CN101426055B - 一种分布式调度通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式调度通讯装置，它包括单元模块和外部传输总线，外部传输总线连接各单元模块，单元模块为最小的独立运行的智能控制终端模块，是最小化的独立运行的全数字程控调度电话交换机。单元模块包括外部总线适配接口、带程序控制的处理器、时序控制电路、数据存储器、程序存储器、模拟电话接口电路、人机界面接口电路、特殊信号音电路、录放音电路；单元模块内部各电话接口之间的语音数据采用数字化时隙交换，其数据格式及信令与数字程控电话交换机兼容。本发明结合电路交换与软交换的优势，采用独立运行的单元模块按需配置，具有模块化、数字化、无瓶颈，能适应多种传输协议，应用成本低、系统可靠性高、设备延展性好等优点。

Description

一种分布式调度通讯装置

技术领域

本发明涉及一种调度通讯装置，特别是一种分布式调度通讯装置，主要用于工业现场、煤矿井下、列车、船舶、隧道等应用领域的调度指挥通讯。

背景技术

调度通讯系统主要用于纵向调度指挥，也称指挥通讯系统，通常是由一个专用的调度电话交换机加上配属的终端电话机组成的一个通讯专网。常用的容量大约在16～512门之间，个别的用户也使用1000～5000门级的调度通讯系统，但是通常是将其进行逻辑分割后作为分级的调度系统来使用。

现有技术调度通讯系统采用电路交换方式实现语音交换，无论是布控式或机械式或程控式调度通讯系统的主要连接模式都是基于星型结构的电路连接模式，是在一台主机——调度电话交换机上采用“星型”辐射方式连接配属的调度终端电话机。调度电话交换机是在电话交换机基础上增加调度指挥的专用功能，调度通讯系统主要功能或特点有：一个用户有一个对应的操作键、电话会议功能、多方通话功能、用户无阻塞呼叫调度操作台、调度操作台无阻塞呼叫用户、集呼、组呼等，在信道资源上调度电话交换机比电话交换机多。就其技术组成而言，调度电话交换机也可以理解成是一个增加了调度指挥专用功能的电话交换机，当删除或屏蔽调度指挥专用功能后，调度电话交换机就是一台性能优异的普通电话交换机。电路交换技术在调度领域应用时存在设备的延展性不好，长距离调度指挥的成本非常高，综合可靠性无法保证，设备增容和设备间的互联困难等缺点。电路交换的一些固有的技术瓶颈也无法获得有效突破，在该模式下，调度电话交换机是整个系统的瓶颈，当主机出现问题时，会导致全局性的瘫痪，由于调度电话网络的拓扑结构决定了调度电话交换机至电话终端的传输无法冗余，终端可靠性差，很难实现调度资源透明，无法实现阶梯状调度指挥系统的透明组态等等。调度电话交换机用户间呼叫的解析全部由主处理器来完成，大型的调度电话交换机为了提高整机的可靠性，通常配置多级热冗余的主处理器，这将增加设备的投资成本和复杂程度，而其公用设备、传输网络仍无法冗余。中小型的电话交换机通常是不配置冗余的处理器及相关公用设备的，其瓶颈更是显而易见。

随着网络技术的发展，软交换语音通讯技术得到了发展，VoIP技术逐渐进入了日常生活，基于互联网技术并通过现有的因特网实现软交换语音通讯的IP电话得到了广泛的应用。现有的软交换语音通讯产品中，尚未见作为调度指挥专用的产品，主要原因是现有的软交换通讯产品很难实现调度通讯所需要的主要功能，即使实现部分功能，其性价比很差，无法推广使用。例如用户内部属性表达方式和用户间寻址方式，在现有的VoIP通讯系统中，通常是采用服务器寻址方式来寻找比较，由于采用了服务器寻址方式，用户属性在用户端保存的意义不大，所以常用的用户属性通常被保存在服务器一侧，这就使调度模式很难在该VoIP通讯系统中被实施。另外，现有技术的VoIP通讯系统的基本功能实现，与调度电话交换通讯系统一样存在瓶颈，仍然依靠主服务器，例如被叫地址通常是由专门的服务器来提供解析，虽然每一个终端都是一个独立的设备，但是其运行必须由地址解析服务器来提供被叫地址解析，如果其中的任何一个服务器停止工作则会导致全部通讯中断。

中国专利申请03136520.5《一种软交换设备路由查找方法》公开了一种软交换设备路由查找方法，该方法使用一次本地查找，二次服务器查找的模式来实现对被叫路由的检索。该路由查找方法减少了软交换设备到位置服务器上查找路由的次数，加快了软交换进行呼叫的速度，节省了软交换设备和位置服务器的CPU处理时间和系统资源。然而，该路由查找方法由于不具备调度通讯所必须的用户属性和一些调度专用的数据，只能用于普通电话软交换，无法应用于调度通讯领域。

目前的VoIP通讯系统尚无法满足调度通讯系统对电话会议实时性的技术要求，如果展开电话会议则必须设置一个专用的服务器，而且该服务器的设立还需要满足一些外部技术条件。中国专利申请200710165556.6《一种实现软交换话务台会议功能的方法》及200710124291.5《一种实现会议业务的软交换通信系统及其方法》，公开了通过专门的话务台服务器、会议应用服务器实现软交换会议功能的实施方法，该方法是适合在因特网使用的预约登记会议进程，在调度通讯系统中实施缺乏实时性及可操作性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的应用成本高、系统可靠性低、设备延展性差等缺陷，提供一种结合电路交换与软交换的优势，模块化、数字化、无瓶颈，采用独立运行的单元模块按需配置，能适应多种传输协议的应用成本低、系统可靠性高、设备延展性好的分布式调度通讯装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该分布式调度通讯装置，其结构特点是：包括单元模块和外部传输总线，外部传输总线连接各单元模块，外部传输总线传输各单元模块之间的语音数据、控制数据及应用数据；

