鋼鐵行業基于IP的語音融合通信系統及數字無線對講系統

郝 懌

（廣西柳鋼東信科技公司，廣西 柳州 545002）

1 技術需求分析

鋼鐵行業對于語音通信提出日益豐富的功能需求，為了滿足業務應用多種通信手段的融合需要，充分利用新一代的網絡設施，構建1個可視化、網絡化以及智能化的融合通信系統。經分析，語音通信系統應包含以下功能需求。

（1）系統基于下一代網絡（Next Generation Netwrok，NGN）-IP網絡架構，以IP網絡為基礎、軟交換為核心的工業語音系統符合現在鋼鐵行業集控中心的建設標準，適用于應急指揮調度。（2）融合通信系統是以軟交換服務器為核心架構，涵蓋調度服務、錄音服務、聯動服務等應用服務器，各業務模塊接入相對應網關，如模擬電話接入模擬電話網關，工業有線對講接入數字對講網關，廣播接入廣播網關。各服務器與各種網關通過IP網絡連接，可以與視頻、數據、辦公自動化系統（Office Automation，OA）等共享網絡資源。（3）在全廠范圍統一規劃建設融合通信系統，搭建相關服務器，各分廠（或后續擴建項目）根據實際的業務需求，通過相對應的網關接入全廠融合通信系統，減少重復建設及投資。（4）融合通信系統可以包含企業行政電話、工業調度電話、工業有線對講、數字無線對講、工業自動廣播等系統，要求各個子系統之間能夠實現統一調度、互聯互通。（5）融合通信系統應有接口與生產系統、報警系統等對接，實現聯動廣播等功能。（6）可以實現對融合通信系統下各種終端設備的調度管理操作，包括呼叫（點呼、廣播呼叫、選呼、順序呼叫、續呼）、代答、轉接、排隊、強插、保持、強拆、強掛、監聽、群答、應答、回呼、應急會議、緊急呼叫、夜間服務等功能。（7）系統內通話可以進行錄音，錄音可設置權限進行查詢。（8）全廠所有的行政電話與調度電話合并為1個系統，語音終端實行一機雙號，大號與市話可直接互通，小號進行本廠調度，各分廠所有語音通信終端通過國際標準會話初始協議（Session Initiation Protocol，SIP）在DX-Any綜合通信系統核心軟交換上實現注冊。當各廠與核心軟交換網絡故障時，不影響各分廠內部的通信。系統內部通信可撥打小號，不產生通話費用。（9）與集團其他基地可通過專網采用SIP中繼的方式進行組網，實現集團內小號通話，不產生通話費用。（10）在生產節奏快、生產環境腐蝕大的區域配置工業有線對講。工業有線對講通過雙線制綜合業務數字網（Integrated Services Digital Network，ISDN）信號進行通信，終端統一68 V集中直流供電，能夠快速直呼，從撥號到接通的時間在500 ms以內。

2 融合通信系統設計

為滿足上述需求，可以在廠區內建設1套融合通信系統與1套數字無線對講系統，2者之間通過IP網絡實現互聯互通。融合通信系統基于以IP網絡為基礎、軟交換為核心的工業語音系統，符合現在鋼鐵行業集控中心的建設標準，是適用于鋼鐵行業應急指揮調度的系統平臺。

2.1 技術架構特點

（1）基于集成視頻、語音和數據業務的新型承載網絡技術，與IP網絡相融合，方便實現各類業務的合并協作與集中管理；（2）融合現有各類通信方式，整合使用界面、配置管理、用戶管理，使用更加簡便；（3）統一標準的設備、業務系統接口和二次開發接口，維護更便利，更容易擴展未來業務；（4）節省用戶的重復投資，降低整體使用成本；（5）實現企業各生產工藝區域的通信集中、操作指揮遠程化，促進工藝系統的深度融合，通過一體化的融合通信平臺來規范標準，強化交流協作，提高生產指揮效率；（6）升級企業行政電話、調度電話系統，實現調度用戶和行政用戶二網合一；（7）在實現全廠調度通信的同時，以調度IP軟交換為核心，實現工業對講系統、流程廣播、無線手持系統的接入，實現多網融合、互聯互通。

