基于NGN的礦用綜合業務調度通信系統

【摘要】針對推進我國三網合一以及完善煤礦通信系統的趨勢，分析了現代煤礦調度通信系統的業務需求，提出了一種基于下一代網絡技術的礦用綜合業務調度通信系統，并構建了一個有效的系統模型。基于TDM和IP的多網融合調度平臺，采用功能模塊化的開發模式，設計并實現了行政電話、調度電話和IP語音接入等語音功能模塊，為煤礦井上井下調度通信提供了一種可行方案。

【關鍵詞】NGN；三網合一；語音調度；IP接入

0.引言

隨著下一代NGN網絡技術不斷普及和完善，當前傳統的通信設備終將被淘汰。目前國際國內通信界已經停止了傳統電路交換設備新技術的研發。BT（英國電信）從2008年始不再更新電路交換設備。2010年元月21日國務院《關于印發國務院關于印發推進三網融合總體方案的通知》（國發[2010]5號文），我國已經從國家層面，以光纖傳輸的以太網為基礎，強力推動三網合一（電信網[電話]，廣播電視網[視頻]和互聯網[數據]）業務[1-2]。

2010年國家安全監管總局國家煤礦安監局發布關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”安監總煤裝的文件，按照《煤礦安全規程》在災變期能夠及時通知人員和實現與避險人員通話的要求，建設完善礦井通信聯絡系統。礦用調度通信系統是煤礦指揮生產不可缺少的重要現代化管理工具，調度指揮水平直接關系到整個企業的生產效率和經濟效益。隨著時代的進步，科學技術的發展，調度通信系統已經逐步從簡單的語音系統發展成為復雜的能夠傳輸語音、圖像和數據等各種信息的綜合業務數字通信網絡[3-5]。為了能及時、靈活、準確地調度指揮生產，適應將來發展的需要，根據現實情況及將來發展的要求，本文研究并設計了基于NGN的礦用綜合業務調度通信系統。

1.現代煤礦調度通信系統的需求分析

新的大中型煤炭企業，需要生產調度通訊系統具備更加靈活的組網功能及直通調度功能，提高管理效率。在礦難發生的第一時間保證通話不受外界破壞力影響，才能取得最大力度的救援支持。根據創建煤礦三網合一、完善煤礦六大系統的目標，總結出礦用綜合業務調度通信系統的業務需求[6-7]，描述如下：

（1）調度與應急指揮系統和監控監測系統高效聯動的需求

先進的多媒體調度與應急指揮系統應該能夠與“數字化礦井”的其他監測監控系統實現高效聯動，提高處理突發事件的效率和一體化科學管理的效率。這些系統主要是指煤礦安全監控系統、數字工業電視監控系統與其他監控監測系統，通過NGN網調度平臺可與整個系統有效融合，實現應急聯動功能。

（2）集生產通信調度與緊急救援于一體的需求

目前，大部分煤礦已經建設了瓦斯監控、通風檢測、人員定位、視頻監控、移動指揮等系統，實現了煤礦安全生產的基本應用。但由于各系統之間彼此獨立，不能綜合應用各種信息、進行統一的應急指揮調度。因此，一個高效的煤礦安全生產應急指揮調度系統應該能夠將已建的各種系統進行完好的融合，提高有效信息的利用率。井下應急系統能有效、及時地指揮組織救援工作，提高救援效率，充當媒體安全生產的“生命線”作用。事故發生后，時間就是生命，救護人員早一分鐘趕到現場，遇險者就多一分生存的希望。

（3）客戶多樣化的需求

信號傳輸和帶寬都是嚴重的限制。在當前網絡現代化的驅動，礦用綜合業務調度通信系統開創性的植入各種多媒體模塊，在新的電話服務中，全彩色、全動感的帶有白板能力的電視會議，傳真，視頻、數據報表、傳真、短信、電子郵件、語音信箱等現代化的多媒體業務。所有這些新性能帶來的，給煤礦通信帶來巨大的好處，可以用一種以前從來沒有經歷過的方式來方便地交換信息。

