VCS3020S語音通信系統分析

張 宇

（山西空中交通管理分局，山西 太原 030031）

VCS3020S語音通信系統是由奧地利FREQUENTIS公司生產的。該系統為管制員提供了穩定、可靠、人性化的調度指揮平臺，滿足了區域控制中心日益增長的航管通信的需要，并且VCS3020S語音通信系統的結構設計可提供足夠的系統容量保證未來航管通信的需要，目前的系統可以經濟可靠的進行擴容和升級。文章對VCS3020S語音通信系統結構的特點進行分析，以進一步了解該系統的工作原理，了解未來綜合空中交通服務網絡中語音通信應用特點。

1 VCS3020S的體系結構

VCS3020S是基于兩個完全相同、并行工作的交換核心的全數字、無阻塞的語音通信系統。系統中的語音信號全部是用脈沖碼調制（PCM）實現的數字化信號，在交換核心中，話音和無線通信的數據信號使用時分多路（TDMA）協議在高速數據通道中傳輸。

核心系統包括兩個并行運行的交換器（系統A和系統B），語音、數據等相關信號（如PTT、SQUELCH）以同樣的優先級同時通過A、B交換器進行傳輸。在正常的工作狀態下，活動的交換信息在兩個系統中一直有效，為錯誤冗余提供保證。語音和數據通過雙通道通過核心系統，并行工作的核心系統提供了與熱備份相似的許多優點：①沒有主機——熱備份機之間的轉換時間；②呼叫和數據不會由于核心系統組件的失效而丟失；③無須激活備用組件就可以檢測其可用性（基于熱備份體系結構的系統須進行預防性維護）；④語音、數據的雙路傳輸提供信號傳輸的冗余性；⑤監視系統支持雙路子系統的LRU級檢測（line replaceable unit）。

HDLC數據耦合網和PCM/TDMA語音高速通路形成了VCS3020S語音通信系統的主干。一旦PCM/TDMA高速通路響應無線通信的話音和信號，HDLC網開始處理模塊之間的控制數據流以及語音交換與TMCS之間系統數據的傳送，此外，HDLC控制器還發送建立呼叫所必須的數據。

1.1 HDLC數據耦合網

數據耦合之間的通信基于HDLC協議。在VCS3020S體系結構中，所有的數據耦合器按層次分布形成一個樹狀結構。在分層的最頂端，主數據耦合器提供語音交換和TMCS之間的接口。備用數據耦合器在樹型結構的第二層，每一個耦合器提供與16個JIF板相連的接口，JIF板連接操作席位和接口單元。數據耦合器、JIF板和外圍設備形成通信樹，為語音通信系統各模塊和TMCS之間的控制數據流提供通路。由于語音交換的并行結構，系統A和系統B均有各自的HDLC網。兩個網自主運行，彼此獨立、沒有互連。

1.2 PCM/TDMA技術

數字交換系統可以直接處理、傳送與交換數字信息，抗干擾性強，易于分多路復用，便于加密，適于信號處理與控制。話音信號數字化的方法很多，其中，脈沖編碼調制（PCM）就是目前常采用的一種數字化方法。

在VCS3020S語音交換系統中，為提高傳輸速率和交換容量，常采用PCM30復用方式。對于PCM基群系統，國際標準中還有一種復用制式：24路幀結構。對于VCS3020S系統采用的30/32路制式，幀長為本25us，幀頻為8 kHZ，一幀包含32個時隙（TS0-TS31），而只傳送30路話音編碼信息。每時隙為8比特，占3.9us，顯然每幀共有256位碼，碼長為0.488us，其中TS1-TS15、TS17-TS31時隙依次傳遞第1~30路話音各自的8位編碼組，TS0的后7位傳遞接收端作路序標志用的幀同步碼（0011011），TS16傳遞各路控制標志信號與復幀同步碼,每路碼率為64 kb/s，復用碼流速率為2 048 kb/s。VCS3020S系統中還有一種稱為PCM64的高速交換主干，復用碼流速率為4 096 kb/s。

VCS3020S語音交換的主干基于兩條高速PCM音頻線路，分別用于系統A和系統B，采用ITU-T G.711建議的幀結構。每條PCM/TDMA高速通路包括并列的32路物理線路，可以直接接入32個JIF板。假如系統的JIF板超過32個，可以將兩個JIF板通過ISO板復用接入到一個物理線路，這樣VCS3020系列的最大容量為64個JIF板*32時隙/JIF板=2 048時隙，每一個時隙可以接一個單獨的語音源（例如：一個席位、無線通路或者一個電話）。

除了兩個核心系統外，以下重要的系統組件也是雙備份的：①系統時鐘；②處理電路板上的驅動線；③無線電接口；④接口控制總線；⑤每個接口的鈴聲產生器。

在VCS3020S系統中所有冗余組件都有專用的總線，語音和數據通道都是雙路的，這樣就可保證由于某一個組件故障引起該通道阻塞的情況下，故障影響范圍最小。

為了實現系統的數據和信號同步，VCS3020S系統的主時鐘作為中央同步參考點，主時鐘同步系統A和系統B的兩個副時鐘正常工作時，副時鐘1同步系統A；副時鐘2同步系統B；在副時鐘失效時，相應系統停止運行，但另一個系統不會中斷。假如主時鐘失效，其中一個副時鐘將接管其功能，此時由于不能保證A、B兩系統之間的同步，將關閉另一時鐘，并有計劃地關閉相應的系統，此時系統為單機狀態，沒有冗余。席位、無線電設備和電話均通過兩條2MBITS/S PCM30線路連接到核心系統，對應的接入板GPIFa和GPIFb互為備用的，雙路連接增強了線路和內部硬件接口的冗余度。正常工作時，GPIFa和b其中有一個處于熱備份狀態，假如主用失效了，備用GPIF轉為主用，轉換時間約為1 s。