a、所述的单元模块为该分布式调度通讯装置的最小的独立运行的智能控制终端模块，该单元模块包括外部总线适配接口、带程序控制的处理器、时序控制电路、数据存储器、程序存储器、模拟电话接口电路、人机界面接口电路、特殊信号音电路、录放音电路；所述的外部总线适配接口与带程序控制的处理器连接，带程序控制的处理器与时序控制电路连接，时序控制电路分别与模拟电话接口电路、特殊信号音电路、录放音电路连接，模拟电话接口电路、特殊信号音电路、录放音电路通过内部传输总线相互连接并与带程序控制的处理器连接，人机界面接口电路、数据存储器、程序存储器与带程序控制的处理器连接；

b、所述的单元模块为该分布式调度通讯装置的最小化的独立运行的全数字程控调度电话交换机，单元模块配置有调度电话交换机的硬件，它具备调度通讯的主要功能；所述的单元模块内部各电话接口之间的语音数据使用全数字化时隙交换，其交换采用的数据格式及信令与数字程控电话交换机兼容。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块之间具有互联性，根据使用要求或容量要求配置单元模块数量，所述的单元模块之间通过配置的外部总线适配接口，使用外部传输总线方式相互连接。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的外部总线适配接口选用以太网接口或CAN总线接口或类似的总线接口，在同一个单元模块上的不同模式接口互为网关，所述的外部传输总线是CAN总线或基于TCP/IP协议的以太网总线或带宽不低于1兆的数据连接总线，或使用带宽不小于56K的数字无线传输模式替代外部传输总线。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块采用集中安装方式或者分散安装方式，所述的集中安装方式各单元模块安装在一个集线架上，通过集线架背板总线连接单元模块，所述的分散安装方式各单元模块分散配置，单元模块间使用外部传输总线连接，所述的单元模块间以软交换方式实现语音和数据的交换，可基于TCP/IP协议实现异地安装的单元模块间互联。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块采用集中安装方式，各单元模块安装在一个集线架上，使用TCP/IP协议传输单元模块间数据，单元模块内部PCM总线上需要出局的语音交换数据在非压缩状态下按时序打包后映射到外部传输总线上进行交换。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块配置有一个或一个以上模拟电话接口电路，可接入1门以上的模拟电话用户，所述的电话用户可在单元模块内实现本地交换。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块使用软会议模式实现电话会议功能及多方通话功能。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块内的任意电话用户均可获得出局的资源，并且通过外部传输总线与其他单元模块内的用户或通过网关与其他通信网内的用户互联互通，所述的单元模块内电话用户按照软交换方式压缩后的用户语音数据同时出局大于1个。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的单元模块采用映射表作为实时状态信息来源，所述的映射表描述单元模块内用户全部实时状态数据、系统内主被叫地址数据和属性数据。

本发明所述的分布式调度通讯装置所述的带程序控制的处理器采用DSP处理器，所述的时序控制电路采用FPGA，所述的程序存储器采用EEPROM作为存储器件，所述的模拟电话接口电路包括电话接口、馈电电路、铃流发生电路、二/四线转换电路、A/D转换电路、控制电路，电话接口与馈电电路双向连接，馈电电路与二/四线转换电路双向连接，控制电路与铃流发生电路、馈电电路双向连接，A/D转换电路与二/四线转换电路双向连接，所述的人机界面接口电路采用RS-232接口。

本发明分布式调度通讯装置与外部的语音通讯系统通过中继网关组网。所述的中继网关是一种可嵌入的功能化模块，它可独立组成，也可嵌入到单元模块内与其他功能模块协同工作。中继网关主要有基于一号信令的中继网关、基于七号信令的中继网关、基于EM模式的中继网关和基于模拟环路中继模式的中继网关等四种实现模式。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明分布式调度通讯装置结构合理、科学，采用模块化、数字化结构，将最小化的、可以独立运行的全数字调度电话交换机设计成单元模块，单元模块内部各电话用户接口之间的语音数据使用全数字化时隙交换，单元模块间以软交换方式实现单元模块之间的语音数据交换，适应多种传输协议，实现异地安装的单元模块间互联，具备电路交换与软交换的双重优势；2、由于采用模块化的结构，允许最终使用者按照应用环境的要求组建通讯系统并设置相应级别的冗余，使本发明调度通讯装置配置成本和运行成本比电路交换设备低，经测算，由于不设置主机，就能使配置成本下降1/3；3、本发明单元模块之间具有互联性，配置灵活、安装方便，设备延展性好，没有容量限制，可根据使用要求或容量要求配置单元模块的数量，并且可随时增减每个单元模块所配置的用户数量，解决了现有调度通讯系统难以随机组态，设备延展性差的问题；4、本发明是由分布式单元模块组成，控制平行分散，没有主处理器，不怕线路中断，任何一个单元模块出现问题仅影响该单元内用户，不会使整机瘫痪，系统可靠性高、无瓶颈，解决了现有调度通讯系统可靠性差的问题。

附图说明

图1为本发明实施例分布式调度通讯装置的单元模块电路原理框图。

图2为本发明实施例分布式调度通讯装置各单元模块连接示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，结合附图对本发明作进一步的阐述。

该分布式调度通讯装置将单元模块设计成最小的智能控制终端模块，此单元模块主要由外部总线适配接口、带程序控制的处理器、时序控制电路、数据存储器、程序存储器、模拟电话接口电路、人机界面接口电路、特殊信号音电路、录放音电路构成。外部总线适配接口与带程序控制的处理器连接，带程序控制的处理器与时序控制电路连接，时序控制电路分别与特殊信号音电路、模拟电话接口电路、录放音电路连接，特殊信号音电路、模拟电话接口电路、录放音电路通过内部传输总线相互连接并与带程序控制的处理器连接，人机界面接口电路、数据存储器、程序存储器与带程序控制的处理器连接。

