VCS3020S语音通信系统分析

张 宇

（山西空中交通管理分局，山西 太原 030031）

VCS3020S语音通信系统是由奥地利FREQUENTIS公司生产的。该系统为管制员提供了稳定、可靠、人性化的调度指挥平台，满足了区域控制中心日益增长的航管通信的需要，并且VCS3020S语音通信系统的结构设计可提供足够的系统容量保证未来航管通信的需要，目前的系统可以经济可靠的进行扩容和升级。文章对VCS3020S语音通信系统结构的特点进行分析，以进一步了解该系统的工作原理，了解未来综合空中交通服务网络中语音通信应用特点。

1 VCS3020S的体系结构

VCS3020S是基于两个完全相同、并行工作的交换核心的全数字、无阻塞的语音通信系统。系统中的语音信号全部是用脉冲码调制（PCM）实现的数字化信号，在交换核心中，话音和无线通信的数据信号使用时分多路（TDMA）协议在高速数据通道中传输。

核心系统包括两个并行运行的交换器（系统A和系统B），语音、数据等相关信号（如PTT、SQUELCH）以同样的优先级同时通过A、B交换器进行传输。在正常的工作状态下，活动的交换信息在两个系统中一直有效，为错误冗余提供保证。语音和数据通过双通道通过核心系统，并行工作的核心系统提供了与热备份相似的许多优点：①没有主机——热备份机之间的转换时间；②呼叫和数据不会由于核心系统组件的失效而丢失；③无须激活备用组件就可以检测其可用性（基于热备份体系结构的系统须进行预防性维护）；④语音、数据的双路传输提供信号传输的冗余性；⑤监视系统支持双路子系统的LRU级检测（line replaceable unit）。

HDLC数据耦合网和PCM/TDMA语音高速通路形成了VCS3020S语音通信系统的主干。一旦PCM/TDMA高速通路响应无线通信的话音和信号，HDLC网开始处理模块之间的控制数据流以及语音交换与TMCS之间系统数据的传送，此外，HDLC控制器还发送建立呼叫所必须的数据。

1.1 HDLC数据耦合网

数据耦合之间的通信基于HDLC协议。在VCS3020S体系结构中，所有的数据耦合器按层次分布形成一个树状结构。在分层的最顶端，主数据耦合器提供语音交换和TMCS之间的接口。备用数据耦合器在树型结构的第二层，每一个耦合器提供与16个JIF板相连的接口，JIF板连接操作席位和接口单元。数据耦合器、JIF板和外围设备形成通信树，为语音通信系统各模块和TMCS之间的控制数据流提供通路。由于语音交换的并行结构，系统A和系统B均有各自的HDLC网。两个网自主运行，彼此独立、没有互连。

1.2 PCM/TDMA技术

数字交换系统可以直接处理、传送与交换数字信息，抗干扰性强，易于分多路复用，便于加密，适于信号处理与控制。话音信号数字化的方法很多，其中，脉冲编码调制（PCM）就是目前常采用的一种数字化方法。

在VCS3020S语音交换系统中，为提高传输速率和交换容量，常采用PCM30复用方式。对于PCM基群系统，国际标准中还有一种复用制式：24路帧结构。对于VCS3020S系统采用的30/32路制式，帧长为本25us，帧频为8 kHZ，一帧包含32个时隙（TS0-TS31），而只传送30路话音编码信息。每时隙为8比特，占3.9us，显然每帧共有256位码，码长为0.488us，其中TS1-TS15、TS17-TS31时隙依次传递第1~30路话音各自的8位编码组，TS0的后7位传递接收端作路序标志用的帧同步码（0011011），TS16传递各路控制标志信号与复帧同步码,每路码率为64 kb/s，复用码流速率为2 048 kb/s。VCS3020S系统中还有一种称为PCM64的高速交换主干，复用码流速率为4 096 kb/s。

VCS3020S语音交换的主干基于两条高速PCM音频线路，分别用于系统A和系统B，采用ITU-T G.711建议的帧结构。每条PCM/TDMA高速通路包括并列的32路物理线路，可以直接接入32个JIF板。假如系统的JIF板超过32个，可以将两个JIF板通过ISO板复用接入到一个物理线路，这样VCS3020系列的最大容量为64个JIF板*32时隙/JIF板=2 048时隙，每一个时隙可以接一个单独的语音源（例如：一个席位、无线通路或者一个电话）。

除了两个核心系统外，以下重要的系统组件也是双备份的：①系统时钟；②处理电路板上的驱动线；③无线电接口；④接口控制总线；⑤每个接口的铃声产生器。

在VCS3020S系统中所有冗余组件都有专用的总线，语音和数据通道都是双路的，这样就可保证由于某一个组件故障引起该通道阻塞的情况下，故障影响范围最小。

为了实现系统的数据和信号同步，VCS3020S系统的主时钟作为中央同步参考点，主时钟同步系统A和系统B的两个副时钟正常工作时，副时钟1同步系统A；副时钟2同步系统B；在副时钟失效时，相应系统停止运行，但另一个系统不会中断。假如主时钟失效，其中一个副时钟将接管其功能，此时由于不能保证A、B两系统之间的同步，将关闭另一时钟，并有计划地关闭相应的系统，此时系统为单机状态，没有冗余。席位、无线电设备和电话均通过两条2MBITS/S PCM30线路连接到核心系统，对应的接入板GPIFa和GPIFb互为备用的，双路连接增强了线路和内部硬件接口的冗余度。正常工作时，GPIFa和b其中有一个处于热备份状态，假如主用失效了，备用GPIF转为主用，转换时间约为1 s。

