钢铁行业基于IP的语音融合通信系统及数字无线对讲系统

郝 怿

（广西柳钢东信科技公司，广西 柳州 545002）

1 技术需求分析

钢铁行业对于语音通信提出日益丰富的功能需求，为了满足业务应用多种通信手段的融合需要，充分利用新一代的网络设施，构建1个可视化、网络化以及智能化的融合通信系统。经分析，语音通信系统应包含以下功能需求。

（1）系统基于下一代网络（Next Generation Netwrok，NGN）-IP网络架构，以IP网络为基础、软交换为核心的工业语音系统符合现在钢铁行业集控中心的建设标准，适用于应急指挥调度。（2）融合通信系统是以软交换服务器为核心架构，涵盖调度服务、录音服务、联动服务等应用服务器，各业务模块接入相对应网关，如模拟电话接入模拟电话网关，工业有线对讲接入数字对讲网关，广播接入广播网关。各服务器与各种网关通过IP网络连接，可以与视频、数据、办公自动化系统（Office Automation，OA）等共享网络资源。（3）在全厂范围统一规划建设融合通信系统，搭建相关服务器，各分厂（或后续扩建项目）根据实际的业务需求，通过相对应的网关接入全厂融合通信系统，减少重复建设及投资。（4）融合通信系统可以包含企业行政电话、工业调度电话、工业有线对讲、数字无线对讲、工业自动广播等系统，要求各个子系统之间能够实现统一调度、互联互通。（5）融合通信系统应有接口与生产系统、报警系统等对接，实现联动广播等功能。（6）可以实现对融合通信系统下各种终端设备的调度管理操作，包括呼叫（点呼、广播呼叫、选呼、顺序呼叫、续呼）、代答、转接、排队、强插、保持、强拆、强挂、监听、群答、应答、回呼、应急会议、紧急呼叫、夜间服务等功能。（7）系统内通话可以进行录音，录音可设置权限进行查询。（8）全厂所有的行政电话与调度电话合并为1个系统，语音终端实行一机双号，大号与市话可直接互通，小号进行本厂调度，各分厂所有语音通信终端通过国际标准会话初始协议（Session Initiation Protocol，SIP）在DX-Any综合通信系统核心软交换上实现注册。当各厂与核心软交换网络故障时，不影响各分厂内部的通信。系统内部通信可拨打小号，不产生通话费用。（9）与集团其他基地可通过专网采用SIP中继的方式进行组网，实现集团内小号通话，不产生通话费用。（10）在生产节奏快、生产环境腐蚀大的区域配置工业有线对讲。工业有线对讲通过双线制综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）信号进行通信，终端统一68 V集中直流供电，能够快速直呼，从拨号到接通的时间在500 ms以内。

2 融合通信系统设计

为满足上述需求，可以在厂区内建设1套融合通信系统与1套数字无线对讲系统，2者之间通过IP网络实现互联互通。融合通信系统基于以IP网络为基础、软交换为核心的工业语音系统，符合现在钢铁行业集控中心的建设标准，是适用于钢铁行业应急指挥调度的系统平台。

2.1 技术架构特点

（1）基于集成视频、语音和数据业务的新型承载网络技术，与IP网络相融合，方便实现各类业务的合并协作与集中管理；（2）融合现有各类通信方式，整合使用界面、配置管理、用户管理，使用更加简便；（3）统一标准的设备、业务系统接口和二次开发接口，维护更便利，更容易扩展未来业务；（4）节省用户的重复投资，降低整体使用成本；（5）实现企业各生产工艺区域的通信集中、操作指挥远程化，促进工艺系统的深度融合，通过一体化的融合通信平台来规范标准，强化交流协作，提高生产指挥效率；（6）升级企业行政电话、调度电话系统，实现调度用户和行政用户二网合一；（7）在实现全厂调度通信的同时，以调度IP软交换为核心，实现工业对讲系统、流程广播、无线手持系统的接入，实现多网融合、互联互通。

该系统依托企业已有的IP网络资源，可以与视频、数据网、办公自动化（Office Automation，OA）网共享网络资源（需采用虚拟局域网的方式），也可以独立组建网络，将整个企业的工业有线调度、工业有线对讲、数字无线对讲、行政自动办公电话、工业视频监控、工业广播等系统有机融合起来，组成完善的生产、能源调度系统，满足集中管控、扁平管理、全平台、多终端融合指挥调度的通信需求，实现全厂所有语音终端统一编码、统一使用、统一管理。

2.2 技术架构组成

系统核心包含软交换主机、调度服务器、录音服务器以及联动服务器。软交换主机具有双冗余、高可靠性和强稳定性，核心处理部件、核心电源系统部件、核心通信板部件、核心资源系统部件等关键部件必须采用在线热冗余，并且支持在线热插拔功能。在主备部件切换时，对业务不应产生影响。此外，软交换主机采用双中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、双电源冗余备份，可实现全厂行政电话、调度电话、工业有线对讲以及自动广播系统的接入，与无线对讲系统进行对接实现互联互通。系统采用分布式架构，对于新增分厂或生产线，只需在生产线附近新增对应网关设备即可。