該系統依托企業已有的IP網絡資源，可以與視頻、數據網、辦公自動化（Office Automation，OA）網共享網絡資源（需采用虛擬局域網的方式），也可以獨立組建網絡，將整個企業的工業有線調度、工業有線對講、數字無線對講、行政自動辦公電話、工業視頻監控、工業廣播等系統有機融合起來，組成完善的生產、能源調度系統，滿足集中管控、扁平管理、全平臺、多終端融合指揮調度的通信需求，實現全廠所有語音終端統一編碼、統一使用、統一管理。

2.2 技術架構組成

系統核心包含軟交換主機、調度服務器、錄音服務器以及聯動服務器。軟交換主機具有雙冗余、高可靠性和強穩定性，核心處理部件、核心電源系統部件、核心通信板部件、核心資源系統部件等關鍵部件必須采用在線熱冗余，并且支持在線熱插拔功能。在主備部件切換時，對業務不應產生影響。此外，軟交換主機采用雙中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、雙電源冗余備份，可實現全廠行政電話、調度電話、工業有線對講以及自動廣播系統的接入，與無線對講系統進行對接實現互聯互通。系統采用分布式架構，對于新增分廠或生產線，只需在生產線附近新增對應網關設備即可。

2.3 辦公行政管理電話融合

2.3.1 融合要求

融合通信系統平臺還需要考慮將現有的行政管理電話接入到融合通信系統平臺，接入后應滿足以下要求：（1）一機雙號，內部小號撥，不產生通信費用；（2）在電力供應中斷4 h以內，保證電話業務正常；（3）外線傳輸全斷后，廠區固話內線仍能通話；（4）實現選擇性號碼錄音功能；（5）呼叫特種業務或長途電話功能；（6）可選擇性限制呼叫，可實現自動話務分配，自動路由選擇；（7）具備靈活的編號功能以及集中語音信箱、集中計費、集中話務臺等功能；（8）撥號可實現全網全透明，話機可設置呼出限制、呼叫等待、熱線服務、轉移呼叫、免打擾、遇忙回叫等。

2.3.2 行政電話的接口互連

行政電話系統可以通過多種接口與公共交換電話網絡（Public Switched Telephone Network，PSTN）或其他公司內部使用的電話業務網絡（Private Branch Exchange，PBX）互連，互連方式包括（E1）數字中繼接口、外部交換局（Foreign Exchange Office，FXO）模擬環路中繼或SIP中繼等。其中，（E1）數字中繼接口可以支持Q.SIG信令、ISDN-PRI信令、（R2）中國一號信令、NO.7信令。與集團其他異地分支機構，可通過專網采用SIP中繼的方式進行組網，實現集團內小號通話，不產生通話費用。

2.3.3 融合改造方式

采用融合通信系統加模擬電話網關的方式進行改造。廠區內行政電話通過模擬電話網關接入到融合通信系統，可以與調度電話共用網關。模擬電話的網關與融合通信系統平臺直接通過網絡連接。本系統由模擬電話網關、模擬電話機（或IP電話機）、總配線架等組成，由融合通信系統提供語音服務。

2.4 工業調度電話融合

在企業的工業生產調度崗位也要考慮設計調度電話，以滿足調度人員及時掌握生產情況、組織和協調生產作業計劃、迅速進行生產指揮以及召開生產調度電話會議等需要。調度電話通過模擬網關接入到融合通信系統與生產管控中心，通過配置調度電話服務器實現工業調度電話功能。工業調度電話系統與行政電話系統采用綜合配線的方式[1]。

