（材料物理与化学专业论文）消防广播远程控制系统的研究及消防电话的系统集成.pdf

电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 摘要 学科专业：材料物理与化学 论文题目：消防广播远程控制系统的研究及消防电话的系统集成 硕士生：孟帅 导师：黄晓革副教授 目前，随着城市高度密集化的发展，各种火灾隐患，防火安全成为许多 单位需要重点注意的问题。火灾一旦发生，不仅会给物资财产带来巨大的损失， 对里面的人员也会造成巨大的危险。此次适逢电子科技大学消防系统改造，我参 与其中并负责了消防广播及消防电话部分。由于现有的消防广播及消防电话系统 是以一栋楼为单位，而每栋楼之间不能互通信息，与学校的消防报警中心也没有 电话专线相连，倘若一旦火灾发生，便给消防报警中心快速的进行全局监控与人 员疏散带来巨大的困难。所以若能把各栋楼的消防广播和消防电话与消防报警中 心相连，使得现场情况可快速报告给报警中心，报警中心便能及时通过消防广播 对火警地点进行人员疏散，并最大限度地减少人员伤亡和财产损失。本文的研究 工作正是从这里入手。 论文研发工作以消防广播的设计与安装为重心，同时进行消防电话的系统集 成，并以电子科技大学的消防报警系统为实践对象。先进行方案设计，以学校消 防报警中心作为主控中心，所监控的六栋大楼：电工学院、主楼、图书馆、科研 楼、一二教作为分控中心，之间通过以太网络进行连接；然后再实验制作，以 d i g i g r a m 公司的n c x 卡作为音频数据和控制信号的转换工具，把计算机所发出 的音频流和控制信号传递给各分控中心的控制设备，控制各层楼的广播输出，再 把成都迈普公司的v 9 8 0 0 i p 语音电话和北京豪沃尔公司的o t 3 1 0 0 型消防电话进 行系统集成；最后进行设备的安装调试，由于是替换以前的设备进行改造，所以 要考虑如何最大限度的利用现有的机柜空间，并且把自己所做的自动控制设备与 以前的手动控制设备相连接，以实现用自动控制取代手动控制。实际测试结果表 明，该套系统能够通过专用以太网络，让六栋大楼与报警中心相连接，使得大楼 的各个楼层能直接与报警中心互相通过专用电话相联系，同时报警中心也可以直 接通过麦克风向各个楼层进行广播。 关键词：消防广播、消防电话、远程控制 电子科技大学微屯子与固体电子学院硕士论文 a b s t r a c t c i t i e sa r em o r ed e n s e l yn o w , s oe v e r yk i n do ff i r eh i d d e nt r o u b l ei sm o r e d a n g e r o u sa n df i r ep r o t e c t i o nb e c o m e sv e r yi m p o r t a n ti nt h ec o r p o r a t i o n s o n c ef i r e h a sb e e nt a k e np l a c e ，i tn o to n l yd a m a g e sp r o d u c t sa n db e l o n g i n g sb u ta l s oi m p e r i l p e o p l e s l i v e s t h a ta r et h e r e w i t hu e s t c sf i r e p r o t e c t i o ns y s t e mr e b u i l d i n g ，i p a r t i c i p a t e d i nt h i si t e ma n d1 c h a r g e dt h ep a r tf i r ep r o t e c t i o nb r o a d c a s t i n ga n df i r e p r o t e c t i o nt e l e p h o n e a sar e s u l to ff i r ep r o t e c t i o nb r o a d c a s t i n ga n df i r ep r o t e c t i o n t e l e p h o n es y s t e mi ne x i s t e n c ea r et a k eas t o r i e db u i l d i n ga su n i t ，i n f o r m a t i o nc a n t c o m m u n i c a t ea m o n gt h eb u i l d i n g sa n ds c h o o l sf i r ea l a r m i n gc e n t e rh a s h tc o n t a c t e d w i t hf i r e p r o t e c t i o nt e l e p h o n e a n dw h e nf i r eh a p p e n e d ，f i r ea l a r m i n g c e n t e ri s d i f f i c u l tt o s u r v e yc i r c s a n de v a c u a t ep e o p l e t h e r e f o r e ，o nc o n d i t i o nt h a te v