2.3 办公行政管理电话融合

2.3.1 融合要求

融合通信系统平台还需要考虑将现有的行政管理电话接入到融合通信系统平台，接入后应满足以下要求：（1）一机双号，内部小号拨，不产生通信费用；（2）在电力供应中断4 h以内，保证电话业务正常；（3）外线传输全断后，厂区固话内线仍能通话；（4）实现选择性号码录音功能；（5）呼叫特种业务或长途电话功能；（6）可选择性限制呼叫，可实现自动话务分配，自动路由选择；（7）具备灵活的编号功能以及集中语音信箱、集中计费、集中话务台等功能；（8）拨号可实现全网全透明，话机可设置呼出限制、呼叫等待、热线服务、转移呼叫、免打扰、遇忙回叫等。

2.3.2 行政电话的接口互连

行政电话系统可以通过多种接口与公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN）或其他公司内部使用的电话业务网络（Private Branch Exchange，PBX）互连，互连方式包括（E1）数字中继接口、外部交换局（Foreign Exchange Office，FXO）模拟环路中继或SIP中继等。其中，（E1）数字中继接口可以支持Q.SIG信令、ISDN-PRI信令、（R2）中国一号信令、NO.7信令。与集团其他异地分支机构，可通过专网采用SIP中继的方式进行组网，实现集团内小号通话，不产生通话费用。

2.3.3 融合改造方式

采用融合通信系统加模拟电话网关的方式进行改造。厂区内行政电话通过模拟电话网关接入到融合通信系统，可以与调度电话共用网关。模拟电话的网关与融合通信系统平台直接通过网络连接。本系统由模拟电话网关、模拟电话机（或IP电话机）、总配线架等组成，由融合通信系统提供语音服务。

2.4 工业调度电话融合

在企业的工业生产调度岗位也要考虑设计调度电话，以满足调度人员及时掌握生产情况、组织和协调生产作业计划、迅速进行生产指挥以及召开生产调度电话会议等需要。调度电话通过模拟网关接入到融合通信系统与生产管控中心，通过配置调度电话服务器实现工业调度电话功能。工业调度电话系统与行政电话系统采用综合配线的方式[1]。

2.4.1 工业调度电话需求分析

（1）调度电话（调度台级别）与行政电话实现互拨；（2）通过录音服务器，实现对指定或全部语音电话的录音，同时支持200线以上的录音，包括办公行政电话、工业调度电话；（3）会议功能，可同时召开7个以上（或不少于10个）会议，每1个会议不少于32方；（4）调度台能对级别低的电话实行强插、强拆操作；（5）调度电话分组，组间用户可以交叉；（6）摘机通话（立即热线），如果设定的被叫正在通话，拆掉正在通话的电话，建立本机跟被叫的通话（强拆）；（7）包括呼叫、转接、排队、代答、保持、强插、强拆、强挂、监听、应答、群答、回呼、紧急呼叫、应急会议、夜服等调度管理功能；（8）包括群呼、会议呼叫、广播、踢出成员、添加成员、隔离/解除隔离、禁言/解除禁言、点名、轮询等群组管理功能；（9）实时状态监控，能够通过图标颜色和文字实时指示出用户状态，包括未预约、未知、故障、禁止通话、空闲、呼入、呼出、通话等多种状态及通话号码；（10）应急指挥台呼叫记录查询、录音回放；（11）支持分级调度、多坐席主备调度、协同调度功能；（12）支持应急指挥台故障时通过话机实现基本调度功能；（13）支持一键选择发起会议、会话、强拆、监听、强插等调度指令；（14）支持在突发紧急情况下调度员调用预先设置好的预案，触发紧急流程后，自动实现一键会议、一键传真、一键广播等方式的联动；（15）支持灵活的分组和管理，可以根据企业内部人员架构或事件关联到员工，在调度台上对员工进行分组，建立固定员工组和临时员工组，随时选择对应的分组搜索用户、发起会议等；（16）支持各级协同统一调度，权限分配及管理可支持上下级调度平台，并可指定调度台的等级及可调度用户，调度台之间可以相互协同工作，满足分级别、多级调度中心的协同指挥，统一调度的需求；（17）支持电话号码与监控摄像头绑定，实现语音视频联动一体化调度。

2.4.2 工业调度电话融合架构

工业调度电话由调度键盘、模拟电话网关、模拟电话机（或IP电话机）以及总配线架等设备组成，统一接入融合通信系统平台，由融合通信系统提供语音及调度服务。接入融合通信系统不仅可以实现调度电话与行政电话的通信，还可以节省1套调度系统，降低系统负责度，实现1套平台统一管理所有语音业务。

2.5 工业有线对讲融合

在生产现场还需要设计工业有线对讲系统，以满足生产操作人员在工业现场高效、快速下达指令的需要。工业有线对讲通过对讲网关接入到融合通信系统，实现对讲功能，可以与调度系统、自动广播系统以及无线对讲系统实现互联互通[2]。

