礦山電力系統中VoIP技術的應用解析

李永祿

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

VoIP是將語音信號轉換為符合TCP/IP協議的IP分組進而在互聯網上傳送。這項技術在10多年前已經有了應用，如今已經發展的很成熟。目前我們常用的語音通話就是通過VoIP技術實現的[1]。

1 VoIP技術簡介

VoIP技術具體就是利用IP和網絡，從而實現將語音信號轉變為數字信號，然后通過數據加工封閉的方式進行傳輸。在這種情況下，數據的保密性和安全性有了很大的提升，因為數據在加工后進行破解更為復雜，從一方面保證了數據在傳輸時的保密性，數據進行封閉再進行傳輸又從另一方面提升了安全性，并且同時還會極大地保證數據傳輸的穩定性，因此這一技術應用在礦山電力信息傳輸中有很大的積極作用。

1.1 VoIP的工作原理

VoIP是一種基于網絡之間互連的語音通信形式。基于IP分組網絡技術，可實現語音，數據和其他信號的傳輸，是一種先進的語音通信技術[2,3]。基本操作原理是在發送端，對語音信號進行模數轉換，使用相應的媒體編碼技術對轉換后的語音信號進行壓縮和編碼，根據相關協議標準對數據進行打包和打包，并通過IP網絡傳輸到將該數據包發送到接收器。對這些數據包進行解壓縮和解碼，進行數模轉換，最終恢復原始語音信號，達到通過IP傳輸語音信號的目的。

1.2 VoIP關鍵技術

VoIP的關鍵技術包括控制信令技術，媒體編碼技術，實時傳輸技術和服務質量保證技術。其中，受控信號技術不僅可以確保語音通話的順利進行，還可以提供其他一些先進的語音電話服務[4]。媒體編碼技術包括使用各種壓縮算法來處理原始語音信號，例如G.723，G.729等。對于民用礦山電力系統通信系統，這是VoIP技術的重要組成部分。由G.729編碼處理的語音帶寬僅為8 kb/s左右，語音失真非常小。傳統的民用礦山電力系統通信系統一般采用脈沖編碼調制語音信號編碼，語音帶寬一般為64kb/S。

2 供電所中VoIP的應用

2.1 基于VoIP技術的語音通信系統組成

語音通信系統的發展經歷了三個階段：模擬語音通信、PCM語音通信和VoIP語音通信。早期的語音通信通常使用模擬電臺與飛機進行單點通信，沒有成型的語音通信系統。直到20世紀90年代前后，基于PCM的語音通信系統逐漸開始在礦山電力系統語音通信領域應用，為礦山電力系統語音通信系統的發展起到了巨大的推動作用。目前，國內外絕大部分的供電所、區域中心使用的都是這類語音通信系統。系統一般由以下部分組成：

2.1.1 席位設備

包括觸摸屏與席位處理單元。它是管制員進行地-地通信、地-空通信，以及電話、數據應用、管理等操作的終端，與語音通信系統的其他設備利用IP連接，可以連接數據庫服務器進行配置更新。

2.1.2 席位附件

包括音頻控制盒、揚聲器、耳麥、話筒等附件。

2.1.3 數據庫服務器

用來配置和管理系統數據，以及實現電臺遠程監控。此外，可通過本地或遠程方式，通過網頁形式訪問數據庫服務器，進行配置。

2.1.4 NTP（網絡時間協議）時鐘服務器

通過配備NTP時鐘服務器，保證系統時鐘同步，并可通過以太網或IP基礎設施把同步的時間信息發送給語音通信系統。

2.1.5 網關

包括電話網關與電臺網關。網關可提供不同的配置與端口，以保證VoIP設備與模擬音頻設備的雙向通信。

2.1.6 電臺服務器

用來匯總電臺與席位間的通信。

2.1.7 網絡交換機

用來實現語音通信系統各設備的內部互聯，具有標準/先進的以太網/IP功能。

2.1.8 聲卡

礦山生產使用接收機進行語音的轉換和傳輸時，主要是由聲卡來進行操作的。通過IP網絡，供電所接收機接受的語音會在聲卡中進行記錄，然后再將語音進行轉換，如果在聲卡中植入其它編碼程序，聲卡的功能將不會局限于一種，還可以進行信息的整理、查詢等。