该单元模块就是一个最小化的且可以独立运行的全数字调度电话交换机，它配置了调度通讯设备必要的硬件，具备调度通讯的全部基本功能。单元模块配置有一个或一个以上模拟电话接口电路，可接入1门以上的模拟电话用户，各电话用户可在单元模块内实现本地交换；在理论上一个单元模块内所包含的资源允许安装的电话接口电路可在1门至96门之间选择，单元模块内部各模拟电话接口之间的语音数据使用PCM编码的数字化时隙交换，其交换采用的数据格式及信令与现有数字程控电话交换机技术标准兼容。单元模块之间具有互联性，可根据使用要求或容量要求增配单元模块数量，各单元模块之间的相互连接使用外部传输总线方式。单元模块出局接口配置可转换的外部传输总线接口，实施例提供了可选的以太网接口、CAN总线接口等互联模式，不同模式接口互为网关；单元模块间外部传输总线是CAN总线或基于TCP/IP协议的以太网总线或带宽不低于1兆的数据连接总线，或使用带宽不小于56K的数字无线传输模式替代外部传输总线。单元模块内的任意用户均可获得出局的资源，并且通过外部传输总线与其他单元模块内的用户或通过网关与其他通信网内的用户互联互通，单元模块内电话用户按照软交换方式压缩后的用户语音数据同时出局大于1个。单元模块采用映射表作为实时状态信息来源，映射表描述单元模块内用户全部实时状态数据和系统内主被叫地址数据及属性数据，该映射表可映射本单元模块的属性及单元模块内全部模拟电话用户的属性关系，例如逻辑地址、物理地址、用户等级、使用权限、逻辑号码、调度操作号码、透明调度路由编码、调度手机等级及位置码、网关属性码、实时状态等等。每一个具体的电话用户都对应一个自己独立的映射表，当进行调度操作时带程序控制的处理器将调度操作指令与映射表对照，完成地址解析、功能配置、级别设定、连接通话等一系列调度功能。映射表还可以反应其他调度通讯网络的路由情况或透网状态情况，当需要使用透明调度或者透网调度时，映射表将提供所需要的调度资源与路由指引。作为调度操作台的单元模块内配置的映射表反应了作为调度主界面的单元模块其等级及权限都是最高的，此时该单元模块的呼出就可以实现强插功能或者强拆功能等特殊要求。

分布式调度通讯装置配置的单元模块安装可以采用集中或者分散两种安装方式，单元模块间以软交换方式实现语音和数据的交换，可基于TCP/IP协议实现异地安装的单元模块间互联。集中安装方式将多个单元模块安装在一个集线架上，通过集线架背板总线连接单元模块；集中安装的调度通讯装置的外部特征与电路交换型的全数字程控电话交换机基本一致，它的基本结构类似于一台基于电路交换的电话通信系统，可以作为一部标准的数字程控电话交换机配置与使用，其容量取决于单元模块的数量与外部传输总线带宽，不受其他技术条件制约。分散安装方式将各单元模块分散配置和安装，单元模块间使用外部传输总线连接；分散配置和安装单元模块的调度通讯装置的外部特征与软交换电话系统类似，可以作为一套具有本地交换能力的调度电话系统或软交换电话通讯系统使用，每个单元模块所需要配置的模拟电话用户数量则根据实际情况而定，根据使用分散环境的要求组建通讯系统并设置相应级别的冗余。本发明分布式调度通讯装置具有调度通讯系统的全部功能和技术能力，可达到调度通讯系统所必须具备的全部技术指标，本发明装置的配置成本和运行成本比电路交换设备低，且前者的冗余性能及配置灵活性都较后者好。

分布式调度通讯装置的主要部件及其作用：

1、外部总线适配接口。

单元模块外部接口采用总线模式，单元模块间的信息交换采用软交换模式，单元模块内部使用相对标准的数字交换技术。考虑到调度通讯系统的特殊性，外部总线适配接口设计成可更换式结构，具体接口视现场总线配置决定，本实施例采用CAN总线、以太网接口、RS-485接口等总线类连接方式。使用何种接口模式取决于应用环境及使用要求，例如电话用户在256门以下集中配置的调度通讯系统或100门以下分散配置的调度通讯系统中，可使用CAN总线作为互联总线，其外部总线适配接口全部配置为CAN总线接口，一般配用二条CAN总线作为互联使用，二条CAN总线可以配置成冗余模式或者独立模式。当使用以太网接口时，尽可能在有效距离内使用至少一条CAN总线作为备份连接，以太网接口与CAN总线接口同时配置时互为网关。本发明分布式调度通讯装置可以与调度指挥专用设备互联并作为这些设备的人机界面设备，例如作为DCS系统超限预警的人机界面设备。通常在作为通讯设备时单元模块间互联不使用RS-485模式，仅在与专属设备配套时才使用RS-485或RS-232互联或接入，RS-485与以太网接口也可设置成互为专用网关。当外部总线适配接口按CAN总线配置时，它包括总线接口、光隔离器、总线控制器，CAN总线接口与光隔离器双向连接，光隔离器和总线控制器双向连接。当外部总线适配接口按以太网配置时，由以太网接口、电平适配模块、以太网控制器组成，以太网接口与电平适配模块双向连接，电平适配模块与以太网控制器双向连接。

2、带程序控制的处理器。

带程序控制的处理器是整个单元模块的处理器，承担语音压缩，内部电话语音数据交换，多方通话或电话会议语音合成、打包发送等信号处理和功能管理四大主要功能。在本实施例中带程序控制的处理器采用DSP处理器。DSP处理器具有处理速度快、专业化程度高等特点，有些型号的DSP处理器内部已经具备了专业设备配置，例如信号音发生、DTMF收号、时隙交换等，通过DSP处理器的I/O接口可以方便的创建，接入模拟电话用户的PCM总线，各种功能模块接入也基于PCM总线，单元模块内用户间及功能模块与用户间的数据在带程序控制的处理器上实现本地交换。DSP处理器所具有的功能和特点足以完成本发明调度通讯系统所需要的各种功能和资源。

