CN107948136B - 电力调度通信网pcm语音信令和协议通讯转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，多个远端站点通过PCM机复用生成n个E1信号，并通过光传输网络SDH传输并汇聚至局端，所述局端将E1信号通过信令协议转换器经交叉连接、数码压缩、信令转换和IP包交换处理后，生成的E1语音交换中继或SIP中继；并与IPPBX设备信号连接；生成的非语音业务信号与对应控制终端连接。本发明实现了远端变电站PCM语音业务和非语音业务的SIP协议和E1中继协议的转换，同时保留了原有PCM设备，降低了投入和维护成本。
Description
技术领域
本发明属于电力通讯技术领域，尤其涉及PCM语音通讯与SIP协议和中继协议的IP化的软交换系统。
背景技术
运用于电网行业的早期的远动控制终端普遍采用4WEN和RS232接口进行控制，PCM设备能提供64k低速通道连接业务，很好的实现变电站的远动控制终端与调度中心的远动控制系统联网。
但随着互联网的飞速发展，传输网络的带宽不断增减，业务终端的控制接口也迅速趋向IP化发展，现有的变电站的远动控制终端大多可以提供以太网或E1接口，直接通过SDH光传输设备即可完成与调度中心组网，而不需要通过PCM设备实现远动信号的接入，这样使得PCM设备只剩下语音接入的需求，但该需求在调度网中必不可少。另一方面，在新的软交换调度逐渐成为调度交换机主流设备后，普遍采用SIP信令和E1中继信令实现语音组网，而传统的PCM设备不具备语音IP化功能，也不具有E1信令中继的功能，只能通过环路中继FXO与软交换调度机实现组网。
因此在调度端机房就会增加很多模拟线、FXO接口的IAD设备，增加了设备成本和故障点，增加了维护难度。另外，远端变电站的PCM设备如果弃之不用，就需要再远端配置基于SIP协议的IAD设备或VOIP电话机来更换原有PCM设备，势必带来大量资金的浪费。
因此需要组建合理的电力领域PCM语音IP软交换通讯网络，既要保证不重复投资，又能使PCM设备继续发挥作用，从欧诺个人达到适用于专网网络IP化趋势的电网调度通信。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，实现了远端变电站PCM语音业务和非语音业务的SIP协议和E1中继协议的转换，同时保留了原有PCM设备，降低了投入和维护成本。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，包括以下步骤：
步骤1：多个远端站点通过PCM机分别将多种业务信息复用生成n个E1信号，所述业务信息包括语音信号和非语音信号，所述非语音信号包括电量采集信号、开关量信号、环境监测信号；
步骤2：n个E1信号通过光传输网络SDH传输并汇聚至局端，所述局端将E1信号通过信令协议转换器经交叉连接、数码压缩、信令转换和IP包交换处理后，生成的E1语音交换中继或SIP中继；并与IPPBX设备信号连接；生成的非语音业务信号与对应控制终端连接。
进一步的，所述信令协议转换器包括主控板OXC、E1接口板PM16、协议信令处理板IPS和电源板POWER，其中：
所述主控板包括交叉连接处理模块和系统控制模块，所述交叉连接处理模块实现E1和64K时隙的交叉连接，所述系统控制模块实现时钟处理和网管处理；
n个远端PCM信号进行汇聚连接至E1接口板PM16，并通过E1接口板PM16将PCM信号输送至主控板的交叉处理模块，所述交叉连接处理模块将PCM信号进行语音信号和非语音信号进行分离后，通过系统总线将语音信号传送至协议信令处理板IPS，IPS对语音信号进行处理后生成E1中继或SIP中继，并与软交换IPPBX或程控交换机PBX连接；
或者，还包括多方向PCM设备，n个远端PCM信号进行汇聚连接至多方向PCM设备上，所述多方向PCM设备对PCM信号进行语音信号和非语音信号进行分离，非语音信号与对应控制终端连接落地，语音信号通过多方向PCM上的E1接口与信令协议转换器的E1接口板PM16连接，并通过系统总线传送至协议信令处理板IPS，IPS对语音信号进行处理后生成E1中继或SIP中继，并与软交换IPPBX或程控交换机PBX连接。