e r y b u i l d i n g sf i r ep r o t e c t i o nb r o a d c a s t i n ga n df i r ep r o t e c t i o nt e l e p h o n ea r ej o i n e dw i t h f i r ea l a r m i n gc e n t e r , f i r ea l a r m i n gc e n t e rc a nr e c e i v ec i r c so nt h es p o ta ss o o na s p o s s i b l ea n d e v a c u a t ep e o p l e b yr i g h to f f i r ep r o t e c t i o nb r o a d c a s t i n g t h i sd i s s e r t a t i o n i ss t u d ya b o u ta b o v e p r o b l e m s t h es t u d yw o r kw i t he m p h a s i so nf i r e p r o t e c t i o nb r o a d c a s t i n g sd e s i g na n d f i x i n gc a r r yt h r o u g hs y s t e mi n t e g r a t i o no f f i r ep r o t e c t i o nt e l e p h o n ea tt h es a m et i m e a n dt a k eu e s t c sf i r ep r o t e c t i o ns y s t e ma sp r a c t i c eo b j e c t f i r s t l y , d e s i g np r o j e c t s c h o o l sf i r ea l a r m i n gc e n t e ri sp r i m a r yc o n t r o l l i n gc e n t e rt h a ts u r v e ys i xb u i l d i n g s w h i c ha r es c h o o lo fe l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g ，p r i m a r yb u i l d i n g ，l i b r a r y ，s c i e n t i f i c r e s e a r c hb u i l d i n g ，f i r s ta n dt w ob u i l d i n g ，s u b o r d i n a t ec o n t r o l l i n gc e n t e r t h e ya r e c o n e e m e dw i t he t h e m e t s e c o n d l y , d oe x p e r i m e n t d i g i g r a mc o r p o r a t i o n s n c x w h i c hi s f r e q u e n c yd a t aa n dc o n t r o l l i n g i n f o r m a t i o n sc o n v e r s i o nd e v i c et r a n s f e r c o m p u t e ro u t p u t t i n gf r e q u e n c yc u r r e n ta n dc o n t r o l l i n gi n f o r m a t i o nt o s u b o r d i n a t e c o n t r o l l i n gc e n t e r , c o n t r o l e a c hf l o o rb r o a d c a s t i n g so u t p u t t i n g t h i r d l y , i n t e g r a t e s y s t e mo f c h e n g t u m a i p u s v 9 8 0 0 i p p h o n e t i c t e l e p h o n e a n d b e i j i n g h o w e r s g t 3 1 0 0 f i r ep r o t e c t i o nt e l e p h o n e l a s t l y ，i n s t a l la n dd e b u gd e v i c e i nv i r t u eo fr e b u i l dt h e d e v i c e ，m a k ef u l l u s eo fr e s i d u a r yr o o m ，a n dl i n e da u t o m a t i s mc o n t r o l l i n gd e v i c e m a d em y s e l ft of o r m e rm a n u a lc o n t r o l l i n gd e v i c e p r a c t i c a lt e s t i n