一个单元模块内可以安装的模拟电话用户数量主要取决于DSP处理器的能力和资源数量，其接口资源决定了可以接入和管理的用户数量。由DSP处理器的I/O接口组成的PCM总线通过A/D转换与模拟电话接口连接，在该连接模式下，一条PCM可与32个模拟电话用户连接，一些通用DSP处理器的I/O接口可创建1～3条PCM总线，除去各种开销与专业化的设备占用资源外，例如拨号音、忙音、回铃音等等，在资源上来说通常可剩余不少于50个时隙可用于电话用户的接入；但是，一个单元模块的用户管理总数还受出口带宽资源限制及DSP处理器处理能力双重制约，例如当使用CAN总线作为单元模块间传输总线时，在不考虑DSP处理器处理能力的前提下，CAN传输由于其带宽是固定的，并且由于其工作模式是单工，在该模式下，为减少带宽开销，必须对单元模块出局到总线上的语音信息进行压缩，压缩指标要受到处理器处理能力、最终压缩后的尺寸、压缩延时、对压缩后的语音失真容忍度等有多种选择的因素影响。在对语音进行压缩时，DSP处理器的资源被大幅度占用，由于PCM每帧的时间是固定的，而在总线上传输语言包的时间是动态的，这就使整个单元模块的一次语音处理能力与DSP处理器的处理能力相关，同时还与单元模块内能同时展开的各种程序进程相关。实施例中当使用压缩模式时，在CAN总线模式下，在保证语音质量的前提下，单元模块使用的DSP处理器一次有效处理能力大约是6～10路，也就是说，在外部传输带宽足够的情况下，内部用户可以同时“出局”的用户数量是6～10路，在DSP处理器内侧的多个电话用户中，只能有6～10个用户是可以同时“出局”与总线上其他单元模块上的用户进行语音数据交换，当然，更换高端DSP处理器将有效提高单元模块总的处理能力，也将大幅度提高单元模块内用户同时“出局”的能力，但成本将上升、性价比将下降；如果使用FPGA作为压缩器件，由于其速度很快，几乎可以使全部安装的用户都能够同时出局，但是相对而言其软件工作量巨大，折射成本也会快速上升。基于上述考虑，当用于普通的语音电话交换时，其最大的用户配置数量可根据话务量技术要求来决定，例如当单元模块配置16门电话用户时，至少其50％的用户具有“出局”保障，而单元模块内部的数据交换是无阻塞的，这已经满足调度通讯系统的应用要求。

在本发明实施例中，选择按G.729协议进行压缩，延时是10ms，最终压缩后的带宽大约是8K左右，但是加上各种附加的信息后，带宽仍然可以达到约20K左右，我们曾试验过使用多种不同的压缩协议对语音进行压缩，经反复比较后发现在高压缩比输出时，语音失真较大，当使用调度指令电话作为终端时，效果不太理想，而使用普通电话机时，尚可满足最低要求。几种不同的压缩比其最终使用的带宽占用相差不大，当使用G.729协议时，相对综合效果较为理想。由于每路语音都有压缩延时，在出入局时如果处理能力不足则会形成“数据累积”现象并影响正常通讯，此时，DSP处理器处理能力将直接决定出局数量，例如在型号为TMS320VC5502的DSP处理器使用时，一个单元模块内至少可保障8路模拟电话用户同时出入局，当模拟电话用户安装数量值取16门时，其呼损会很小，且可承担较大的话务量，同时性能价格比也比较好。使用高性能的DSP处理器或者使用FPGA来作为压缩器件，则模拟电话用户安装数量与出局数量可以实现更高数值并且有可能实现装机数量与出局数量对等，此时话务负荷可接近满负荷，呼损则很小，几乎能够实现理论意义上的“一半打一半”，也就是全资源无阻塞调度通讯。

当DSP处理器外部总线端使用以太网接口时，带宽不是主要的考虑目标，在本发明中，如果使用以太网底层的传输协议，则接口间的连接变得较为简单，但是底层协议只能提供10兆带宽，所以在电话交换具有较大容量时仍然需要使用压缩模式来传输数字化的语音数据，此时传输容量相比CAN总线而言将大幅度提高。该方式优势是单元模块间的互联简单，但是如果不捆绑TCP/IP协议包则无法将单元模块接入到现有网络中；将传输层捆绑TCP/IP协议后，其优势是可以使用商品化的全部网络硬件设备和装置，当使用100兆或更高的以太网接口作为传输层时，可不使用压缩模式来直传语音数据，将单元模块内部PCM总线上需要出局的语音交换数据在非压缩状态下按时序打包后映射到外部传输总线上进行交换，在该模式下，系统容量将大幅度提高，并且不会产生因压缩而出现的语音失真问题，该模式与现有电路交换型电话交换机相比，效率更高且其成本更低，本方式主要应用于集中安装模式。

3、时序控制电路。

时序控制电路主要是为了便于编程，在提高时序控制效率的基础上将会有效减少最终产品的体积和简化安装。实施例时序控制电路使用LATTICE公司的FPGA，型号是MACHX0256。

4、数据存储器。

实施例外部数据储存器选用型号为HY57V641620的芯片。

5、程序存储器。

实施例程序储存器使用EEPROM作为存储器件，单元模块的功能性应用程序均存储在程序储存器内。

6、模拟电话接口电路。

实施例模拟电话接口电路由电话接口、馈电电路、铃流发生电路、二/四线转换电路、A/D转换电路、控制电路组成一个完整的模拟用户小模块，需要时插入单元模块的模拟用户接口槽内。模拟电话接口电路的电话接口与馈电电路双向连接，馈电电路与二/四线转换电路双向连接，控制电路与铃流发生电路、馈电电路双向连接，A/D转换电路与二/四线转换电路双向连接。模拟电话接口电路可接入多路模拟电话，具体数量取决于使用用途及带程序控制的处理器处理能力，在实施例中选择了16路，一个单元模块安装相互独立的16个模拟电话用户，且可以根据需要分别安装，也就是说一个单元模块可以是一个电话用户，也可以是16个之内的任意数量电话用户。

