基于CTI技术的有线/无线指挥通信调度机的设计

2007-11-19 10:40:45来源: 电子工程师

0 引 言

指挥调度通信系统是根据指挥关系建立的用于保障指挥的专用通信系统,作为公用通信网的一个分支,广泛应用于冶金、电力、石油、化工、铁路、航空、交通、公安、军队等领域,为我国各行各业的高效运行发挥着重要作用。调度机设备是指挥调度通信网中的核心,它的功能是完成接人节点链路的汇集、交换控制和分配,以满足不同的指挥通信要求[1]。随着计算机技术、电子技术、通信技术的迅猛发展和社会需求的日益增长,调度机的发展经历了调度功能从单一到多样、控制方式从人工到程控、通信体制从模拟到数字、组网方式从单级到多级的发展过程[2]。在专网、民航空中交通管制等指挥系统中,超短波无线通信用于地面与空中通信联络,因此对融合有线、无线的话音指挥调度提出迫切需要。本文介绍的基于CTI技术的有线/无线指挥通信调度机就是根据这种需求研制的一种现代通信调度设备。该设备将基于计算机的智能技术运用到有线/无线话音的发送、接收及管理中,提高了对通信的控制能力,实现了高效、灵活、可靠的调度通信。

1 CTI技术及其特点

CTI(计算机电信集成)技术将计算机技术和电信网络连接,集成了PBX(用户交换机)的呼叫处理能力与计算机的数据处理和控制功能,让计算机能够处理电话语音信号,以提供将电话网络的信号传送和计算机的数据库资源及编程能力结合起来的业务。该技术将数字时分交换、DSP(数字信号处理)、总线、计算机、网络通信集成于一体,把计算机系统的用户界面、数据库、应用软件与交换通信系统的呼叫控制相结合,提供基于呼叫的数据选择、计算机拨号、呼叫监视、智能路由和语音处理等功能,而且能够实现多种媒体类型的信息传送,包括实时与非实时信号,如传真、电子邮件和视频信号等[3-4]。

目前基于微机平台以板卡构建的CTI系统的关键技术主要有语音板卡技术、语音总线技术和机问扩展总线技术。语音板卡完成语音信号从PSTN(公共电话交换网)到计算机总线的连接,通过板卡上专用DSP芯片处理语音信号和完成交换功能。语音总线使各种功能专一的语音板卡连接成一个有机的整体,同时实现微机CTI系统卡间交换。机间扩展总线将独立的语音计算机互连成一个大系统,扩展了单台微机的呼叫处理能力,增加了服务功能[5]。

CTI技术具有以下特点[6]:充分利用计算机的信息处理能力;组网方便,操作灵活;提高通信线路的利用率;系统接口丰富,成本低;与电信网和计算机网络的无缝连接;节省人力资源,提高指挥效能。

2 系统组成

基于CTI技术的有线/无线指挥通信调度机组成如图1所示。调度机主要由数字交换控制模块、超短波电台接口模块、外线接口模块及电源模块组成。外线接口模块可灵活适配自动/磁石/共电3种制式的外部有线话路;超短波电台接口模块完成与VHF单频段、VHF/UHF双频段系列电台的连接,实现对空无线语音的指挥调度;数字交换控制模块采用CTI技术在一台计算机中配备多种接口/功能的电话语音卡,通过软件控制完成整个设备的数字时分交换,实现对内、对外,有线、无线的语音指挥调度;其中RS-485数据通信卡提供4路串行RS-485总线,实现各模块及调度终端之间的实时性要求高的控制信令、状态信息的数据通信链路;使用网络中间件,通过网口形成与调度终端间的宽带数据通道;电源模块提供所需的馈电与铃流。

3 硬件设计

3.1 数字交换控制模块

图2为数字交换控制模块组成框图。该模块主要由标准多媒体工业控制机、平板显示器、键盘/鼠标、模拟用户语音卡、环路中继语音卡、数字中继卡、网络适配卡、RS-485数据通信卡纰成。