2.礦用綜合業務調度通信系統分析

礦用綜合業務調度通信系統是以煤礦“數字化礦井”整體建設構架為指導原則，完整意義上的實現煤礦安全生產的井上井下集有線通訊于一體，日常生產指揮調度和應急救援通訊于一體，用戶信息狀態顯示和位置信息顯示于一體，語音和視頻信息為一體，礦井綜合自動化測控系統和智能通訊系統聯動報警于一體的綜合解決方案。

該系統綜合了通訊領域的各種TDM、VoIP的先進技術，不但可以充分利用現有的煤礦內部或電信已建TDM網絡搭建指揮調度系統和行政辦公系統，而且可以依托煤礦已有的Intranet或Internet網絡，為煤礦構筑多業務一體化的通訊平臺[8]。礦用綜合業務調度通信系統既滿足當前各行業調度運行的需要，又充分兼顧了今后技術發展和調度通信信息綜合化的要求，可以有效節省煤礦的IT管理費用、提升煤礦形象、提高煤礦員工的工作效率。

礦用綜合業務調度通信系統支持完善的基本業務，并提供豐富的補充業務，可以最大程度的滿足煤礦用戶多樣的業務需求，量身定制更多更靈活的增值業務應用。

3.礦用綜合業務調度通信系統的模型構建與實現

礦用綜合業務調度通信系統是一個全新的、基于TDM和IP的多網融合調度平臺，包括行政電話、調度電話、IP語音接入幾個子系統。另外，系統需實現電話錄音、電話會議等功能。系統內所有的有線用戶均可以同一進行編號，便于生產調度和指揮。礦用綜合業務調度通信系統典型組網圖如圖1所示。

3.1 行政電話系統模塊

由運營商或者上級行政總機提供一條2M數字中繼作為礦內和外界進行呼入、呼出通話的通信線路，信令方式可以采用中國一號、或者中國七號信令作為呼叫控制信令。該2M數字中繼可接入到礦用綜合業務調度通信系統中，這樣和外線的呼入、呼出電話通過該2M數字中繼實現語音暢通。

呼叫方式為：礦方可以采用短號直呼方式、礦方與外界之間可以采用長號直呼方式，即直撥各自對方被叫的直線電話即可，這樣既保證了直線電話的快捷、便利的特點，又不影響對各礦內線電話的工作聯絡。

3.2 調度電話系統模塊

礦用綜合業務調度通信系統的調度電話系統模塊使用成熟高性能的CPU和DSP器件，并使用嵌入式實時操作系統和高效的算法，具有優異的性能。同時該模塊提供了最全面的接口、協議和業務的支持，具有最優異的組網能力和兼容性，并配套有全面的運營平臺，適合于各種規模的網絡建設。

調度電話系統模塊采用模塊化插板式設計，支持多種接口板卡，可以根據需求靈活的提供不同的功能，并可根據容量平滑擴容。系統可提供本地模擬用戶接入、本地模擬中繼接入、189智能調度臺接入、多媒體調度終端接入，也可以通過局域網或廣域網連接IP終端設備，或通過數字中繼接口連接企業和電信的PBX設備。特別的，可以通過PRA窄帶接口連接PHS基站下帶PHS移動終端。

在網絡側，調度電話系統模塊內置了接入網關和中繼網關的功能，并外置了網守設備。對于煤礦的異地分之機構，該系統可以分別布放在各地區（還可用于組建內部網絡）完成分支機構的互連，在小的臨時辦事處可以直接使用具有FXO接口的IAD布放辦公電話，各地統一撥號方案，方便煤礦應用并節省了長途話費的開支。

3.3 IP語音接入系統模塊

IP語音接入系統模塊的語音網關是基于全新硬件平臺和軟件平臺的高性能、高密度和強功能的VoIP網關系統，主要是定位于煤礦行業的VoIP組網方案應用，提供一種能夠滿足IP語音、模擬用戶接入、調度井下用戶等綜合語音業務的應用，來滿足煤礦多用戶接入的需要。礦用語音網關可基于工業以太網等網絡傳輸平臺傳輸IP語音包和SIP控制信令，系統具有組網靈活，擴容方便等優點，可和任何型號的調度交換機進行連接[9]。