2.4.1 工業調度電話需求分析

（1）調度電話（調度臺級別）與行政電話實現互撥；（2）通過錄音服務器，實現對指定或全部語音電話的錄音，同時支持200線以上的錄音，包括辦公行政電話、工業調度電話；（3）會議功能，可同時召開7個以上（或不少于10個）會議，每1個會議不少于32方；（4）調度臺能對級別低的電話實行強插、強拆操作；（5）調度電話分組，組間用戶可以交叉；（6）摘機通話（立即熱線），如果設定的被叫正在通話，拆掉正在通話的電話，建立本機跟被叫的通話（強拆）；（7）包括呼叫、轉接、排隊、代答、保持、強插、強拆、強掛、監聽、應答、群答、回呼、緊急呼叫、應急會議、夜服等調度管理功能；（8）包括群呼、會議呼叫、廣播、踢出成員、添加成員、隔離/解除隔離、禁言/解除禁言、點名、輪詢等群組管理功能；（9）實時狀態監控，能夠通過圖標顏色和文字實時指示出用戶狀態，包括未預約、未知、故障、禁止通話、空閑、呼入、呼出、通話等多種狀態及通話號碼；（10）應急指揮臺呼叫記錄查詢、錄音回放；（11）支持分級調度、多坐席主備調度、協同調度功能；（12）支持應急指揮臺故障時通過話機實現基本調度功能；（13）支持一鍵選擇發起會議、會話、強拆、監聽、強插等調度指令；（14）支持在突發緊急情況下調度員調用預先設置好的預案，觸發緊急流程后，自動實現一鍵會議、一鍵傳真、一鍵廣播等方式的聯動；（15）支持靈活的分組和管理，可以根據企業內部人員架構或事件關聯到員工，在調度臺上對員工進行分組，建立固定員工組和臨時員工組，隨時選擇對應的分組搜索用戶、發起會議等；（16）支持各級協同統一調度，權限分配及管理可支持上下級調度平臺，并可指定調度臺的等級及可調度用戶，調度臺之間可以相互協同工作，滿足分級別、多級調度中心的協同指揮，統一調度的需求；（17）支持電話號碼與監控攝像頭綁定，實現語音視頻聯動一體化調度。

2.4.2 工業調度電話融合架構

工業調度電話由調度鍵盤、模擬電話網關、模擬電話機（或IP電話機）以及總配線架等設備組成，統一接入融合通信系統平臺，由融合通信系統提供語音及調度服務。接入融合通信系統不僅可以實現調度電話與行政電話的通信，還可以節省1套調度系統，降低系統負責度，實現1套平臺統一管理所有語音業務。

2.5 工業有線對講融合

在生產現場還需要設計工業有線對講系統，以滿足生產操作人員在工業現場高效、快速下達指令的需要。工業有線對講通過對講網關接入到融合通信系統，實現對講功能，可以與調度系統、自動廣播系統以及無線對講系統實現互聯互通[2]。

2.5.1 工業有線對講特點

（1）基于IP的網絡架構，采用高效的軟交換技術；（2）用戶線路采用數字編碼，抗干擾能力強、音質清晰、傳輸距離遠；（3）可以實現單呼、組呼、撥號呼叫；（4）可以進行廣播呼叫、雙工會議；（5）能夠實現強插，設置8個優先級，高級別用戶可以插入低級別用戶的通話；（6）呼叫記憶，用戶話站記憶最后一次呼入的用戶；（7）示忙，用戶話站在通話時，向有互聯關系的用戶示忙。

2.5.2 工業有線對講融合架構

工業有線對講融合架構由對講網關、電源、對講終端以及總配線架等組成，系統由融合通信系統提供語音及調度服務。對講網關負責將有線對講的通信數據與融合通信系統進行對接，實現有線對講的語音可以傳輸到調度系統或廣播系統中，還可以實現有線對講和無線對講的互通。

2.6 自動廣播系統融合

在生產現場設計自動廣播系統，根據工藝流程，自動生產流程語音、報警語音和提示語音，通過廣播域播放出去，達到通知或者警示現場操作人員的目的。

自動廣播系統由自動廣播服務器、自動廣播接入網關、功放和揚聲器等設備組成。廣播服務器用于與可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系統和軟交換服務器通信。廣播服務器根據PLC指令，與軟交換服務器通信，將指定的生產語音流程指令傳送至現場單個或多個IP廣播接入網關進行廣播。在已安裝工業對講的區域，由有線對講揚聲器直接播放自動廣播語音。

