(cè)外線接口板鈴流呼入地址信號(hào)；/PR1F～/PR15F為檢測(cè)外線接口板磁石專線自動(dòng)設(shè)置地址信號(hào)。

3.3 超短波電臺(tái)接口模塊

圖4為超短波電臺(tái)接口模塊組成框圖。該模塊主要完成對(duì)多部VHF單頻段、VHF/UHF雙頻段系列電臺(tái)的波道選擇控制和語(yǔ)音收發(fā)鍵控，實(shí)現(xiàn)對(duì)空的話音指揮調(diào)度。

采用AT89C55單片機(jī)的微處理主控制電路控制多塊VHF單頻段、VHF/UHF雙頻段電臺(tái)接口板，處理RS-485數(shù)據(jù)通信報(bào)文。包括：接收和發(fā)送電臺(tái)占用、波道控制信息、發(fā)送電臺(tái)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(xiàn)總線物理層功能；控制接口板上的切換電路完成調(diào)度系統(tǒng)與人工系統(tǒng)對(duì)電臺(tái)操作的自動(dòng)切換；PTT掃描用以確定調(diào)度終端無(wú)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(shè)計(jì)

4.1 數(shù)字交換控制軟件

數(shù)字交換控制軟件為調(diào)度機(jī)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(kù)、使用VC6.0工具進(jìn)行設(shè)計(jì)的Windows應(yīng)用程序。軟件采用了面向?qū)ο?、網(wǎng)絡(luò)中間件等先進(jìn)、流行的程序設(shè)計(jì)方法，利用從硬件層抽象且封裝好的電話語(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(shù)字交換控制軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。

a)調(diào)度機(jī)軟件主界面模塊：提供應(yīng)用程序主窗口，將各功能程序模塊結(jié)合在一起形成一有機(jī)系統(tǒng)。

b)初始化模塊：檢測(cè)并初始化各電話語(yǔ)音卡和RS-485數(shù)據(jù)通信卡；建立進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)表并對(duì)表中元素置初值；定時(shí)器初始化，準(zhǔn)備啟動(dòng)數(shù)字交換工作循環(huán)。

c)系統(tǒng)設(shè)置模塊：利用友好的圖形用戶界面對(duì)各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)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(jī)配置模塊、局?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置模塊、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置模塊、通用終端配置模塊和無(wú)線終端配置模塊；其中無(wú)線終端配置又包括單手機(jī)通信單元配置模塊和無(wú)線通信單元配置模塊。

d)交換處理模塊：是整個(gè)調(diào)度機(jī)的核心部分，在其他模塊的支持下，實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)交換控制業(yè)務(wù)，使整機(jī)按照預(yù)定進(jìn)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(jī)通信單元的單鍵直撥和各種呼叫處理；電話單機(jī)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部普通電話機(jī)用戶的呼叫處理功能；外線處理模塊主要完成自動(dòng)/共電/磁石3種制式的外線呼入和呼出；無(wú)線電臺(tái)處理模塊完成無(wú)線單元與超短波電臺(tái)的語(yǔ)音通道建立與拆除，實(shí)現(xiàn)對(duì)電臺(tái)的遠(yuǎn)端遙控；電話會(huì)議處理模塊實(shí)現(xiàn)內(nèi)部有線終端和外部磁石專線的多組多方會(huì)議；環(huán)路中繼處理模塊提供電腦話務(wù)員和人工轉(zhuǎn)接兩種方式，完成調(diào)度機(jī)的半自動(dòng)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(shí)現(xiàn)調(diào)度機(jī)的全自動(dòng)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(shí)時(shí)控制信令和狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)報(bào)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?qū)ο髽?gòu)架，在其中實(shí)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(fù)用C++包裝外觀(wrapper Facade)和構(gòu)架組件，可跨越多種平臺(tái)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(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(kù)管理模塊：在SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)引擎支持下，完成各種電話呼叫信息(包括有線、無(wú)線)的記錄和查詢；采用Excel混合編程實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的備份、管理。

h)異常處理模塊：該模塊對(duì)各種軟件異常和錯(cuò)誤操作給出相應(yīng)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(hào)，實(shí)時(shí)采集鈴流呼入信號(hào)和RS-485總線上的報(bào)文等，并進(jìn)行相應(yīng)的事件登記。

b)內(nèi)部處理：分析鈴流呼入事件，編制相應(yīng)報(bào)文；分析數(shù)字交換控制模塊發(fā)來(lái)的各類報(bào)文，實(shí)時(shí)編制語(yǔ)音通道的接通、復(fù)原和振鈴等控制任務(wù)。

c)輸出處理：實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)：RS-485接口，向數(shù)字交換控制模塊發(fā)送編制的各類報(bào)文，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音通道的接通、復(fù)原和發(fā)鈴等。

4.3 超短波電臺(tái)接口模塊軟件

a)輸入處理：實(shí)時(shí)采集電臺(tái)數(shù)據(jù)信號(hào)和RS-485總線上的報(bào)文等，并進(jìn)行相應(yīng)的事件登記。

b)內(nèi)部處理：分析各種輸入事件，編制相應(yīng)報(bào)文；分析數(shù)字交換控制模塊發(fā)來(lái)的各類報(bào)文，實(shí)時(shí)編制語(yǔ)音通道的接通，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)收發(fā)任務(wù)；對(duì)相應(yīng)電臺(tái)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(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)RS-485接口，向數(shù)字交換控制模塊發(fā)送編制的各類報(bào)文，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音通道的接通，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器和控制電路，控制語(yǔ)音信號(hào)收發(fā)任務(wù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文描述了一種基于CTI技術(shù)的有線/無(wú)線指揮通信調(diào)度機(jī)的軟、硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。該調(diào)度機(jī)是一種全集成、無(wú)阻塞的數(shù)字程控調(diào)度機(jī)，集指揮調(diào)度、全數(shù)字時(shí)分交換、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、電話會(huì)議、外線靈活接入、超短波電臺(tái)集中遙控、維護(hù)管理等多種功能為一體，實(shí)現(xiàn)了快速、高效、靈活、可靠的指揮調(diào)度通信，對(duì)指揮系統(tǒng)目前存在的內(nèi)外通信連接環(huán)節(jié)多，以及切換、轉(zhuǎn)接、交換不便于管理等問(wèn)題的解決具有針對(duì)性，滿足了多種單位自動(dòng)化系統(tǒng)組織協(xié)調(diào)、實(shí)施指揮調(diào)度通信的需要。所設(shè)計(jì)的指揮通信調(diào)度機(jī)符合國(guó)家、軍隊(duì)和電信管理部門(mén)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，已在某些領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。