由于煤礦的三網合一要求，在井下IP接入網關出現網絡或設備故障時，（下轉封三）（上接第173頁）自動切換至傳統的PSTN線路，并且號碼要保持一致，不影響功能使用。本礦用綜合業務調度通信系統具有網絡側和電路側倒換裝置的功能，當日常使用的網絡側電話由于網絡端的原因（如：網絡丟包率過高、網絡斷線、網關失電等）出現故障時，系統會自動切換至電路側進行工作。但是，當前正在通話的該通電話會發生中斷。也就是說，通話過程中，如果網關出現故障，能自動切換至電路側的逃生功能，但該次通話是會中斷的，必須重新撥號。IP語音接入系統模塊組網示意圖如圖2所示。

另外，該IP語音接入模塊還可用于井上某礦的各礦井間隔距離較遠、但又具備光纖網絡的狀況。由于不方便鋪設電纜，采用基于光纖以太網平臺，通過架設若干臺IP語音接入模塊的方式，實現對遠端用戶線的語音接入，是對該礦在這種客觀狀況下實現話音通信的較為理想的方式。

3.4 錄音系統模塊

在鋼鐵、電力、煤炭調度，公安監聽，防汛報警，金融行業等較特殊的領域，對語音工作的發生過程都需要有準確可靠的記錄，特別是關鍵崗位、關鍵時間的實時語音通信都要求必須進行錄音操作。隨著社會技術的進步，這些領域自身對可靠的語音處理效果的追求，使得對老式錄音設備的社會適應性出了有力的挑戰。

本礦用綜合業務調度通信系統的錄音系統以高穩定性語音處理芯片為硬件平臺，采用DSP及計算機網絡處理技術，單機可監控多路電話并行工作，自動化程度高，信息存儲量大，效率高，節約成本，并且錄音信息可轉貯在以太網絡的任意存儲介質中。

3.5 會議系統模塊

煤礦領導下達行政命令、指揮生產調度、搶險救災等都離不開會議系統裝置，近年來隨著我國國力的大大增強以及現代信息處理技術的飛速發展，各企事業單位等對辦公現代化的要求也越來越高，會議系統的配置越來越專業，功能也越來越強大。

本礦用綜合業務調度通信系統的會議系統模塊內置于調度主機系統中，可通過話機或調度臺進行會場的預設，或者召開臨時會場。在會議召開前或進行中，可以隨時把需要加入會場的內、外線用戶或中繼拉進當前會場，同時可以對會場中成員進行動態的主講、聽眾身份的切換。采用集成在調度主機內部的會議系統，穩定可靠，不受外界環境的影響，尤其不受基于IP網絡會議系統的網絡環境的影響，完全可以保障系統的正常運行。圖3為礦用綜合業務調度通信系統的圖形用戶界面。

4.礦用綜合業務調度通信系統的功能優勢

4.1 分布式部署，實現應急聯動

（NGN）環網多媒體調度與應急指揮系統采用的是分布式架構，分布在不同區域和省市的相關人員，都可通過網絡和（NGN）環網調度臺軟件進行調度管理、通話、調度管理。

4.2 強大的指揮調度功能

支持點對點、點對多點、越級指揮、多調度臺分組協同指揮、插入、廣播、會議等指揮調度模式，專用錄音錄像服務器，以及一鍵直通、強插、強拆及調看調聽等調度業務功能，方便不同指揮調度關系的上傳下達。

4.3 IP接入

IP接入語音網關局端設備是若干臺設備在語音接入設備的匯聚，實現礦井所有語音的交換和匯總，并完成和調度總機的互連互通。結合煤礦通信系統對語音調度的需求，IP接入技術有如下功能優勢：