2.2 適配器的應用

在進行通信時，IP網絡可以將占用寬帶量十分大的語音信號轉化為數字信號，傳輸起來十分安全保密，在速度方面也有很大的提高[5]。但是IP在進行信號的轉換時需要借助適配器進行輔助，這一設備可以與礦企接收機的接口進行連接，搭建一個IP網絡與接收機之間的網絡，當接收機接收到信號后，能直接將信號的格式信息轉換，然后在通過適配器這一橋梁進行傳輸，然后傳入到IP網絡中，最終達到數據快速傳輸的目的，并且這一過程也是可逆的，所以能實現信息的雙向交流，操作也十分簡單。字符串以及編碼的應用在礦企接收機接受信號時，字符串以及編碼可以讓接收機更好的進行頻道選擇或狀態的查看等功能。為了能夠讓語音格式進行更好的轉換和傳輸，可以借助軟件進行編碼來實現這一目的。比如把接受器與通信系統的終端進行連接，并將系統操作電腦設置為信息處理中心，然后載入設置好的編碼。這一程序可以讓信息接收機與礦山電力系統進行高度通過以，電腦的IP可以設為單獨的接受地址，通過這一方式就可以實現接收機單獨與信息終端的傳輸，這些信息會高度保密，不被他人入侵。

為了確保傳輸和分析的便利，可以使用Windows Sockets套接字軟件編程來完成信息傳輸和通信連接的功能。在此過程中，技術人員可以選擇計算機作為信息處理器，以實現高頻收發器和終端控制信號的轉換和傳輸。借助協議轉換單元，完成了PC串口和收發器串行協議的轉換。唯一IP地址的配置可以完成終端設備與特定收發器之間的通信連接，還可以實現信號的有效傳輸控制。除了基本的語音信號傳輸，以及一些基本的工作，例如記錄和回放等，在分析了組合式IP分組網絡傳輸的特性之后，可以使用PC聲卡在收發器終端進行記錄。

在此過程中，由于個人計算機已連接到IP分組網絡，因此可以通過網絡編程實現對語音記錄的有效管理，還可以根據實際需要提供遠程查詢和回放功能。該系統主要基于IP分組網絡的支持，以實現高頻收發器控制和語音傳輸。因此，遙控器必須具有相應的IP地址映射終端，以確保可以有效地控制每個收發器。

2.3 組網方案

中心局的8540 Cisco ATM交換機配備了多模光纖端口模塊，該模塊通過多模光纖連接到S300網絡交換機業務數據，同時，S300網絡交換機10/100M以太網端口連接到語音中繼網關，SUN軟交換機和其他網絡設備。在中心局中配置的網守類似于小型軟交換機，并且可以統一管理VoIP電話端口設置和電站流量控制等服務。中繼網關通過E1板和中國1號信令連接到中心局程控交換機（PBX），以便IP網絡可以與礦企辦公室的管理交換網絡互連。它完成了各種網絡之間的信號，語音和數據的轉換，并與軟交換控制部分配合完成了整個呼叫過程。就像中心辦公室一樣，變電站的8510ATM交換機也需要配備多模光纖接口模塊。模塊的155M多模光端口連接到變電站網元8510ATM交換機，下游以太網接口通過ZTE ZXB10-S300以太網交換機（通過光纖收發器）連接到供電站的一個或多個小型局域網。ZXB10-S300以太網交換機不僅可以完成24個10/100Base-T以太網端口之間的數據，而且還可以將以太網數據適配到ATM信元，并通過155Mbps ATM端口以太網交換機輕松地將其傳輸到遠程。通過小型網絡交換機（D-Link）轉換光纖收發器E/O之后，供電站（包括4路IP電話和計算機數據終端）的以太網服務將傳輸到接入分站。光電轉換器連接到ATM通信網絡，以完成從供電站到中心局的以太網服務訪問。

3 結語

傳統的礦山電力系統在數據傳輸、信息共享等方面的滯后性逐漸顯現，而VoIP技術的應用不但可以有效地提升寬帶的利用率還可以有效地減少對通信系統的維護成本，確保礦山電力系統正常運行。