7、人机界面接口电路。

人机界面接口电路用于外接上位的控制设备，例如在调度系统中将连接调度操作台，在电话交换机中将用于内部参数设置等，内部资源可通过该接口映射至上位设备，以便上位设备对其进行控制或者编辑。实施例人机界面接口电路采用RS-232接口，型号为SC16IS750，与DSP处理器连接，单元模块内设置的RS-232接口是一个多用途的接口，它主要是用于单元模块的本地调试和数据的本地调用，用于电话交换时它是一个维护接口，单元模块用于本地小系统时，单元模块的数据可以从总线上下载，用于开放式领域时，基于数据安全和系统安全，单元模块的所有数据调整均在本地使用该接口完成；当用于调度通讯系统时，通过该接口连接调度操作台，每一个用户都对应一个调度操作键，通过该RS-232口就可连接调度操作键盘，此时可通过该接口实现对整个通讯系统的调度作业。

8、特殊信号音电路。

特殊信号音电路主要用于产生带程序控制的处理器无法产生的各种非标信号音，这些非标信号音能满足调度专业或者指挥专业的特殊需要。特殊信号音电路和录放音电路组成本发明的信号模块，特殊信号音电路通过内部总线与带程序控制的处理器连接，特殊信号音电路、录放音电路与单元模块通过PCM连接在一起。带程序控制的处理器控制发生各种非标信号音或警用拦截信号、调度指挥用报警信号等实时特殊信号音，例如在指令电话中的呼叫音，在三台合一系统中的语音拦截、在语音服务系统，即呼叫系统中的前置语音提示等，它通过时隙与需要的对象连接，并且可以在其内部按照需要设置多个不同的内容或提示音，实现对模拟电话用户的收号等实时作业。

9、录放音电路。

录放音电路属于专用设备，主要用于指挥通讯系统或者特殊的使用环境，在指令呼叫系统、指挥通讯系统、调度通讯系统等环境下作为追随录音、本地录音等使用，也可作为语音信箱或语音暂存设备，在调度指挥通讯过程中的对被操作对象的通话进行语音存储，也可用于存储彩铃或播放预录语音提示等。录放音电路连接在PCM总线上，它通过内部总线与带程序控制的处理器双向连接，在用于电话交换时可以被摘除。录放音电路相对于单元模块内的任何模拟电话用户而言是透明的，可以“贴在”本单元模块内任意一个模拟电话用户上并对其的通话进行双向录音或放音。但是，如果需要长时间对用户通话进行录音则需要巨大的存储空间，本发明实施例中是将单元模块内设置的录放音电路作为一个中间缓存单元，将录放音电路的录音时间设置成可容纳约15分钟的容量，在整个系统中再设置一个大容量的录音数据库，即录音数据服务器，已经在单元模块内录放音电路中暂存的录音数据将在内部总线空闲时自动转发到录音数据库对应区域中存储，待需要时再调用录音数据库内的数据并播放。该录音数据库使用标准的硬盘录音机加对应的总线接口。

本实施例分布式调度通讯装置的单元模块电路连接原理参见图1，图中IC8为带程序控制的处理器，选用DSP处理器，型号TMS320VC5502；IC1、IC2分别是CAN接口1、CAN接口2芯片，选用型号为MCP2515，IC1、IC2用于连接基于CAN的互联总线，二个接口可以通过软件配置成冗余模式或接力模式，当处于冗余模式时，允许使用二对总线完成一个系统的数据传输，在该模式下，传输带宽增加一倍，当其中任意一个传输路由中断时，另一个路由仍然可以正常工作，整个系统不会中断；IC3是以太网接口，采用RTL8019，它与CAN总线在地位上是平行的，它与CAN总线之间的关系是互为网关，在本接口中嵌入了TCP/IP协议栈，这样就可以通过现有的以太网并基于以太网传输设备实现远距离传输；IC4是外部数据储存器，选用型号为HY57V641620；IC6是上位管理接口，采用SC16IS750；IC7是程序储存器，采用型号为AT24C256的EEPROM存储器件；B1是特殊信号音电路，当用于调度时，它由调度提示音发生器组成，当用于电话交换系统时特殊信号音发生器可不用；B2为录放音电路，它主要用于调度指挥过程中的语音记录，可使用市场销售的标准数字录音芯片，当用于电话交换时，可不用；BN是模拟电话接口电路，由单个插件组成，可以使用鸣笛公司的标准用户接口模块或自制模拟电话用户接口模块，每个接口电路可连接一门电话机，本实施例允许接入16个模拟电话用户接口电路；IC9是整个单元模块的时序控制电路，实施例采用的型号是MACHXH256的FPGA芯片。如图所示，IC1、IC2与IC8连接，IC3和IC4相连、且与IC8连接，IC6和IC7相连、且与IC8连接，B1、B2、BN和IC9相连、且与IC8连接。

本实施例分布式调度通讯装置的单元模块连接参见图2，图中BN1～BNN是模拟电话接口电路，Y1～YN是外接的电话机，电话机Y1～YN通过模拟电话接口电路BN1～BNN与PCM总线连接；带程序控制的处理器IC8DSP处理器可创建至少三条PCM总线，本实施例中仅使用一条PCM中的16个时隙连接BN1～BN16。IC8通过I/O-1接口即RS-232接口与上位管理部件连接；BI、BII均为可选的功能性部件，通过内部PCM总线与DSP处理器IC8连接，I/O-2接口是单元模块与外部连接的互联接口，可使用CAN总线模式，通过CAN接口1 IC1、CAN接口2 IC2来实现，或以太网接口IC3来实现与外部互联总线S连接。图中DYMK为单元模块。