通過分析該系統分布式體系結構的特點可見，為了實現空中交通管制所需的系統性能，VCS3020S采用了非常穩固的設計結構，在系統的體系結構上提供了極高的容錯性、可靠性和冗余性，模塊化的設計和熱插拔功能提供了極高的可維護性。例如在進行系統維護清潔時，利用系統分布式體系結構的特點，可以在保障系統正常工作的情況下進行維護。

1.2 患者分組及處理 將患者隨機分為低劑量組(n=21)和標準劑量組(n=19)，分別接受阿替普酶0.6 mg/kg(最大60 mg)、0.9 mg/kg(最大90 mg)靜脈溶栓治療。兩組患者年齡，性別，血壓，發病至溶栓時間，血小板計數、血糖、尿酸、血脂、超敏C反應蛋白、同型半胱氨酸、國際標準化比值、血漿纖維蛋白原水平，高血壓、糖尿病、既往腦梗死、房顫發病率，以及基線美國國立衛生研究院卒中量表(NIHSS)評分差異均無統計學意義，具有可比性(表1)。

2 軟件體系結構概述

VCS3020S系統軟件的體系結構提供了結構化功能組件的分解，將應用軟件和核心基礎軟件相隔離，可以更好地滿足用戶的需要。分層的軟件結構確保在系統將來發展過程中底層核心部件被保護。使用這種分層策略的語音交換系統在對安全和可靠性要求極高的空中交通管制的應用中提供了更好的發展和使用性能：①經過完善定義和論證提供可靠實時的分布式多處理器系統設計；②完善的部件和接口設計為質量和可靠性提供最大的保證。

2.1 分布式體系結構

VCS3020S的分布式思想基于內部互連處理部件陣列，每一個處理部件在整個系統中擔當特定的角色。ISO7層模型為所有處理器之間的內部通信提供了可靠的結構，形成了VCS3020S分布式體系結構的基礎。

ISO模型下面的5層提供系統級的通信基礎，為應用過程在系統中提供可靠的數據信息交換。這部分也負責創建內部過程狀態關系的完整性維護（如：操作員對通道、電話中繼線的選用狀態）和相關的內部通信鏈路。6~7的兩層用于應用軟件。

（1）Layer6-表示層。該模型的表示層提供系統數據通信下部構造（1~5層）和應用層（7層）之間的接口。該層實現的基本的呼叫處理功能是系統中無線和電話資源控制、通信等功能的基礎。

（2）Layer7-應用層。為完成事物操作和邏輯交互應用層提供了使用核心功能的途徑，完成用戶所需的操作功能。應用層提供電話號碼、頻率通道標識和系統中相關的物理硬件地址之間的轉換。在這個層次通過結構化途徑容易實現用戶的需求，不會與核心功能沖突。核心系統和用戶專用功能軟件之間的隔離性是系統質量、穩定性和完整性維護的關鍵。

2.2 通信底層結構的內部過程

軟件網絡層次結構中的1~5層提供操作功能控制信息端到端（過程到過程）的可靠通信。下面對每一層進行說明：

（1）layer1-物理層：物理層定義內部通信鏈路的硬件實現。在VCS3020S系統中物理層支持串行數據傳輸（如：RS485）和數字化語音信號傳輸（如：G703）。

（3）Layer3-網絡層：這一層完成終端進程的物理定位和系統中的通信路由功能。將第四層送來的消息路由到正確的目的地。

（4）Layer4-傳輸層：這一層實現端到端消息的路由，它獨立于網絡的拓撲結構。在VCS3020S中提供多任務庫（MULTI-LIB）。

（5）layer5-對話層：提供虛擬的處理過程之間端到端的連接。通過監視故障狀態維護會話層建立的鏈路完整性。VCS3020S在會話層完成控制數據交換、語音數據交換并提供觸摸屏和相應外圍席位處理器之間的鏈路。

這種體系策略作為VCS3020S分布式交換體系結構的基礎。從這個角度看，整個系統應包含所有自治的、松散耦合的異步處理器組成的陣列。通過標準消息交換進行內部通信來提供用戶所需的操作性能。

3 結束語

VCS3020S系統采用全分布式體系結構，是具有高度可靠性、容錯性和冗余性的完全無阻塞式的語音通信系統。在網絡應用上，FREQUENTIS VCS3020S語音通信系統支持歐洲空中交通管理局（EUROCONTROL）推薦的信令協議MFC-R2或MFC-NO.5的模擬線路的語音通信，VCS3020S語音通信系統的全數字化網絡性能使其成為了將來綜合空中交通服務網絡中語音通信的極具競爭力的解決方案。