进一步的，所述主控板包括中系统控制模块的时钟处理模块包括外部时钟选择器ECS、选择器C、时钟选择器SCS、同步设备时间生成器SETG，其中：
分别来自外时钟接口、支路接口和群路接口的时钟源分别设定为外时钟接口时钟源T1、支路接口时钟源T2和群路接口时钟源T3，
所述时钟源T1、T2和T3，经过SCS比较判定，根据时钟源配置的优先级选择时钟源T’，再经过同步设备时间生成器SETG处理使其符合SDH时钟标准并作为系统时钟输出T0；同时外时钟接口时钟选择器ECS判定是否有接入的外部接口时钟源T1，当判定有外部接口时钟源T1接入时，选择器C以T1作为外部时钟输出；当判定没有外部接口时钟源T1接入时，所述选择器C将同步设备时间生成器的输出T0作为外部时钟输出。
进一步的，所述时钟处理模块为双时钟总线架构，包括两块交叉连接板，外时钟输入信号从主控板的外时钟接口接入，两块交叉连接板采用1+1备份结构；主从时钟模块各自设有独立总线并分别与交叉连接板连接，所述交叉连接板根据时钟源配制的优先级选择并作为外时钟输出，同时将优先级高的时钟源配置到支路接口IU1-7和IU8-14。通过这种双时钟和1+1备份的总线架构，有效的防止时钟总线挂起，从而提供了较高的系统可靠性。
进一步的，所述协议信令处理板包括与系统总线信号连接的FPGA处理芯片，与FPGA处理芯片连接的存储单元和E1/ETH接口单元，所述E1/ETH接口单元与IPPBX或PBX连接，所述FPGA处理芯片采用型号为EP4CGX150DF2717的芯片；
当需与IPPBX连接时，所述FPGA处理芯片通过系统总线接收语音信号，并将语音信号数据封装成以太网语音数据包RTP，同时将PCM的共路信令转换成SIP信令并与RTP生成SIP中继，最后通过E1/ETH接口单元连接至IPPBX；
当需与PBX连接时，所述FPGA处理芯片通过系统总线接收语音信号，并将语音信号进行协议转换生成E1中继，然后通过E1/ETH接口单元连接至PBX。
作为优选，所述信令协议转换器采用19英寸标准机架式结构，所述主控板OXC、E1接口板PM16、协议信令处理板IPS和电源板采用插卡式安装结构；所述电源板和主控板OXC均为1+1备份。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)实现PCM语音的交叉汇聚、PCM协议信令与SIP协议信令的转换、PCM协议信令与E1中继信令的转换；(2)通过本发明无需弃置电力通讯网原有的PCM设备，降低了投入成本和维护成本；(3)本发明在接入信令协议转换器之前保留并接入多方向PCM设备，从而保留了原调度通信网中调度中心与PCM设备连接的控制终端，确保调度网的稳定。
附图说明
图1为本发明实施例电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统的网络拓扑图；
图2为本发明另一个实施例电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统的网络拓扑图；
图3为本发明所述信令协议转换器的的结构原理框图；
图4为本发明所述时钟处理模块的时钟源选择结构示意图；
图5为本发明所述时钟处理模块的时钟总线架构示意图；
图6为本发明所述协议信令处理板的结构原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明的电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，涉及了光传输、协议转换、通信控制、程控交换、语音软交换等多个技术领域，需要协同整合各个领域技术才能实现对现有PCM语音IP化改造的可能性。