gr e s u l ti n d i c a t e d t h es y s t e mc a nb yr i g h to f s p e c i a le t h e m e tl i n i n gs i xb u i l d i n g s t of i r ea l a r m i n gc e n t e r , a n de a c hf l o o ro ft h es i xb u i l d i n g sc a na s s o c i a t ew i t hf i r ea l a r m i n gc e n t e r , a n df i r e a l a r m i n gc e n t e rc a nb yr i g h to fm i c r o p h o n e t ob r o a d c a s te a c hf l o o ra tt h es a m _ et i m e t k e y w o r d s ：f i r ep r o t e c t i o nb r o a d c a s t i n g ，f i r ep r o t e c t i o nt e l e p h o n e ，r e m o t e c o n t r o l i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名导师签名： 日期：年月 日 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 1 ，1 引言 第一章绪论 随着城市高度密集化的发展，存在各种火灾隐患。当火灾发生后，早一刻知 道险情，便能够早一分采取措施，从而大大的减少损失。如果在火灾发生后，火 灾现场能立即与消防报警中心取 、得联系，报知详细情况，使得报警中心能够在第一时间做出反应，同时能够 对现场所困人员进行引导疏散，便能大大的减少物资损失与人员伤亡。虽然传统 的消防报警设备能够在定程度上能满足以上的消防需要，但却是以每栋楼为单 位，栋楼失火后，只能与本楼的分控中心联系，然后再由本栋的分控中心通过 市话与主控中心联系，这样即耽误时间，而且由于主控中心与分控中心不是消防 专线联系，因此大大的降低了系统的可靠性。另外，由于消防广播也只能通过分 控中心进行广播，这就使得真正需要通过消防广播进行全局调度与人员疏散的主 控中心不能够使用消防广播。因此对于含有多栋大楼的地区，例如学校、住宅小 区等，需要对多栋大楼的消防安全进行统一监控，这样就必须改造原有的消防广 播与消防电话，才能够适应新的要求。这次对于电子科技大学消防系统的全面改 造，就是要把以前分散开的各栋楼的消防安全监控的分控中心，通过新铺设的消 防专用以太网络，统一连接到消防报警主控中心。通过这条消防专用网络，主控 中心就能十分方便的对各个大楼的各个楼层进行电话联络与广播指挥。 以上消防报警系统中数字化的传输方式在信号传输、信号回馈、实时控制、 信号质量方面有着原来模拟设备不可比拟的巨大优势，并且数字系统构建过程中 大大减低了施工量，优化了系统布线。作为科研工作者我们应当紧跟国际潮流， 去接受数字系统这种新的理念，掌握它、使用它，从实践的角度来感受数字化带 来的便利。 1 2 国内消防广播与消防电话现状 随着现代经济社会的不断发展，楼宇建设越来越密集化，一处发生火灾，不 仅会祸及整个楼层，甚至是整个楼宇。因此消防报警系统不仅成为现代楼宇建设 必不可少的一部份，同时消防系统的智能化程度也不断提高。然而传统的消防广 播与消防电话设备却存在着许多局限之处，其中最大的缺点就是各个楼字分散管 理，一旦火情发生，就会给统一指挥与调度带来混乱。由于本次是以电子科技大 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 学的消防报警系统进行改造对象，因此，以下就对我校改造前的报警系统进行说 明介绍。 改造前，我校的消防报警系统是以每栋楼为单位。以主楼为例，消防监控系 统是设在主楼一楼，消防广播就是安装在控制室里，播出装置是老式的磁带放音 机，广播的扬声器则安装在每层楼的过道里面，磁带机通过音频线与功率放大器 相连接，磁带机输出的音频信号，通过功放放大后经双绞线传给扬声器。由于磁 带机的音频信号质量不佳，所以使得广播中的声音混有太大的杂音，使得收听者 有时听不清广播的内容。同时，播出问对广播楼层的控制则是用一台手动切换装 置与功放输出相连接，然后不同楼层的广播接在不同的按键所控制的继电器上， 通过按键的闭合来选择所需要的楼层。由于消防规范的要求，所以设计成为当一 个按键按下的时候，相临楼层的广播也须同时接通。很显然，这种设计方式，主 控中心根本无从控制消防广播的播出内容以及对广播楼层的播出选择。 消防电话则是在控制室安装一台消防电话主机，然后每层楼的过道中安装一 定数量的插孔，主机与插孔之间用电话线相连接，当把一部电话机的线头插入插 孔之后，控制室中的电话主机就会振铃。这套设备虽然能实现楼层与各分控的简 单通话，但并不能记录通话的内容以及显示是哪层楼的电话呼入，这不利于事后 对事故原因和事故过程的调查。另外，很显然，这套设各也不能让主控中心与分 控中心进行直接联系，贻误救火的时机。 对于鳃决这些问题，国内没有现成的系统可以参考，所以必须根据具体功能 要求，开发出一套能够让主控中心对事故现场进行远程控制的系统。