船舶综合内部电话通信系统设计与实现_燕翔.pdf

2022年第46卷第12期116器 件 与 应 用器 件 与 应 用arts and ApplicationsP文献引用格式：燕翔，周斐，乔美生，等.船舶综合内部电话通信系统设计与实现 J.电声技术，2022，46（12）：116-118，126.YAN X，ZHOU F，QIAO M S，et al.Design and implementation of integrated internal telephone communication system for shipsJ.Audio Engineering，2022，46（12）：116-118，126.中图分类号：TP311.5 文献标识码：A DOI：10.16311/j.audioe.2022.12.028船舶综合内部电话通信系统设计与实现燕 翔，周 斐，乔美生，赵 巍，李立志，卢晓旭，娄淞松（中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015）摘要：基于模块化及小型化的设计理念，采用软交换等相关技术，实现综合内部电话通信系统。系统根据不同信令的协议要求进行接口协议转换，支持中继、会议、广播等通信业务，具有良好的网络适应性和可扩展性，用于保障船舶在复杂网络环境中的通信需求。关键词：综合内部电话通信系统；软交换；模块化Design and Implementation of Integrated Internal Telephone Communication System for ShipsYAN Xiang,ZHOU Fei,QIAO Meisheng,ZHAO Wei,LI Lizhi,LU Xiaoxu,LOU Songsong(No.3 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Beijing 100015,China)Abstract:Based on the design concept of modularization and miniaturization,this paper adopts soft switch and other related technologies to realize the integrated internal telephone communication system.The system performs interface protocol conversion according to different signaling protocol requirements,supports relay,conference,broadcast and other communication services,has good network adaptability and scalability,and is used to ensure the communication requirements of ships in complex network environment.Keywords:integrated internal telephone communication system;soft switch;modularization0 引 言船舶综合内部电话通信系统是船舶内通信系统的重要组成部分，承担着船舶日常内部沟通、指令下达、信息传递等任务，主要用于船舶内部通信、中继通信等内部综合通信功能，可保障舰艇在紧急情况下的通信、行政管理与日常生活通信等任务1。1 综合内部电话通信系统设计综合内部电话通信系统基于以太网网络的软交换和 IP 语音通信技术构建，同时采用模块化、单元化设计理念，通过组合化的系统级联配置，灵活满足船舶内部通信交换容量需求，具备基本通话、程控服务、会议、中继通信、网络管理等功能，可保障船舶在复杂环境下的内部通信、中继通信等任务。1.1 设计思路船舶内部通信网中存在模拟中继、数字中继、广播系统等多种通信系统接口，在多种系统共存的情况下必然会在设备、接口、网络等方面存在差异，且各个系统之间相互独立，无法互联互通2。针对上述存在的问题，本系统采用标准化的会话初始协议（Session Initiation Protocol，SIP）构建通信协议，协议结构简单易于扩展，对信令的互通性满足了不同电话信令在网络上的协议转换和接口传输问题。船舶电话通信环境复杂，不同的船舶其通信容量以及覆盖的通信子系统种类繁多，部分系统还包含模拟中继、广播等子系统，其通信需求通常是变化的3。本系统针对以上问题采用模块化设计思路，根据不同模块接口设计不同的硬件插槽，可支持设备功能动态配置和系统通信容量动态扩展。作者简介：燕 翔（1994），男，硕士，工程师，研究方向为船舶通信领域软件开发。2022年第46卷第12期117Parts and ApplicationS器 件 与 应 用器 件 与 应 用1.2 系统架构设计系统接入设备采用单元模块设计方式，各功能模块单元均设计成可插拔的方式，能够满足中小型船舶在高噪声、强干扰等特殊环境下的内部综合通信业务，可支持与其他电话网络、广播系统、扬声分系统等其他内部分系统的通信和控制。另外，系统具备以太网级联和信息网络平台接入的组网通信、网络管理服务能力，可满足船舶通信系统的用户容量扩展、统一信息网络建设、通信综合管理控制等潜在需求，其组成架构如图 1 所示。电话综合信息服务中心是综合内部通信电话系统的核心部分，包括业务服务单元、网络交换单元、中继单元以及电源模块等设备。业务服务单元主要通过路由、信令以及语音数据进行交互和业务控制处理，实现系统用户程控服务等功能。业务服务单元中的网络管理模块主要实现系统内设备功能管理、状态监控告警、登录用户管理等功能，支持与其他通信管理系统分系统的通信控制协议交互。