作为一种语音通讯装置，需要与现有的语音通讯系统组网，其组网是通过中继网关来实现的。在单元模块中模拟电话用户与带程序控制的处理器之间的连接是通过PCM总线来实现的，通过更换PCM总线接入的对象就可实现中继网关功能。单元模块可配置基于一号信令的数字中继、七号信令的数字中继、E/M模拟中继及模拟环路中继等四种中继网关。分布式调度通讯装置的单元模块与基于电路交换的通信网中继网关之间的界面是在单元模块内的PCM总线，由于分布式调度通讯装置的单元模块内部采用了与我国现行数字程控通讯技术要求兼容的数据格式和技术规范，单元模块可以非常容易的通过PCM总线来实现与上述四种中继接口间的连接，而外网用户则通过中继网关→单元模块→外部传输总线→被叫单元模块内用户实现通讯，反之，内网用户也可通过上述途径与外网用户建立通讯；而基于软交换的通讯网关则在DSP处理器的内侧，也就是外部总线适配接口一侧，通过在DSP处理器中嵌入相应的软交换协议就可实现本发明与软交换通讯系统的中继网关。上述四种基于电路交换的中继接入方式属于公知电路及协议，基于软交换的标准通信协议也是公知技术。

本发明解决了调度通讯系统的随机组态问题，它可根据用户实际使用要求选择单元模块的数量，并且可随时增减单元模块所配置的用户数量，同时它提供了一种灵活的安装模式，可以在需要的地方安装若干单元模块，其单元模块间的连接可以通过已经具备的或者新建的网络连接，例如可在已经具备的局域网或广域网中为若干个单元模块配置对应的接入点和地址，这些单元模块之间就可很好的互通，也可以在有效距离内使用导线连接，例如使用CAN总线就可将若干个距离不太远的单元模块很好的连接起来，即使传输线中断，在中断的传输线二段之内的用户仍然可以正常通讯；本发明还支持多模式传输冗余，可在其中一部分传输出现问题的情况下不影响整个系统的正常通讯。由分布式单元模块组成的调度通讯装置控制平行分散，没有主处理器，任何一个单元模块出现问题仅影响该单元模块内用户，不会使整个装置瘫痪，很好地解决了调度通讯系统的安全性问题。

分布式调度通讯装置的工作流程如下：

单元模块的外部工作条件是基于一个有效网络内的一个确定的地址，单元模块的内部工作条件是至少具备一个模拟电话，映射表内存储了整个分布式调度通讯装置全系统内全部相关单元模块的地址及用户属性等信息。当模拟电话用户摘机后，模拟电话用户事件检测器检测到该用户摘机事件，发送对应该用户地址的事件数据给带程序控制的处理器，带程序控制的处理器首先核查该用户映射表信息，如果是有效的拨号用户则给该用户发送拨号音，等待该用户拨号并计时；如果是其他类别的用户则转入该类别服务。当用户拨号后，带程序控制的处理器先停拨号音，然后逐位接收拨号并比对映射表内被叫逻辑号码，核对有误则转入空号音，核对无误则带程序控制的处理器向被叫发送呼叫信息，如果是本单元模块内用户则带程序控制的处理器直接启动被叫的呼叫程序，如果被叫非本地单元模块则通过外部总线适配接口向被叫地址发送呼叫信息包，被叫接收到主叫的呼叫信息包后，检测被叫状态，状态闲则向主叫回送被叫闲信息，带程序控制的处理器向主叫送回铃音，等待被叫摘机，被叫摘机后，向主叫送被叫摘机信号，主叫停回铃音，建立主被叫之间的逻辑链路。主叫讲话后的声音通过A/D转换后接入PCM总线，并按照时序接入带程序控制的处理器进行压缩，再在带程序控制的处理器内对压缩的语音信息进行打包并按照被叫地址发送给被叫，被叫单元模块接收到信息包后按照包内信息解包、拼装后发送给被叫用户，被叫向主叫通话时将重复主叫向被叫通话的过程；单元模块内用户间通话则不通过压缩打包的过程，经PCM及内部交换后直接递送到被叫用户。带程序控制的处理器每隔一个单位时间查询单元模块内映射表所表达的各用户实时状态，例如提机、主叫、被叫、占用起止时间、主叫号码、被叫号码、通话时长、示忙、挂机、故障等等，并且根据预设的单位时间向指定地址发送上述信息。其中单位时间是指使用参数化方式设置查询数据和发送数据的具体时间，以毫秒为最小单位，在作为调度通讯系统时，这些被采集的映射表实时状态信息将作为调度操作台上的必须显示的内容在调度操作台上显示，当本发明作为电话交换机时，这些信息将作为计费信息和实时管理信息。

单元模块相互之间不同连接模式下的工作流程有所不同，实施例连接采用CAN总线，主要功能实现过程如下：

a、用户间横向呼叫，即主叫。

用户摘机→用户事件检测电路检测到用户摘机→DSP处理器收到用户摘机事件报告→给该用户送拨号音→等待该用户拨号并计时，超时后送忙音→收到用户拨号、逐位核对用户号码并与映射表内用户号码核对→核对正确后向被叫地址发送呼叫信息包，如果被叫忙则被叫收到主叫信息包后向主叫回应被叫忙，DSP处理器向主叫用户送忙音，如果没收到被叫忙，则向主叫用户送回铃音→被叫摘机后向主叫回送应答信息包，收到被叫应答后停止向主叫用户送回铃音，在主叫与被叫之间搭建逻辑连接关系、将主叫用户的语音数据压缩后连同主叫地址一起发送给被叫→收到主叫语言包后被叫控制器解压主叫的语音数据并送被叫用户→被叫也提供同样流程向主叫送语音数据信息包→主叫收到被叫语音数据信息包，并解压被叫语音数据信息包后送主叫用户还原语音→任意一方挂机后给另一方送挂机信号，另一方控制器给用户送忙音，通话结束。