现在将改造 前的我校消防广播与消防电话系统图示如下： 图i 1 改造前消防广播示意图 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 图1 2 改造前消防电话示意图 图i 3 各楼宇分控与报警中心主控的状态 1 3 本论文工作概述 既然是要把分散的消防报警控制系统组合成为用一个控制中心统一控制的 系统，所以如何把其连接起来，便是一个当前必须首先考虑的问题。此次电子科 技大学的消防系统改造工程，是要把电通楼、主楼、图书馆、科研楼、二教的 消防广播、消防电话、电梯控制系统、水泵控制系统、视频监视系统、报警监控 系统连接到一个主控中心，使得在消防报警中心可以同时监视和指挥这五处地方 的消防工作。为此，专门铺设了消防专用以太网络，用以传输各种控制信号和视 频音频数据。所以我就以以太网作为消防广播的音频数据和控制信号与消防电话 的音频数据在主控与分控之间的传播媒介。根据这一前提，我设计了如下的消防 广播与消防电话的改造方案。 首先对于消防广播，我选取了d i g i g r a m 公司的n c x 卡作为音频信号与控制 信号在网络上传播的转换装置。n c x 卡具有一个以太网接口、一个1 5 针的电平 输出端口、以及一个音频信号输出端口。先编写一个专门的消防广播播放与控制 程序，安装在消防报警中心，也就是主控中心的电子计算机上，然后把计算机的 以太网接口与一台n c x 的以太网接口相连接，然后在每个分控中心分别安装一台 n c x 卡以接收数据。然后把音频信号通过音频线接到原有的功率放大器上，把控 制信号通过n c x 卡的1 5 针电平接口连接到我所制作的自动控制设备的1 5 针电平 屯子科技大学徽电子与固体电子学院硕士论文 接口上，通过这个自动控制设备控制原有的手动设备来选择对不同楼层的广播控 制。 对于消防电话，由于既要实现不同楼宇与消防报警中心的连接，也即不同分 控中心与主控中心的连接，同时又要实现不同分控中心内部的电话联系。而且不 同分控与主控之间又必须利用现有的以太网络连接，鉴于如今的市场上并没有现 成的一套电话设备可供使用，所以我分别采用了两种公司的电话设备，各取所长， 以实现这一特殊的需要。 对于通过以太网进行电话联系的问题，我采用了成都迈普公司的v g 8 0 0 i p 语音网关。该网关可以把处于同一以太网络中的不同网络终端的电话机连接起来 进行通话，并且可以通过设置号码来实现对不同电话终端的呼叫。这恰好符合了 利用消防专网进行电话呼叫的要求，通过该网关便可以把不同分控中心与主控中 心连接起来了。 对于同一楼宇中电话呼叫的问题，我采用了北京豪沃尔公司的h g t 3 1 0 0 总线 制火警电话。该火警电话通过附加的电话模块，把不同楼层的电话连接到一起， 不同的模块对应于不同的电话分机号码。这样就可以实现分控中心与不同楼层之 间的相互呼叫。 有了上述两种设备，只要在消防报警主控中心安装一台普通电话，然后通过 迈普网关把与不同分控中心的h g t 3 1 0 0 电话相连接，这样就实现了对不同楼宇及 其不同楼层的电话联系。 通过以上的设计方案，最后成的消防广播控制系统与消防电话系统完全实现 了最初的功能需要。 第二章消防广播控制系统和消防电话的传输原理 2 1 消防广播中与n c x 卡的交互原理 2 1 1t e ln e t 的介绍 t e l n e t 是i n t e r n e t 的远程登录协议的意思，它让你坐在自己的计算机前通 过i n t e r n e t 网络登录到另一台远程计算机上，这台计算机可以在隔壁的房间里， 也可以在地球的另一端。当你登录上远程计算机后，你的电脑就仿佛是远程计算 机的一个终端，你就可以用自己的计算机直接操纵远程计算机，享受远程计算机 4 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 本地终端同样的权力。你可在远程计算机启动一个交互式程序，可以检索远程计 算机的某个数据库，可以利用远程计算机强大的运算能力对某个方程式求解。 也许您听说过t e l n e t 是一种通讯协定之一，对於这种说法，您大可以忽略 掉。您不妨简单的想，t e l n e t 就是让刚刚以上的说明成为具体可行的一个实际 的工具，也就是说，我们只是单纯的视t e l n e t 为一个执行远程联线的工具之一 让一台电脑连线载入另外一部电脑。 在网络上的应用程式多半是采用c 1 i e n t s e r v e r 模式，用中文来说，也就是一 定有一端是请求端，请求端执行t e l n e t 请求程式。在主机这一端则有装置有伺 服程式来接受连线请求，不过在多半的情况，主机端则c lie n t 与s e r v e r 两者都 有。远程联线的使用程序与您平常在本地通过电话线或任何其他方式载入一部主 机并没有很大不样，您在对方主机一定要有一个私人使用帐号，以及您的通行 密码，这样子您才有办法连线进入该主机系统。细节上请参考下面的示意。另外， 在i n t e r n e t 上，有相当多的各式各样服务系统也是通过这方式来提供服务，其 中决大部分是免费的服务，像是h y t e l n e t 、b b s 、g o p h e r 及a r c h i e 等等就是，这 类系统通常开放有公用帐号，且无须使用密码。 