网络交换单元实现系统内部各功能单元和设备的网络连接，同时根据需要可以通过光纤实现业务设备的级联组网，可实现本系统与外部网络设备或传输网络的通信互联和信息数据交互。中继单元主要实现系统电话用户信令、会议以及与其他协议的协议转换功能。中继单元中的会议模块可实现会议资源管理、会议混音、语音流媒体信息传输等功能，可支持与公共电话网络及海事卫通电话等网络用户的互联互通。中继单元还可实现 7 号信令协议与软交换 SIP协议的适配封装处理，可与支持岸基电话网络的局间电话用户通信，支持与传统 E1 接口的数据通信以及与其他公用电话网络系统的通信等功能；此外，语音处理模块还可实现模拟线路的语音信号处理和接口转换，支持与广播系统、扬声对讲等系统的互联互通。1.3 硬件方案设计1.3.1 业务服务单元硬件设计业务服务单元主要实现电话的接入及交换功能。单个业务服务单元可支持多路电话，设备采用模块化设计，将设备分为电源模块、语音处理模块、电话交换模块以及网络管理模块等。各模块嵌入安装到电话综合信息服务中心设备中，方便设备的维护和检修。1.3.2 网络交换单元硬件设计网络交换机单元为综合内通系统各个分设备提供网络交换功能，对外提供多个千兆网络接口。交换机芯片采用全千兆以太网交换芯片，能够实现速率控制、全/半双工设置等，可方便进行异构网络的互联互通。1.3.3 中继单元硬件设计中继单元为综合内通系统提供电话会议、模拟中继及广播等功能。设备采用模块化设计，将设备通信管理 系统以太网公共电话 网络模拟音频线中继电话线电话 分线箱报警系统电话机二线接线盒接线盒综合内部电话系统电话机输出网/级联组网电话综合信息 服务中心网络交换单元业务服务单元中继单元电源模块广播/扬声 等分系统图 1 综合内部通信电话系统组成架构图2022年第46卷第12期118器 件 与 应 用器 件 与 应 用arts and ApplicationsP分为会议模块、模拟中继模块、广播等模块。中继接口与公共电话网物理连接实现与公共电话网络通信，广播接口实现与船舶广播系统的互联互通。1.4 软件方案设计本系统中，软件分为程控交换业务软件和网管业务软件两部分。程控交换业务软件采用统一的分层架构，主要由设备接口层、业务调度层及应用服务层组成，根据对应的硬件接口单元设计了不同的业务模块，进一步提高了系统设备的稳定性、可维护性和扩展性4。网管业务软件通过网管代理模块与各程控交换业务进行信息交互处理，主要负责状态信息、告警信息、记录信息等的封装和解析。本系统软件组成框图如图 2 所示。1.4.1 程控业务软件功能实现逻辑1.4.1.1 设备接口层设备接口层的主要作用是隔离屏蔽底层操作系统，建立不同设备之间的物理联系通道。设备底层硬件模块包括会议、广播以及模拟中继接口等相关接口。驱动程序将上述接口封装成统一的设备程序接口。话音数据则在本软件层转换成 RTP、RTCP 数据包等网络接口形式，并向业务调度层提供统一的语音编解码接口，从而降低了系统移植的复杂性；针对硬件接口设计的不同模块，系统软件可根据配置完成相应的接口解析，从而根据用户需求加载对应的驱动模块，达到了软件模块化设计的目的。1.4.1.2 业务调度层业务调度层主要定义了不同消息事件的协议以及类型，通过定义其消息类型可表示不同任务，可以用于产生消息信令、路由管理等任务模块。模块内部通过进程通信的方式进行内部通信5。业务层包含的通信功能模块是实现软交换通信的核心软件模块，负责该设备系统中所有的信令和协议的控制、解析和适配处理。状态处理模块主要负责系统设备资源的配置和状态信息管理，路由模块主要指导协议执行转发功能，为 SIP 协议模块找到合适的路径进行传输，完成通话信令的传输。配置管理接口模块主要负责对配置文件进行解析和配置，完成状态信息、配置信息、记录信息等的封装和解析。1.4.1.3 应用软件层应用软件层能够为系统设备提供各种呼叫特殊应用和程控增值服务，如呼叫转移、广播服务、一键拨号、中继功能等。任务调度层将接收到的 SIP消息信令转发至本软件业务层，用于处理 SIP 相关的消息。该模块在传统程控交换的基础上可以辅助用户功能进行实现，可通过消息类型满足不同模块间的会话通信接口。其对应消息包括呼入请求、呼入请求响应、呼出请求、呼出请求响应、结束请求、结束请求响应等，用于满足语音呼叫、DTMF 检测以及注册业务等基本业务需求。1.4.2 网管业务软件设计综合内部通信系统网管业务主要实现综合内部通信系统设备拓扑管理、系统参数及功能的配置和查询、通信记录管理等方面的功能，其业务结构设计如图 3 所示。呼叫转接、一键拨号、中继、广播等服务业务程控业务通信功能 模块通用接口 模块广播驱动 模块模拟接口 模块会议驱动 模块设备驱动 模块设备接口层状态管理 模块SIP 协议栈 模块路由管理网管代理 模块业务调度层网管业务图 2 系统软件组成框图（下转第 126 页）2022年第46卷第12期126器 件 与 应 用器 件 与 应 用arts and ApplicationsP宽的变化，而改变电极厚度几乎不会带来带宽的变化。因此，只要综合考虑电极的金属化率和厚度进行研究实验，就可以得到符合设计预期的产品。参考文献：1 NAUMENKO N F.Optimization of LiNbO3/Quartz substrate for high-frequency wideband SAW devices using longitudinal leaky wavesJ.IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferroelectrics，and Frequency Control，2020，67（7）：1485-1491.2 SUZUKI M，KAKIO S.Theoretical analysis and design of longitudinal leaky SAW device consisting of ScA1N film/piezoelectric single cr