（1）通信傳輸網絡工業以太網出現網絡故障后，通訊系統可從IP網絡自動轉為PSTN網，待網絡故障處理后，可以轉回到IP網絡。

（2）井下網關送電的初始化時間內，可在1分鐘之內不出現“通訊盲區”，此時，通信網絡應為PSTN網絡，當網關正常后，自動轉為以太網。

（3）多部電話同時呼叫調度總臺，調度總臺能根據優先級自主選擇接聽用戶，并能保留多方通話，用戶與調度臺之間通話私密，互不干擾。

（4）利用本安網關通訊的電話機，撥號或者通話允許有2秒的延遲現象。

4.4 組網優勢

基于（NGN）環網的多媒體調度與應急指揮系統與傳統數調系統的組網相比具有如下優點：三網合一、無距離限制、方便擴容；操作簡單、支持二次開發、雙機熱備。

對比之下，PSTN調度系統具有布線維護復雜、傳輸距離短、組網困難；操作繁瑣、無法雙機熱備、無法快速聯動等弱點。

4.5 功能強大的應急系統功能

（1）PTT一鍵式對講：支持PTT對講功能，操作人員只需要按下終端PTT鍵即可快速發起組呼，及時傳遞必要信息；

（2）救生引導：在出現突發事件時，可直接播放應急預案中設置好的預案語音文件，實現突發事件的快速引導，且可與現行報警系統對接，實現報警聯動廣播功能；

（3）應急預案：調度系統可以和應急預案系統進行對接，當緊急情況發生時，系統可以自動按照預案設置進行應急調度操作，無需人工干預，極大提高應急響應速度；

（4）通話錄音：實時錄音系統，記錄整個應急作業過程中的任務下達、信息收集，以及處理過程中的一言一行，既是寶貴的經驗資料又為日后的排查提供證據；

（5）雙機熱備：調度終端可實現在注冊到中心（NGN）環網調度機的同時也注冊到提供設備的服務器、調度機或者（NGN）環網-PBX，在最大程度上保證井上和井下的通信暢通；

（6）緊急呼叫：系統具備預占優先呼叫能力，在緊急情況發生時，能拆除其他不重要呼叫資源來保障緊急呼叫的線路，最大程度保障應急通訊暢通；

（7）視頻調度功能：通過可視化終端，調度員可以監控現場圖像。視頻監控終端還可以和語音設備進行聯動，可進行同步的語音視頻通話。

4.6 完善的維護管理功能

（1）礦用綜合業務調度通信系統后臺管理示意圖如圖4所示，采用中文窗口設計，實時狀態顯示，使得維護操作及管理人員可以及時了解系統狀態，直觀簡明地完成所有系統維護管理操作；

（2）完善的監控、監測系統，可憑最直觀的圖像隨時給予維護人員最實時的設備狀況；

（3）完成本地數據的設置、上傳、下載、備份；

（4）基于WEB的近端/遠程集中網管、數據設置、傳輸；

（5）基于WEB的近端/遠程集中網管、狀態監控、故障定位。

圖4 礦用綜合業務調度通信系統后臺管理示意圖

5.結語

三網合一融入煤礦通信系統是現代煤礦的發展趨勢。本文提出了基于NGN的礦用綜合業務調度通信系統，根據現代煤礦調度通信系統的需求分析，構建了一個功能完善的系統模型。該系統的行政電話、調度電話和IP語音接入等功能模塊具有良好的功能優勢，能夠滿足現代煤礦安全生產中的調度通信業務需要，為煤礦井上井下調度通信提供了一種可行方案。

參考文獻

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基金項目：國家自然科學基金資助項目（項目編號：50904070，51274202）；中國博士后基金資助項目（項目編號：20100471412）；中央高校基本科研業務費專項基金資助項目（項目編號：2010QNA48）；江蘇省青藍工程；國家大學生創新性實驗計劃資助項目（項目編號：121029031）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）資助項目 （項目編號：2012AA062103）。

作者簡介：張鵬（1982—），男，江蘇常州人，學士，中國礦業大學信息與電氣工程學院研究生在讀，工程師，中煤科工集團常州研究院有限公司檢測中心監控所副所長，從事監控產品檢測檢驗工作，發表論文多篇。