b、用户被叫。

待机→收到呼叫信息包→对收到信息包中的地址进行比对，与自身地址相符的，将其存入缓存；地址不符合的丢弃→DSP处理器提取缓存内的数据并解压→送到相应端口→进行D/A转换→送到电话接口，驱动电话机还原声音信号→将电话机发出的声音信号进行A/D转换，经控制器压缩后打包→通过传输载体，即实时的有效传输途径送到主叫→主叫解压并还原声音→任意一方挂机，该挂机方向另一方送终止通话信号，通话结束。

c、集呼，广播和组呼。

该功能是调度指挥专用功能，集呼是指某一个有权用户呼叫分布式调度通讯装置内的全部用户，组呼是指某一个分布式调度通讯装置内的用户呼叫该装置内的部分用户，集呼和组呼都只能是主叫用户讲话，摘机的被叫用户处于收听状态，正在处于通话状态的用户则在保持其原有状态的情况下可以收听到呼叫内容。在一个装置内可以设置多个组呼地址，以区别不同的广播性质。其操作过程如下：主叫摘机、拨预设的组呼号码→该组呼组合内的用户收到主叫发出的组呼指令→与本机内的映射表核对，符合组合内地址的用户进入组呼程序；不符合的用户丢弃该数据，继续处于待机→组呼组合内的用户摘机，接收主叫发出的语音数据→当主叫挂机后，被叫收到主叫挂机信号后全部示忙。

d、多方通话。

调度通讯装置的60％功能是以不同方式使用多方通话来实现的，该功能在调度通讯系统是非常重要的。多方通话的定义是在多个用户通话的集合内，所有用户均可相互之间无障碍的进行双工语音交流。数字化通讯模式实现该功能受到技术方案、装置处理能力等多重影响，本发明的硬件资源理论上最等能够实现128方多方通话，而单纯处于听的位置，即广播方式中的被叫中的用户不受处理能力的限制，仅受装置最大用户数量的限制，本发明调度通讯装置能够满足所有通讯模式的需求，并且也可在扩展应用中获得满足。在开始多方通话前，先定义一个或多个用于多方通话的用户地址，或号码，并且发送一个多方通话功能启动的控制数据包，该控制数据包将启动被叫的多方通话功能。多方通话功能流程如下：发起方首先定义需要组合的多方通话用户，然后发起呼叫，呼叫发出后，主叫将发出携带被叫呼叫地址及功能码的呼叫信息包→被叫收到该信息包后，核对地址并根据要求启动多方通话，被叫用户将进入振铃，已摘机用户将收到提示音，摘机或按挂叉后自动进入会议→单元模块内的不同用户处于会议状态时在内部PCM上实现最大值算法的语音混合；对CAN接口的单元模块实现分时并行处理算法；对以太网接口的单元模块使用并行算法，将单元模块内的用户组合语音使用混合算法后的合成数据打包发送→每一个单元模块内具有的资源可安装50个以上模拟用户，理论上这50个用户在处于多方通话时其实际出口占用仅使用一路，采用最大值算法可实现对50路语音的合成，本实施例使用的单元模块安装16个电话用户，在传输总线上以一路语音方式发送给其他参与多方通话的单元模块→每个单元模块均可收到任意一个单元模块发送给自己的混合语音数据，混合语音数据在实施例所提供的处理能力下仅可以实现对8路数据的同时解压，即8×16＝128，每个单元模块均可以共享这128个用户之间的实时通话数据，实现多方通话功能。多方通话用户的数量取决于DSP处理器处理能力、处理算法、传输带宽及合成算法，采用较高处理能力的DSP处理器或者使用FPGA作为解压缩及出局器件，多方通话的用户数量将获得大大增加。其中取最大值算法对信号幅度的取值下限将决定多方通话效果，不同的DSP处理器及不同的语音预期效果将决定最终用户数量，通常该算法中取值过高会产生语音失真，取值过低则会增加噪声，其取值范围可根据最终设备的技术性能指标来取舍；分时并行处理能力则决定语音叠加处理能力，该能力是指处理器可以在保证语音数据还原有效的前提下对多少单元模块的语音数据进行并行处理。

调度通讯装置根据单元模块的等级来完成调度专用功能的实施，作为调度操作台的单元模块内配置的映射表反应了作为调度主界面的单元模块其等级及权限都是最高的，此时该单元模块的呼出就可以实现强插功能或者强拆功能等特殊要求，其余的调度通讯指令其实现则更简单。当用户呼叫调度操作台时，特定的号码或者键值对应作为调度操作台的单元模块，此时单元模块中的电话用户已经转换成调度配属专用电话。