如图1～5所示，本发明的电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，包括以下步骤：步骤1：多个远端站点通过PCM机分别将多种业务信息复用生成n个E1信号，所述业务信息包括语音信号和非语音信号，所述非语音信号包括电量采集信号、开关量信号、环境监测信号；步骤2：n个E1信号通过光传输网络SDH传输并汇聚至局端，所述局端将E1信号通过信令协议转换器经交叉连接、数码压缩、信令转换和IP包交换处理后，生成的E1语音交换中继或SIP中继；并与IPPBX设备信号连接；生成的非语音业务信号与对应控制终端连接。其中所述信令协议转换器作为信令协议转换的核心部件，包括主控板OXC、E1接口板PM16、协议信令处理板IPS和电源板POWER，其中：
主控板OXC：实现E1和64K时隙的交叉连接功能，实现时钟处理、控制管理功能；E1接口板PM16：实现PCM语音汇聚，通过背板总线与主控单元连接；协议信令处理板IPS：实现PCM语音的IP转换，VOIP的相关协议处理；电源板POWER：供电电源为DC-48V，实现输入电源转换成系统各个板件需要的电源，DC12V、DC5V、DC40V、DC3.3V、DC2.5V、DC1.8V。其工作流程有以下两种模式：
(1)远端变电站的PCM机将包含电量采集信号、开关量信号、环境监测信号和语音信号灯多种业务信号复用生成E1信号，并通过光传输网SDH汇聚至E1接口板，再经过交叉处理模块将PCM信号进行语音信号和非语音信号进行分离后通过系统总线将语音信号传送至协议信令处理板IPS，IPS对语音信号进行处理后生成E1中继或SIP中继，并与软交换IPPBX或程控交换机PBX连接；
(2)光传输网络SDH传输汇聚至局端时，先接入多方向PCM设备，通过多方向PCM设备对n个E1信号进行语音和非语音信号分离，非语音信号与对应控制终端连接落地，语音信号通过多方向PCM上的E1接口与信令协议转换器的E1接口板PM16连接，并通过系统总线传送至协议信令处理板IPS，IPS对语音信号进行处理后生成E1中继或SIP中继，并与软交换IPPBX或程控交换机PBX连接。该模式下，多方向PCM将非语音远动信号接入对应控制终端落地，从而保留了原有的控制端对调度中心的稳定起到积极作用。
如图4所示，本发明中的信令协议转换器主控板的系统控制模块的时钟处理模块包括外部时钟选择器ECS、选择器C、时钟选择器SCS、同步设备时间生成器SETG，分别来自外时钟接口、支路接口和群路接口的时钟源分别设定为外时钟接口时钟源T1、支路接口时钟源T2和群路接口时钟源T3。
所述时钟源T1、T2和T3，经过SCS比较判定，根据时钟源配置的优先级选择时钟源T’，再经过同步设备时间生成器SETG处理使其符合SDH时钟标准并作为系统时钟输出T0；同时外时钟接口时钟选择器ECS判定是否有接入的外部接口时钟源T1，当判定有外部接口时钟源T1接入时，选择器C以T1作为外部时钟输出；当判定没有外部接口时钟源T1接入时，所述选择器C将同步设备时间生成器的输出T0作为外部时钟输出。
每个时钟源都可以配置一个优先级，优先级范围在0至155之间。优先级0表示选择器不采用该时钟源，缺省情况下所有时钟源的优先级都是0.也就是说，缺省情况下，所有时钟源都不被选择器采用。SCS和ECS的优先级需要分别配置。
锁定状态是时钟源的另外一个参数。每个时钟源都可以配置一个锁定状态。锁定状态可以是true或false。如果是true，选择器不采用该时钟源，否则则采用。缺省情况下，所有时钟源的锁定状态都是false。
时钟源SSM模式，系统支持时钟源的同步状态消息(SSM，Synchronous StatusMessage，在S1字节)模式。该功能可防止时钟倒换时在系统中形成定时环路。当锁定的同步时钟信号劣化时，SSM功能还能使下游节点倒换到其他输入时钟源或进入保持模式，不需等待同步时钟信号超过劣化门限。SSM功能提高了整个网络的同步质量，而且可以简化同步网络的规划和设计。
时钟系统可以在锁定模式、保持模式或自由振荡模式运行。在锁定模式下，可以选择汇聚、支路和外部时钟源作为参考时钟源。时钟源可以自动选择，也可以手工选择。系统支持对各种优先级和SSM的时钟源进行选择，确保网络时钟系统的可靠性。如果PT-603516配置为再生器(REG)，则支持时钟穿通模式。