数字中继卡提供标准E1接口,支持一号、七号及数字一号信令,通过75 Ω同轴电缆连接,实现数字中继全自动直拨进网,同时,集成电话会议功能;模拟用户语音卡提供多路二线模拟Z接口,用以连接外线、超短波电台接口模块的语音通道、调度终端、普通电话用户,在H.100总线支持下构成数字时隙内部交换网;环路中继语音卡提供多条二线环路接口,形成环路中继组网能力;网络适配卡提供1O Mbit·s-1/100Mbit·s-1以太网口,形成与调度终端间的宽带链路;RS-485数据通信卡以主从查询方式提供RS-485总线构成调度终端、外线/超短波电台接口模块与数字交换控制模块间的控制信令/状态信息的数据通道;平板显示器、键盘、鼠标完成人机交互功能;标准多媒体工业控制机作为计算控制处理平台,在数字交换控制软件的统一调度下,通过使用SQL Setver 2000数据库和调用各种API(应用程序接口)函数,调度相应板卡的驱动程序对底层硬件进行操作处理,实现埘各种板卡、语音信令信息的控制、处理、存储和管理,使各种板卡协调工作形成整体,完成各种功能。

3.2 外线接口模块

图3为外线接口模块组成框图。



CPU采用ATMEL公司单片机处理器AT89C55,其指令系统与MCS-51完全兼容,片内20 kB的Flash存储器具有1 000次擦写能力,256 B的RAM,3层可编程加锁,8个中断源以及空闲低功耗等功能。RS-485总线收发器采用MA XlM公司的MAX485芯片。地址译码电路采用ALTERA在线可编程器件EPM7128STC100。使用8 kB片外RAM作为数据存储。外线接口板负责外部自动/共电/磁石接口和内部Z接口适配、外线铃流检测和对磁石用户发铃。电源由专用模块组成,提供+5 V、+12 V和铃流~75 V电压。PW1A~PW15A为驱动外线接口板发铃地址信号;PW1B~PW15B为驱动外线接口板内部用户有源负载地址信号;PW1C~PW15C为驱动外线接口板外部用户有源负载地址信号;PW1D~PW15D为驱动外线接口板话路继电器地址信号;/PR1E~/PR15E为检测外线接口板铃流呼入地址信号;/PR1F~/PR15F为检测外线接口板磁石专线自动设置地址信号。

3.3 超短波电台接口模块

图4为超短波电台接口模块组成框图。该模块主要完成对多部VHF单频段、VHF/UHF双频段系列电台的波道选择控制和语音收发键控,实现对空的话音指挥调度。

采用AT89C55单片机的微处理主控制电路控制多块VHF单频段、VHF/UHF双频段电台接口板,处理RS-485数据通信报文。包括:接收和发送电台占用、波道控制信息、发送电台的链路通/断、遥控/主控、占用波道频率等状态信息;RS-485接口电路使用MAX485实现总线物理层功能;控制接口板上的切换电路完成调度系统与人工系统对电台操作的自动切换;PTT扫描用以确定调度终端无线话音收发;电源提供正常工作所需要的几种直流电源。

4 软件设计

4.1 数字交换控制软件

数字交换控制软件为调度机主控软件,它是以中文Windows 2000 Server为操作系统、SQL Server2000为数据库、使用VC6.0工具进行设计的Windows应用程序。软件采用了面向对象、网络中间件等先进、流行的程序设计方法,利用从硬件层抽象且封装好的电话语音卡API、ACE(自适配通信环境)中间件进行开发。