t e l n e t 在功能上，是模拟成远端一部电脑系统的终端机，通过网络连线载入该 电脑系统。假如您实验室中有跑d o s 的个人电脑，该电脑也已经连结上校园网络 您可以请人帮您装设一套n c s at e l n e t 软件，之后您就可以做以上所介绍的这些 不可思议的事情。 n c s at e l n e t 是专门为d o s 设计的一个请求程式，至於在u n i x 机器上，您就无 须担心，因为u n i x 是网络的天生好手，它一出厂就已经具备有t e l n e t 这东西， 丽且通常是请求程序与服务程序同时具各。 但现在t e l n e t 已经越用越少了。主要有如下三方面原因： 第一，个人计算机的性能越来越强，致使在别人的计算机中运行程序要求逐渐减 弱。 第二，t e l n e t 服务器的安全性欠佳，因为它允许他人访问其操作系统和文 件。 第三，t e l n e t 使用起来不是很容易，特别是对初学者。但是t e l n e t 仍然有 很多优点，比如如果你的电脑中缺少什么功能，就可以利用t e l n e t 连接到远程 计算机上，利用远程计算机上的功能来完成你要做的工作，可以这么说，i n t e r n e t 上所提供的所有服务，通过t e l n e t 都可以使用。 不过t e l n e t 的主要用途还是使用远程计算机上所拥有的信息资源，如果你 的主要目的是在本地计算机与远程计算机之间传递文件，则使用f t p 会有效得 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 多。 当你用t e l n e t 登录进入远程计算机系统时，你事实上启动了两个程序，一 个叫t e l n e t 客户程序，它运行在你的本地机上，另一个叫t e l n e t 服务器程序， 它运行在你要登录的远程计算机上，本地机上的客户程序要完成如下功能： 1 ) 建立与服务器的t c p 联接。 2 ) 从键盘上接收你输入的字符。 3 ) 把你输入的字符串变成标准格式并送给远程服务器。 4 ) 从远程服务器接收输出的信息。 5 ) 把该信息显示在你的屏幕上。 远程计算机的“服务”程序通常被称为“精灵”，它平时不声不响地候在远 程计算机上，一接到你的请求，它马上活跃起来，并完成如下功能： 1 ) 通知你的计算机，远程计算机已经准备好了。 2 ) 等候你输入命令。 3 ) 对你的命令作出反应( 如显示目录内容，或执行某个程序等) 。 4 ) 把执行命令的结果送回给你的计算机。 5 ) 重新等候你的命令。 在i n t e r n e t 中，很多服务都采取这样一种客户服务器结构。对i n t e r n e t 的 使用者来讲，通常只要了解客户端的程序就够了。 2 1 2 音频信号与控制信号的传输原理 计算机产生的音频信号与控制信号，之所以能够在网络上传输，其关键就是 利用n c x 卡对数字信号的编解码功能。目前国际上在此领域中比较成熟的解决方 案是由法国数码公司( d i g i g r a m ) 在世界上率先推出的d i g i g r a mn c x 网络音频 系统，它的理念是利用计算机的以太网( 局域网或广域网) 传播数字音频信号， 由n c x 音频终端承担编码和解码任务：每一个n c x 音频信号都内置了t - k o k o p a 开发的数字集成电路解码芯片，可以同时提供音频信号输入输出和处理功能( 独 立控制、组合控制、系统双向对讲) ，在网络中n c x 可以进行热插拔，从理论上 讲，只要网络到达的地方都可以任意增加n c x 终端，其数量是无限的，在本地可 通过局域网完成信号传递，而远程信号可通过因特网传递。 6 电子科技大学锻电子与固体屯子学骂 硕士论文 d i g i g r a m 公司开发的d s p 解码芯片，而d i g i g r a m 作为业界公认的专业级音 频处理芯片开发者在音频处理质量上的能力也勿庸置疑。我们可以把一个n c x 音频终端当作是一块外置的网络声卡，它不同于普通声卡般只是放置在电脑的 内部，而是可以放在任何我们需要的地方，这样就很利于现场的设备安装。n c x 音频终端可同时提供音频信号输入输出及处理功能，并且可进行热插拔，也就 是说对以太网内的任何一个n c x 音频终端进行插拔都无需关掉整个系统，而且对 其他的n c x 音频终端工作也没有影响。理论上来讲，只要有网络到达的地方都可 以任意增加n c x 音频终端，其数量是无限的，我们将在后面的篇幅中加以详细介 绍。所有的n c x 音频终端的工作状态都可以从服务器的n c x 音频终端控制软件中 进行单独、或分组并且实时的监控，软件还可自动对网络中任何一个n c x 音频终 端的工作故障发出警报，通知系统操作员进行维护。对于消防广播这样随时处于 应急状态的报警系统，这一功能尤其重要，使得操作人员能时刻知道系统的工作 状态。 n c x 音频终端使用以太网作为一种传输媒介。因为以太网本身可以用来传输 不同的信号，而这些信号本身并不会互相受到影响。非但如此，n c x 音频终端还 可以从它所传送的数字音频信号当中”分离”出其他控制信号以适合目前整合多 样化智能控制系统的集成需要。n c x 音频终端有c o n t r o l 接口，可以在音频信号 传送的同时给出数字电平信号，可以用于对楼层广播设备的控制。