通过分析该系统分布式体系结构的特点可见，为了实现空中交通管制所需的系统性能，VCS3020S采用了非常稳固的设计结构，在系统的体系结构上提供了极高的容错性、可靠性和冗余性，模块化的设计和热插拔功能提供了极高的可维护性。例如在进行系统维护清洁时，利用系统分布式体系结构的特点，可以在保障系统正常工作的情况下进行维护。

1.2 患者分组及处理 将患者随机分为低剂量组(n=21)和标准剂量组(n=19)，分别接受阿替普酶0.6 mg/kg(最大60 mg)、0.9 mg/kg(最大90 mg)静脉溶栓治疗。两组患者年龄，性别，血压，发病至溶栓时间，血小板计数、血糖、尿酸、血脂、超敏C反应蛋白、同型半胱氨酸、国际标准化比值、血浆纤维蛋白原水平，高血压、糖尿病、既往脑梗死、房颤发病率，以及基线美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分差异均无统计学意义，具有可比性(表1)。

2 软件体系结构概述

VCS3020S系统软件的体系结构提供了结构化功能组件的分解，将应用软件和核心基础软件相隔离，可以更好地满足用户的需要。分层的软件结构确保在系统将来发展过程中底层核心部件被保护。使用这种分层策略的语音交换系统在对安全和可靠性要求极高的空中交通管制的应用中提供了更好的发展和使用性能：①经过完善定义和论证提供可靠实时的分布式多处理器系统设计；②完善的部件和接口设计为质量和可靠性提供最大的保证。

2.1 分布式体系结构

VCS3020S的分布式思想基于内部互连处理部件阵列，每一个处理部件在整个系统中担当特定的角色。ISO7层模型为所有处理器之间的内部通信提供了可靠的结构，形成了VCS3020S分布式体系结构的基础。

ISO模型下面的5层提供系统级的通信基础，为应用过程在系统中提供可靠的数据信息交换。这部分也负责创建内部过程状态关系的完整性维护（如：操作员对通道、电话中继线的选用状态）和相关的内部通信链路。6~7的两层用于应用软件。

（1）Layer6-表示层。该模型的表示层提供系统数据通信下部构造（1~5层）和应用层（7层）之间的接口。该层实现的基本的呼叫处理功能是系统中无线和电话资源控制、通信等功能的基础。

（2）Layer7-应用层。为完成事物操作和逻辑交互应用层提供了使用核心功能的途径，完成用户所需的操作功能。应用层提供电话号码、频率通道标识和系统中相关的物理硬件地址之间的转换。在这个层次通过结构化途径容易实现用户的需求，不会与核心功能冲突。核心系统和用户专用功能软件之间的隔离性是系统质量、稳定性和完整性维护的关键。

2.2 通信底层结构的内部过程

软件网络层次结构中的1~5层提供操作功能控制信息端到端（过程到过程）的可靠通信。下面对每一层进行说明：

（1）layer1-物理层：物理层定义内部通信链路的硬件实现。在VCS3020S系统中物理层支持串行数据传输（如：RS485）和数字化语音信号传输（如：G703）。

（3）Layer3-网络层：这一层完成终端进程的物理定位和系统中的通信路由功能。将第四层送来的消息路由到正确的目的地。

（4）Layer4-传输层：这一层实现端到端消息的路由，它独立于网络的拓扑结构。在VCS3020S中提供多任务库（MULTI-LIB）。

（5）layer5-对话层：提供虚拟的处理过程之间端到端的连接。通过监视故障状态维护会话层建立的链路完整性。VCS3020S在会话层完成控制数据交换、语音数据交换并提供触摸屏和相应外围席位处理器之间的链路。

这种体系策略作为VCS3020S分布式交换体系结构的基础。从这个角度看，整个系统应包含所有自治的、松散耦合的异步处理器组成的阵列。通过标准消息交换进行内部通信来提供用户所需的操作性能。

3 结束语

VCS3020S系统采用全分布式体系结构，是具有高度可靠性、容错性和冗余性的完全无阻塞式的语音通信系统。在网络应用上，FREQUENTIS VCS3020S语音通信系统支持欧洲空中交通管理局（EUROCONTROL）推荐的信令协议MFC-R2或MFC-NO.5的模拟线路的语音通信，VCS3020S语音通信系统的全数字化网络性能使其成为了将来综合空中交通服务网络中语音通信的极具竞争力的解决方案。