图5为数字交换控制软件模块结构图。

a)调度机软件主界面模块:提供应用程序主窗口,将各功能程序模块结合在一起形成一有机系统。

b)初始化模块:检测并初始化各电话语音卡和RS-485数据通信卡;建立进行交换的数据表并对表中元素置初值;定时器初始化,准备启动数字交换工作循环。

c)系统设置模块:利用友好的图形用户界面对各种系统数据进行设置与修改,供数字交换处理各程序使用,包括逻辑通道分配模块、外线配置模块、电话单机配置模块、局数据设置模块、系统运行参数设置模块、通用终端配置模块和无线终端配置模块;其中无线终端配置又包括单手机通信单元配置模块和无线通信单元配置模块。

d)交换处理模块:是整个调度机的核心部分,在其他模块的支持下,实现各种实时交换控制业务,使整机按照预定进程可靠地工作。有线终端处理模块主要完成通用终端和单手机通信单元的单键直拨和各种呼叫处理;电话单机处理模块主要实现内部普通电话机用户的呼叫处理功能;外线处理模块主要完成自动/共电/磁石3种制式的外线呼入和呼出;无线电台处理模块完成无线单元与超短波电台的语音通道建立与拆除,实现对电台的远端遥控;电话会议处理模块实现内部有线终端和外部磁石专线的多组多方会议;环路中继处理模块提供电脑话务员和人工转接两种方式,完成调度机的半自动直拨入网功能;数字中继处理模块完成多种信令处理,实现调度机的全自动直拨入网功能。

e)RS-485数据收发模块:完成RS-485总线上实时控制信令和状态信息的数据报接收和发送。

f)网络通信模块:ACE[7]是可以自由使用、开放源码的面向对象构架,在其中实现了许多用于并发通信软件核心模式。ACE提供了一组丰富的可复用C++包装外观(wrapper Facade)和构架组件,可跨越多种平台完成通用的通信软件任务。考虑到性能和开发时间,采用ACE实现数字交换控制模块与通用终端之间的以太局域网数据链路。

g)电话记录数据库管理模块:在SQL Server 2000数据库引擎支持下,完成各种电话呼叫信息(包括有线、无线)的记录和查询;采用Excel混合编程实现记录数据的备份、管理。

h)异常处理模块:该模块对各种软件异常和错误操作给出相应的处理。

4.2 外线接口模块软件

a)输入处理:初始采集线路类别信号,实时采集铃流呼入信号和RS-485总线上的报文等,并进行相应的事件登记。

b)内部处理:分析铃流呼入事件,编制相应报文;分析数字交换控制模块发来的各类报文,实时编制语音通道的接通、复原和振铃等控制任务。

c)输出处理:实时驱动:RS-485接口,向数字交换控制模块发送编制的各类报文,实时驱动语音通道的接通、复原和发铃等。

4.3 超短波电台接口模块软件

a)输入处理:实时采集电台数据信号和RS-485总线上的报文等,并进行相应的事件登记。

b)内部处理:分析各种输入事件,编制相应报文;分析数字交换控制模块发来的各类报文,实时编制语音通道的接通,驱动相应的继电器,实现语音信号收发任务;对相应电台接口板而言,发送适合的数据指令信息。

c)输出处理:实时驱动RS-485接口,向数字交换控制模块发送编制的各类报文,实时驱动语音通道的接通,驱动相应的继电器和控制电路,控制语音信号收发任务。

5 结束语

本文描述了一种基于CTI技术的有线/无线指挥通信调度机的软、硬件设计技术。该调度机是一种全集成、无阻塞的数字程控调度机,集指挥调度、全数字时分交换、数据库查询、电话会议、外线灵活接入、超短波电台集中遥控、维护管理等多种功能为一体,实现了快速、高效、灵活、可靠的指挥调度通信,对指挥系统目前存在的内外通信连接环节多,以及切换、转接、交换不便于管理等问题的解决具有针对性,满足了多种单位自动化系统组织协调、实施指挥调度通信的需要。所设计的指挥通信调度机符合国家、军队和电信管理部门的有关标准和技术规范,已在某些领域得到实际应用。

关键字:交换  控制  微机  组网

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