n c x 网络音频 系统这一特点无疑为消防报警控制系统的整合提供了一个很好的解决方案，使得 消防专用网络在传送音频信号的同时不会影响其他信号的传送。 n c x 网络音频系统的音频文件存储在服务器的硬盘里面，存储格式一般采用 m p e g i i i 和m p 3 ，n c x 音频终端控制软件支持的文件格式除了以上种类还可以 支持播放w a v e 格式的文件。i p 3 文件可以使用p c 本身的c d r o m 播放c d 或其他 外接音源，通过软件压缩获得。每首曲目大小约4 5 m b ，目前p c 硬盘存储量普 遍在4 0 6 0 g ，我们可以将连续播放数天的内容进行存储，方便管理减少劳动强 度。如果以1 2 8 k 的采用率获得首5 分钟的m p 3 音频文件，并将此音频文件经 过第一级交换机直接传送到n c x 音频终端，则服务器至第级交换机之间 ( 1 0 0 m b p s ) 的超五类线可以承载多达9 6 路不同音频信号。整个系统的最多通道 载量是由音频文件采样率、网络带宽及网络交换机的布置方式所决定的。在系统 按照你的操作设定工作的同时，你可以编辑其他的播放文件及节日单。这些对设 计消防广播的应用程序提供了很大的便利。 在安装n c x 卡的时候，首先安装是此卡的驱动程序n c x r u n t i m e ，使得与计 算机连接在同一网络的n c x 卡能够被计算机所识别( 最多可以识别6 4 块) 。然后 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 再安装对此卡的管理程序a u d i om a n a g e ，该程序能够对n c x 卡进行功能管理， 主要是通过以太网络对指定的n c x 卡发送音频信号与控制信号。我所编写的程序 就是通过与a u d i o _ m a n a g e 进行信号输入从而达到间接对n c x 卡传送数据的功能 的，而对a u d i om a n a g e 。并对n c x 音频终端控制端软件a u d i om a n a g e 进行的设 定，同时实现对音频文件播放清单的编辑和控制。 2 2 消防电话的应用协议 2 2 1 v o i p 的基本原理及实现 v o l p 是建立在i p 技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过 语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按i p 等相关 协议进行打包，经过i p 网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起 来，经过解码解压处理后，恢复成为原来的语音信号，从而达到有i p 网络传输 语音的目的。i p 电话系统把普通电话的模拟信号转换成为计算机可连入因特网 传送的i p 数据包，同时也将收到的i p 数据包转换成为声音的模拟电信号。经过 i p 电话系统的转换及压缩处理，每个普通电话传输速率约占用8 - 1 i k b i t s 带宽， 因此在与普通电信网同样使用传输速率为6 4 k b i t s 的带宽时，i p 电话数是原来 的5 8 倍。 v o l p 的核心与关键设备是i p 语音网关。i p 语音网关具有路由管理功能，它把 各地区电话区号映射为相应的地区网关i p 地址。这些信息存放在一个数据库中， 有关处理软件完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打i p 电话时，i p 语音网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的i p 地址，并将 此i p 地址加入i p 数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延，i p 数据包 经因特网到达目的地i p 语音网关。对于因特网未延伸到或暂时未设立网关的地 区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。 目前v o i p 系统一般由i p 电话终端、网关( g a t e w a y ) 、网守( g a t e k e p p e r ) 、 网管系统、计费系统等几部分组成。i p 电话终端包括传统的语音电话机、p c 、 i p 电话机，也可以是集语音、数据和图象于一体的多媒体业务终端。由于不同 种类的终端产生的数据结构是不同的，要在同个网络上传输，这就要由网关或 者是通过一个适配器进行数据转换，形成统一的i p 数据包。i p 语音网关提供i p 网络和电话网之间的接口，用户通过p s t n 本地环路连接到i p 网络的网关，网关 负责把模拟信号转换为数字信号并压缩打包，成为可以在因特网上传输的i p 分 组语音信号，然后通过因特网传送到被叫用户的网关端，由被叫端的网关对i p 8 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 数据包进行解包、解压和解码，还原为可被识别的模拟语音信号，再通过p s t n 传到被叫方的终端。这样就完成了一个完整的电话到电话的i p 电话的通信过程。 关守实际上是i p 电话网的智能集线器，是整个系统的服务平台，负责系统的管 理、配置和维护。