时钟源倒换，在所选择的时钟源上发生LOS和LOF(AIS)告警时会激活自动倒换。当SDH设备时钟(SEC，SDH Equipment Clock)丢失所有时钟源时，进入保持模式。在该模式下：
·最大频偏是4.6ppm
·当处于保持模式不超过15s时，相位瞬间响应不超过1μs。若处于保持模式超过15s但少于24h，相位瞬间响应不超过32ms。
·当处于保持模式不超过16ms时，输入中断不会导致倒换，对输入中断的相位响应不超过120ns，昀大频偏为7.5ppm。
·当处于保持模式不超过16ms时，相位中断不超过(7.5持续时间)ns。当处于保持模式16ms至2.4s时，相位中断不超过120ns。当处于保持模式超过2.4s时，每隔2.4s的相位中断不超过120ns，临时频偏不超过7.5ppm，总量为1μs。
·当15s内再次检测到时钟源或自动倒换到备时钟源时，时钟系统进入锁定模式。
系统通过主控板提供外部时钟输入和输出接口。外部时钟输出配置SSM门限。当外部时钟输出的SSM级别低于预设置门限时，外部时钟输出会受到抑制。缺省的抑制门限为DNU，即不抑制外部时钟输出，因为外部时钟输出的SSM级别不会低于DNU。如果抑制了外部时钟输出，将下发CutOff或AIS。如果外部时钟输出为2MHz信号，不能下插AIS，因此执行CutOff。如图5所示，系统采用双时钟总线架构，外时钟输入信号从AUX板的外时钟接口接入。两块OXC板之间是1+1备份结构，当某个时钟源劣化时，支持自动倒换。在系统的双时钟总线架构中，主从时钟模块各自有自身的独立总线，分别发送时钟信号到每块单板，由单板选择质量较好的时钟信号。这种双时钟总线架构可有效地防止时钟总线挂起，从而提供较高的系统可靠性。
如图6所示，本发明协议信令处理板，主要功能是实现PCM语音的IP转换，VOIP的相关协议处理。其作为语音信令和协议转换控制模块，该模块相应的板卡型号定为IPS板，实现语音信令和协议转换控制，同时自带SIP标准协议接口和4个E1交换中继接口，用于与软交换或程控交换机组网。PCM语音汇聚成E1后通过主控板的交叉连接单元连接至总线，再通过总线与IPS板通信，该模块最总将PCM语音的信令和协议转换成标准的SIP信令协议，或标准的E1中继信令输出到软交换或其他程控交换机。IPS板的设计采用FPGA嵌入式系统，辅以存储单元和接口处理单元，PCB采用6-8层设计，板卡采用前面板出线的方式。
当需与IPPBX连接时，所述FPGA处理芯片通过系统总线接收语音信号，并将语音信号数据封装成以太网语音数据包RTP，同时将PCM的共路信令转换成SIP信令并与RTP生成SIP中继，最后通过E1/ETH接口单元连接至IPPBX；
当需与PBX连接时，所述FPGA处理芯片通过系统总线接收语音信号，并将语音信号进行协议转换生成E1中继，然后通过E1/ETH接口单元连接至PBX。
作为优选，所述信令协议转换器采用19英寸标准机架式结构，15个业务插槽SLOT1-15，4个公共插槽；所述主控板OXC、E1接口板PM16、协议信令处理板IPS和电源板采用插卡式安装结构；所述电源板和主控板OXC均为1+1备份。
本发明将原有的PCM设备语音实现IP化转换，并以E1中继或SIP中继方式连接到软交换调度系统，而不需要将分站的PCM设备更换成IAD或VOIP设备，降低了改造成本和维护成本。
Claims (6)
1.一种电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：多个远端站点通过PCM机分别将多种业务信息复用生成n个E1信号，所述业务信息包括语音信号和非语音信号，所述非语音信号包括电量采集信号、开关量信号、环境监测信号；
步骤2：n个E1信号通过光传输网络SDH传输并汇聚至局端，所述局端将E1信号通过信令协议转换器经交叉连接、数码压缩、信令转换和IP包交换处理后，生成的E1语音交换中继或SIP中继；并与IPPBX设备信号连接；生成的非语音业务信号与对应控制终端连接。