在数字程控通信系统中实现电话会议通常是使用专门为数字电话交换系统设计的数字化电话会议专用芯片，使用该技术虽然简单，但是在用户数量较大时，将产生“噪声叠加”现象，使多用户通话中的噪声被累计叠加，有时会严重影响通话效果；在VoIP通讯系统中实现电话会议则必须依靠专用的服务器来实现。本发明使用“软会议”模式实现电话会议或者多方通话功能，软会议模式是采用DSP处理器来采集每一个参加电话会议或多方通话用户的数字化语音数据，通过“软会议”算法实现的一种多用户同时通话的方法。本发明调度通讯装置中的电话会议具有二种模式，A、仿真会场的电话会议模式，需要设置一个讲的集合，再设置一个听的集合。所有听的用户被置于单纯的接收状态，即数据广播模式；讲的和听的用户有可能处于一个单元模块或者处于多个单元模块，其处理方式是，在一个单元模块内的一个或者多个模拟电话用户的语音数据被数字化以后，都集中在单元模块的DSP处理器内存中，使用“取最大值”算法将信号电平下部30％的重合密集语音去掉，仅取占最大电平幅值70％的上部语音信号合成语音信号，保留一定的噪声电平，如果必要，还可以根据每个被裁剪的波形被裁部分的下降曲率对其进行人工修补。在处理过程中由于要对多条PCM内的用户进行数据合成，所以要求DSP处理器以尽可能快的速度对每帧语音数据进行取样、裁剪、修补、合成，合成后再将数据返回给每一个参与者。合成以后的语音数据实际上仅占用一个64K的带宽，相当于是一个标准用户的带宽，此时可将其作为一个标准的模拟电话用户数据压缩打包发送到其他单元模块中并将其加入其他单元模块的电话会议集合内，多个单元模块间通过该模式可实现调度通讯系统内多个用户间相互对讲。在其中一个单元模块内将完成全部讲的集合的最终集成，把讲的集合数据使用广播模式发送出去，此时所有听的用户均可听到所有讲的集合内所有讲话内容；在该模式下，听的用户仅占用总线资源的一个信道，讲的用户所占用的总线信道也不多，每个单元模块内不管有多少个用户在参与对讲其总线信道占用数量约等于参加会议的单元模块数量×2，与实际参加对讲的用户数量无关，理论最大对讲用户数量等于单元模块内用户安装数量加单元模块数量，实际最大对讲用户数量等于参与对讲的单元模块数量×单元模块出局数量。B、多方通话模式，多方通话是指所有参与者均可相互自由通话；在单元模块内的多方通话用户在本单元模块DSP处理器内存中对参与者的语音数据进行合成，然后再分配给每一个参与者，其方法同A模式中讲的集合内用户的处理方法，不同单元模块间的组合方式也同A模式的方法，唯一不同的是讲的信息不再广播出去。允许在一个单元模块内组织多个讲的集合，即多组多方通话。

本发明分布式调度通讯装置所述的“分布式”有两层含义，一是该调度通讯装置系由若干个独立运行的单元模块组装而成，其结构是分布式的；二是该调度通讯装置不设主处理器，其控制是平行分散式的。

Claims (10)

1.一种分布式调度通讯装置，其特征在于：包括单元模块和外部传输总线，外部传输总线连接各单元模块，外部传输总线传输各单元模块之间的语音数据、控制数据及应用数据；

a、所述的单元模块为该分布式调度通讯装置的最小的独立运行的智能控制终端模块，该单元模块包括外部总线适配接口、带程序控制的处理器、时序控制电路、数据存储器、程序存储器、模拟电话接口电路、人机界面接口电路、特殊信号音电路、录放音电路；所述的外部总线适配接口与带程序控制的处理器连接，带程序控制的处理器与时序控制电路连接，时序控制电路分别与模拟电话接口电路、特殊信号音电路、录放音电路连接，模拟电话接口电路、特殊信号音电路、录放音电路通过内部传输总线相互连接并与带程序控制的处理器连接，人机界面接口电路、数据存储器、程序存储器与带程序控制的处理器连接；

b、所述的单元模块在功能上为该分布式调度通讯装置的最小化的独立运行的全数字程控调度电话交换机，单元模块配置有调度电话交换机的硬件，它具备调度通讯的主要功能；所述的单元模块内部各电话接口之间的语音数据使用全数字化时隙交换，其交换采用的数据格式及信令与数字程控电话交换机兼容。

2.根据权利要求1所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块之间具有互联性，根据使用要求或容量要求配置单元模块数量，所述的单元模块之间通过配置的外部总线适配接口，使用外部传输总线方式相互连接。

3.根据权利要求2所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的外部总线适配接口选用以太网接口或CAN总线接口，在同一个单元模块上的不同模式接口互为网关，所述的外部传输总线是CAN总线或基于TCP/IP协议的以太网总线或带宽不低于1兆的数据连接总线，或使用带宽不小于56K的数字无线传输模式替代外部传输总线。

4.根据权利要求3所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块采用集中安装方式或者分散安装方式，所述的集中安装方式各单元模块安装在一个集线架上，通过集线架背板总线连接单元模块，所述的分散安装方式各单元模块分散配置，单元模块间使用外部传输总线连接，所述的单元模块间以软交换方式实现语音和数据的交换，能够基于TCP/IP协议实现异地安装的单元模块间互联。

5.根据权利要求3所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块采用集中安装方式，各单元模块安装在一个集线架上，使用TCP/IP协议传输单元模块间数据，单元模块内部PCM总线上需要出局的语音交换数据在非压缩状态下按时序打包后映射到外部传输总线上进行交换。

6.根据权利要求4或5所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块配置有一个或一个以上模拟电话接口电路，能够接入1门以上的模拟电话用户，所述的电话用户可在单元模块内实现本地交换。

7.根据权利要求6所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块使用软会议模式实现电话会议功能及多方通话功能。

8.根据权利要求7所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块内的任意电话用户均可获得出局的资源，并且通过外部传输总线与其他单元模块内的用户或通过网关与其他通信网内的用户互联互通，所述的单元模块内电话用户按照软交换方式压缩后的用户语音数据同时出局的数量大于1个。

9.根据权利要求8所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的单元模块采用映射表作为实时状态信息来源，所述的映射表描述单元模块内用户全部实时状态数据、系统内主被叫地址数据和属性数据。

10.根据权利要求9所述的分布式调度通讯装置，其特征在于：所述的带程序控制的处理器采用DSP处理器，所述的时序控制电路采用FPGA，所述的程序存储器采用EEPROM作为存储器件，所述的模拟电话接口电路包括电话接口、馈电电路、铃流发生电路、二/四线转换电路、A/D转换电路、控制电路，电话接口与馈电电路双向连接，馈电电路与二/四线转换电路双向连接，控制电路与铃流发生电路、馈电电路双向连接，A/D转换电路与二/四线转换电路双向连接，所述的人机界面接口电路采用RS-232接口。

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