关守提供的功能有拨号方案管理、安全性管理、集中帐务管理、 数据库管理和备份、网络管理等等。网络系统的功能是管理整个i p 电话系统， 包括设备的控制及配置，数据配给，拨号方案管理及负载均衡、远程监控等。 在实现方式上，v o l p 有电话机到电话机、电话机到p c 、p c 到电话机和p c 到 p c 等4 种方式。电话到电话即普通电话经过电话交换机连到i p 语音网关，用电 话号码穿过i p 网进行呼叫，发送端网关鉴别主叫用户，翻译电话号码网关i p 地址，发起i p 电话呼叫，连接到最靠近被叫的网关，并完成话音编码和打包， 接收端网关实现拆包、解码和连接被叫。 2 ，2 。2v o l p 的关键技术及其协议 传统的i p 网络主要是用传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接的技 术，因此没有服务质量保证，并且存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况a 数据业务对此要求不高，但话音属于实时业务，对时序、时延等有着比较严格的 要求。因此必须采取特殊措旎来保障一定的业务质量。v o l p 的关键技术包括信 令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量( q o s ) 保证技术、以及网络传输 技术等。 信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的v o l p 控 制信号体系包括i t u t 的h 3 2 3 系列和i e t f 的会话初始化协议s i p 。 i t u 的h 3 2 3 系列建议定义了在无服务质量保证的因特网或者其他分组网络 上多媒体通信的协议及其规程。h 3 2 3 标准是局域网、广域网、i n t r a n e t 和 i n t e r n a e t 上的多媒体提供技术基础保障。h 3 2 3 是i t u t 有关多媒体通信的一 个协议集，包括用于i s d n 的h 3 2 0 ，用于b - i s d n 的h 3 2 1 和用于p s t n 终端的 h ，3 2 4 等建议。其编码机制，协议范围和基本操作类似于i s d n 的q 9 3 1 信令协 议的简化版本，并采用了比较传统的电路交换的方法。相关的协议包括用于控制 的h 2 4 5 ，用于建立连接的h 2 5 5 0 ，用于大型会议的h 3 3 2 ，用于补充业务的 h 4 5 0 1 、h 4 5 0 ，2 、和h 4 5 0 3 ，有关安全的h ，2 3 5 ，与电路交抉业务互操作的 h 2 4 6 等。 话音压缩编码技术是i p 电话技术的一个重要组成部分。目前主要的编码技 术有i t u t 定义的g 7 2 9 、g 7 2 3 等。其中g 7 2 9 可将经过采样的6 4 k b i t s 的话 9 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 音以几乎不失真的质量压缩到8 k i b t s 。由于在分组交换网络中，业务质量不能 得到很好的保证，因此需要话音的编码具有一定的灵活性，即编码速率编码尺度 的可变可适应性。 实时传输技术主要是采用实时传输协议r t p 。r t p 是提供端到端包括音频在 内的实时数据传送协议。r t p 包括数据和控制两部分，后者叫做r t c p 。r t p 提供 了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制，可以让接收端重组发送端的数据 包，可以提供接收端到多点发送组的服务质量反馈。 v o l p 中主要采用资源预留协议以及进行服务质量监控的实时传输控制协议 r t c p 来避免网络拥塞，保障通话质量。 v o i p 中网络传输技术主要是t c p 和u d p ，此外还包括网关互联技术、路由选 择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议r t p 提供 具有实时特征的、端到端的数据传输业务，因此v o l p 中可用r t p 来传送话音数 据。在r t p 报头包含装载数据的标志符、序列号、时间戳以及传送监视等，通常 r t p 协议数据单元是用u d p 分组来承载，而且为了尽量减少延时，话音净荷通常 都很短。i p 、u d p 和r t p 报头都按最小长度计算。v o l p 话音分组开销很大，采用 r t p 协议的v o l p 格式，在这种方式中将多路话音插入话音数据段中，这样提高 了传输效率。 2 2 3h g t 3 10 0 总线制电话机的通讯协议 h g t 3 1 0 0 总线制电话机的信号传输编码方式采用的是d t m f 双音频码，d t m f ( d o u b l et o n em u l i t i f r e q u e n c y ，双音多频) 作为实现电话号码快速可靠传输的 一种成熟技术，它具有很强的抗干扰能力以及较高的传输速度。因此，它可广泛 的应用于电话通信系统之中。但绝大部分是作为电话的音频拨号的方式。另外， 它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传 输。 