2.根据权利要求1所述电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，其特征在于：所述信令协议转换器包括主控板OXC、E1接口板PM16、协议信令处理板IPS和电源板POWER，其中：
所述主控板包括交叉连接处理模块和系统控制模块，所述交叉连接处理模块实现E1和64K时隙的交叉连接，所述系统控制模块实现时钟处理和网管处理；
n个远端PCM信号进行汇聚连接至E1接口板PM16，并通过E1接口板PM16将PCM信号输送至主控板的交叉处理模块，所述交叉连接处理模块将PCM信号的语音信号和非语音信号进行分离后，通过系统总线将语音信号传送至协议信令处理板IPS，IPS对语音信号进行处理后生成E1中继或SIP中继，并与软交换IPPBX或程控交换机PBX连接；
或者，还包括多方向PCM设备，n个远端PCM信号进行汇聚连接至多方向PCM设备上，所述多方向PCM设备对PCM信号的语音信号和非语音信号进行分离，非语音信号与对应控制终端连接落地，语音信号通过多方向PCM上的E1接口与信令协议转换器的E1接口板PM16连接，并通过系统总线传送至协议信令处理板IPS，IPS对语音信号进行处理后生成E1中继或SIP中继，并与软交换IPPBX或程控交换机PBX连接。
3.根据权利要求2所述电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，其特征在于：所述主控板中系统控制模块的时钟处理模块包括外部时钟选择器ECS、选择器C、时钟选择器SCS、同步设备时间生成器SETG，其中：
分别来自外时钟接口、支路接口和群路接口的时钟源分别设定为外时钟接口时钟源T1、支路接口时钟源T2和群路接口时钟源T3，
所述时钟源T1、T2和T3，经过SCS比较判定，根据时钟源配置的优先级选择时钟源T’，再经过同步设备时间生成器SETG处理使其符合SDH时钟标准并作为系统时钟输出T0；同时外时钟接口时钟选择器ECS判定是否有接入的外部接口时钟源T1，当判定有外部接口时钟源T1接入时，选择器C以T1作为外部时钟输出；当判定没有外部接口时钟源T1接入时，所述选择器C将同步设备时间生成器的输出T0作为外部时钟输出。
4.根据权利要求2所述电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，其特征在于：所述时钟处理模块为双时钟总线架构，包括两块交叉连接板，外时钟输入信号从主控板的外时钟接口接入，两块交叉连接板采用1+1备份结构；主从时钟模块各自设有独立总线并分别与交叉连接板连接，所述交叉连接板根据时钟源配制的优先级选择并作为外时钟输出，同时将优先级高的时钟源配置到支路接口。
5.根据权利要求3所述电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，其特征在于：所述协议信令处理板包括与系统总线信号连接的FPGA处理芯片，与FPGA处理芯片连接的存储单元和E1/ETH接口单元，所述E1/ETH接口单元与IPPBX或PBX连接，所述FPGA处理芯片采用型号为EP4CGX150DF2717的芯片；
当需与IPPBX连接时，所述FPGA处理芯片通过系统总线接收语音信号，并将语音信号数据封装成以太网语音数据包RTP，同时将PCM的共路信令转换成SIP信令并与RTP生成SIP中继，最后通过E1/ETH接口单元连接至IPPBX；
当需与PBX连接时，所述FPGA处理芯片通过系统总线接收语音信号，并将语音信号进行协议转换生成E1中继，然后通过E1/ETH接口单元连接至PBX。
6.根据权利要求3所述电力调度通信网PCM语音信令和协议通讯转换系统，其特征在于：所述信令协议转换器采用19英寸标准机架式结构，所述主控板OXC、E1接口板PM16、协议信令处理板IPS和电源板采用插卡式安装结构；所述电源板和主控板OXC均为1+1备份。
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