3 數字無線對講系統設計

3.1 無線對講系統簡介

無線對講系統具有終端設備使用靈活、用戶操作簡便、通話語音傳遞快捷、使用成本低等特點，是實現工業生產調度自動化和管理現代化的基礎手段。

由于企業內部建筑結構復雜及各種電子設備的影響，可能會造成無線對講機信號無法到達企業內各個區域，尤其是消防通道、地下室、電梯等區域。建設無線對講系統對于調度、安保、施工、工業等部門的各項管理工作將帶來極大便利，可快速、高效處理各種突發應急事件，最大可能地減少事件造成的損失。尤其是突發緊急事件時，1套覆蓋整個企業生產辦公區域的無線對講系統可以實現無處不通、一呼百應，能夠快速組織調度人員進行逃生、搶險、救援等工作，有效實施應急預案。

3.2 數字無線對講系統

采用數字無線對講系統基站異頻中轉技術擴大對講機的通信范圍，當對講機之間由于距離較遠或建筑物阻擋而無法實現通信時，基站可將對講機信號進行異頻中轉，然后通過室內天線分布系統將信號發送出去，由此擴大了對講機之間的通信距離。采用基站后，將克服建筑結構和環境對無線信號造成的阻擋與屏蔽，使信號能從地上樓層穿透到地下樓層，起到接力通信的作用，達到樓宇內通信無盲區[3]。

3.3 數字無線中繼臺

通過數字無線中繼臺的建設，可以在廠區范圍內實現無線電頻段覆蓋，在中繼覆蓋范圍內任意時間、任意地點實現實時數字對講通話，并且借助無線中繼臺可實現中繼臺IP互聯、指揮調度、廠區內部電話互聯等業務。其中，數字手持對講機獨創性地實現了電話互撥功能，極大擴展了手持對接機的通話范圍與通話對象[4]。

3.4 功能優勢

能夠滿足企業的管理和控制，進行日常值班、監控、應急指揮等。在發生突發事件時，及時上報相關信息，上級可對突發事件進行及時、有效地應對與處置。此外，也可部署調度系統，滿足跨區域和跨服務器的呼叫需求。如果存在模擬設備，可通過背靠背形式實現模擬設備和數字設備通信。

3.5 技術特點

數字無線對講系統因采用語音信號數字化及壓縮編碼技術，相比模擬系統有其獨特功能，如保密性強、頻率利用率高、通話質量高、語音和數據并存、調度管理易實現等。數字無線對講系統能夠更好地利用頻譜資源，與蜂窩數字技術相似，可以在1條指定的信道上裝載更多用戶，提高頻譜利用率，這是1種解決頻率擁擠的解決方案，具有長遠的意義[5]。

3.6 系統擴展性

系統具有優秀的擴展性，在新增場所或覆蓋不足的情況下，每1根饋線上方都可以快速增加耦合器分流出另1根饋線，連接室內天線后即可進行區域補充覆蓋，如果信號強度不足，也可快速地在饋線上增加雙向放大器進行信號放大。若通話組數量不足，則可在機房新增數字中繼臺，無縫接入原系統，擴容成更多信道的無線對講系統。系統中，每增加1套數字中繼臺，則會增加2組通話頻道。

4 結 論

在實施和部署以上整套語音通信系統及數字無線對講系統時，最困難的問題是數字無線對講系統與語音融合通信系統的集成和對接。由于2個系統是不同的語音技術范疇，因此在技術對接和功能實現方面需要進行大量的二次開發及兼容性測試。軟件研發和測試人員通過不懈的努力，最終達成了系統無縫對接，設備全兼容，功能符合設計要求，實現了融合技術獨創和系統軟硬件大集成的最終目標。