d t m f 是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种 编码技术。对于两个频率不同的单音频，它们所代表的数字或者实现的功能也就 不同。这种电话机中通常有1 6 个按键，在这些按键之中，其中有l o 个数字键o - - 9 和6 个功能键$ 、群、a 、b 、c 、d 。所以可以按照组合原理，计算出应有8 种不 同的单音频信号。因此可以采用的频率也有8 种，故称之为多频，又因它采用从 8 种频率中任意抽出2 种进行组合来进行编码，所以又称之为“8 中取2 ”的编 码技术。 1 0 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 根据c c i t t 的建议，国际上采用的多种频率分别为6 8 7 h z 、7 7 0 h z 、8 5 2 h z 、 9 4 1 h z 、1 2 0 9 h z 、1 3 3 6 h z 、1 4 7 7 h z 和1 6 3 3 h z 等8 种。使用这8 种频率一共可以 形成1 6 种不同的组合，从而代表1 6 种不同的数字或功能按键，具体组合见表 2 1 所示。 高频群h z 功能 1 2 0 91 3 3 61 4 7 7 1 6 3 3 低频群h z 6 9 7l 23a 7 7 04 56b j 8 5 27 89c 。 9 4 l o#d 所示 具体对于h g t 3 1 0 0 0 ，有其特定的发送模式其主机发送信号的方式如表2 2 表2 2 主机与分机信号发送方式 主机 分机 功能主机码收码前分机回答码 收码后 状态状态 呼叫分地址十位、地址个位、“# ”挂机地址十位、地址个位、“c ”振铃 机 摘机地址十位、地址个位、“# ”通话 挂断分地址十位、地址个位、“+ ” 挂机地址十位、地址个位、” 挂机 机 摘机地址十位、地址个位、“挂断 检查分地址十位、地址个位、“a ” “c ” 机 7 5 分机发送信号的方式和主机相似，只是发送的具体内容有所改变如表2 3 所 表2 3 主机与分机信号发送方式 分机主机 功能分机码收码前状主机回答码收码后状 态态 呼叫主地址十位、地址个位、“# ” “c ”声光报警 机 挂机地址十位、地址个位、”声光报警“c ”待机 通话 “c ”待机 电子科技大学微电子与周体电子学院颈士论文 主机发送d t m f 的时序为每2 0 1 毫秒发送一次，其中前5 1 毫秒为信号时间， 后1 5 0 毫秒为空闲状态。并且其中信号格式为地址( 2 位) + 命令码( 1 位) 。在 发送的过程中，一定要注意发送信号的时序控制，否则会影响信号的正确接收具 体情况如图2 1 所示： 图2 1 主机发送d t f m 的时序与格式 主机收到分机任何有效命令后，3 0 0 m s 时发送1 位码的应答码，其状态如图 2 2 所示： 图2 , 2 主机应答码的时序与格式 主机发送d t m f 的时序为每1 5 1 l 毫秒发送一次，其中前5 1 毫秒为信号时间， 后1 0 0 毫秒为空闲状态。并且其中信号格式为地址( 2 位) + 状态码( 1 位) 。具 体情况如图2 3 所示： 图2 3 分机发送d t f m 的时序与格式 分机收到主机巡检命令码并确认是被巡检地址后，3 0 0 m s 时发送l 位码的应 答码，其状态如图2 4 所示： 电子科技大学微电子与圆体电子学院硕士论文 图2 4 分机应答码的时序与格式 主机自动拨打火警电话或接通外线时向外线拨打的d t m f 码为长音码；长度 1 0 2 m s ，最短停顿1 0 2 m s 。其命令码定义如表2 4 所示： 表2 4d t 新f 命令码定义 信号 d t m f 码 功能 c a l ls i g牟 砰分信号 s e v e rs i g 挂断分机信号 c h e c ks 】g 日巡检分机信号 t a l ks i g# 分机通话状态 ，a i ts i g 分机待机状态 r n q gs i gc 分机振铃状态 e r r o rs i gd 分机故障状态 a n ss l gc 主机回答分机信号 对应的分机状态信号定义表2 5 所示： 表2 ，5 分机状态信号 信号d n 岱码功能 f jw a i t i n g 分机待机状态 f jt a l k n q g # 分机通话状态 f jr r n gs t a c 分抚振铬状态 f jc a l ls 1 、aa 分机呼叫状态 f je r r o r d 分机故障状态 a n sc 报告分机正常 以上是该型号电话主机与分机的原始协议与信号发送方式，由于最初该产品 的设计考虑的是通用情况，即以一栋楼宇为单位进行消防电话的安装，同时主机 是有人值守的情况。而对于电子科技的学的消防电话系统，由于增加了主控中心 与分控中心的区别，所以必须增加分控中心无人值守时的自动转接主控中心的功 能，同时又要考虑到与v g 8 0 0 语音网关相连接，因此增加了一些新的命令，其具 体情况如下： 电子科技大学徽电子与固体电子学院硕士论文 当分机呼叫中心的时候，分机摘机，主机声报警6 秒内无按键动作时，自动 启动自动1 1 9 ，向外线自动拨码，进入自动录音状态，中心振铃中心摘机后 可与分机通话。通话中，中心向线路发“9 9 # ”，主机向线路发送信号：正在通 话分机地址的：十位+ 个位+ # ，若是外线或自动1 1 9 呼口u 中心，