2.5.1 工业有线对讲特点

（1）基于IP的网络架构，采用高效的软交换技术；（2）用户线路采用数字编码，抗干扰能力强、音质清晰、传输距离远；（3）可以实现单呼、组呼、拨号呼叫；（4）可以进行广播呼叫、双工会议；（5）能够实现强插，设置8个优先级，高级别用户可以插入低级别用户的通话；（6）呼叫记忆，用户话站记忆最后一次呼入的用户；（7）示忙，用户话站在通话时，向有互联关系的用户示忙。

2.5.2 工业有线对讲融合架构

工业有线对讲融合架构由对讲网关、电源、对讲终端以及总配线架等组成，系统由融合通信系统提供语音及调度服务。对讲网关负责将有线对讲的通信数据与融合通信系统进行对接，实现有线对讲的语音可以传输到调度系统或广播系统中，还可以实现有线对讲和无线对讲的互通。

2.6 自动广播系统融合

在生产现场设计自动广播系统，根据工艺流程，自动生产流程语音、报警语音和提示语音，通过广播域播放出去，达到通知或者警示现场操作人员的目的。

自动广播系统由自动广播服务器、自动广播接入网关、功放和扬声器等设备组成。广播服务器用于与可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系统和软交换服务器通信。广播服务器根据PLC指令，与软交换服务器通信，将指定的生产语音流程指令传送至现场单个或多个IP广播接入网关进行广播。在已安装工业对讲的区域，由有线对讲扬声器直接播放自动广播语音。

3 数字无线对讲系统设计

3.1 无线对讲系统简介

无线对讲系统具有终端设备使用灵活、用户操作简便、通话语音传递快捷、使用成本低等特点，是实现工业生产调度自动化和管理现代化的基础手段。

由于企业内部建筑结构复杂及各种电子设备的影响，可能会造成无线对讲机信号无法到达企业内各个区域，尤其是消防通道、地下室、电梯等区域。建设无线对讲系统对于调度、安保、施工、工业等部门的各项管理工作将带来极大便利，可快速、高效处理各种突发应急事件，最大可能地减少事件造成的损失。尤其是突发紧急事件时，1套覆盖整个企业生产办公区域的无线对讲系统可以实现无处不通、一呼百应，能够快速组织调度人员进行逃生、抢险、救援等工作，有效实施应急预案。

3.2 数字无线对讲系统

采用数字无线对讲系统基站异频中转技术扩大对讲机的通信范围，当对讲机之间由于距离较远或建筑物阻挡而无法实现通信时，基站可将对讲机信号进行异频中转，然后通过室内天线分布系统将信号发送出去，由此扩大了对讲机之间的通信距离。采用基站后，将克服建筑结构和环境对无线信号造成的阻挡与屏蔽，使信号能从地上楼层穿透到地下楼层，起到接力通信的作用，达到楼宇内通信无盲区[3]。

3.3 数字无线中继台

通过数字无线中继台的建设，可以在厂区范围内实现无线电频段覆盖，在中继覆盖范围内任意时间、任意地点实现实时数字对讲通话，并且借助无线中继台可实现中继台IP互联、指挥调度、厂区内部电话互联等业务。其中，数字手持对讲机独创性地实现了电话互拨功能，极大扩展了手持对接机的通话范围与通话对象[4]。

3.4 功能优势

能够满足企业的管理和控制，进行日常值班、监控、应急指挥等。在发生突发事件时，及时上报相关信息，上级可对突发事件进行及时、有效地应对与处置。此外，也可部署调度系统，满足跨区域和跨服务器的呼叫需求。如果存在模拟设备，可通过背靠背形式实现模拟设备和数字设备通信。

3.5 技术特点

数字无线对讲系统因采用语音信号数字化及压缩编码技术，相比模拟系统有其独特功能，如保密性强、频率利用率高、通话质量高、语音和数据并存、调度管理易实现等。数字无线对讲系统能够更好地利用频谱资源，与蜂窝数字技术相似，可以在1条指定的信道上装载更多用户，提高频谱利用率，这是1种解决频率拥挤的解决方案，具有长远的意义[5]。

3.6 系统扩展性

系统具有优秀的扩展性，在新增场所或覆盖不足的情况下，每1根馈线上方都可以快速增加耦合器分流出另1根馈线，连接室内天线后即可进行区域补充覆盖，如果信号强度不足，也可快速地在馈线上增加双向放大器进行信号放大。若通话组数量不足，则可在机房新增数字中继台，无缝接入原系统，扩容成更多信道的无线对讲系统。系统中，每增加1套数字中继台，则会增加2组通话频道。

4 结 论

在实施和部署以上整套语音通信系统及数字无线对讲系统时，最困难的问题是数字无线对讲系统与语音融合通信系统的集成和对接。由于2个系统是不同的语音技术范畴，因此在技术对接和功能实现方面需要进行大量的二次开发及兼容性测试。软件研发和测试人员通过不懈的努力，最终达成了系统无缝对接，设备全兼容，功能符合设计要求，实现了融合技术独创和系统软硬件大集成的最终目标。