摘 要： 設(shè)計(jì)了一種指揮調(diào)度通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于一種由單色單模雙芯光纜和XTYL120光傳輸多通道數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，能夠提供靈活的機(jī)動(dòng)組網(wǎng)方案，在應(yīng)急或野戰(zhàn)條件下可以利用現(xiàn)場(chǎng)的有線電話、光纖等設(shè)備接入臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，采用 和阻塞模式下的Indy技術(shù)開(kāi)發(fā)了指揮調(diào)度通信系統(tǒng)軟件，可以對(duì)各種應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，掌握現(xiàn)場(chǎng)音/視頻、數(shù)據(jù)等信息，發(fā)布調(diào)度指揮命令。
關(guān)鍵詞： 光端機(jī)；指揮調(diào)度；野戰(zhàn)輸油管線；Indy；阻塞模式
無(wú)論是在軍事領(lǐng)域中的野戰(zhàn)條件下，還是和平時(shí)期應(yīng)急響應(yīng)的狀況中，指揮調(diào)度都顯得尤為重要。在日常生活中，處理大型公共的突發(fā)事件時(shí)，往往需要多個(gè)部門(mén)之間相互配合，跨地區(qū)、跨省市的協(xié)調(diào)工作，需要指揮調(diào)度發(fā)揮很好的作用。在信息化高速發(fā)展的今天，就需要利用現(xiàn)代化的通信手段，充分發(fā)揮各種通信工具的優(yōu)勢(shì)，靈活組合、高效暢通地完成調(diào)度指揮。當(dāng)前的固定電話網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)很成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域也很廣，在應(yīng)急條件下很好地利用固定電話網(wǎng)絡(luò)及時(shí)提取和傳輸實(shí)時(shí)的音、視頻信息，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。同時(shí)，考慮到移動(dòng)性的特點(diǎn)，使通信人員可以機(jī)動(dòng)地隨時(shí)隨地進(jìn)行組網(wǎng)通信，必須研制一種能夠方便接入各種傳輸媒介，并能接入固定電話網(wǎng)絡(luò)的、具有信息傳輸功能的終端設(shè)備去配合調(diào)度指揮人員組網(wǎng)，如此靈活、高效、智能的指揮調(diào)度通信系統(tǒng)可以平行地應(yīng)用在突發(fā)大型公共事件、軍事等領(lǐng)域中。這種類(lèi)型的指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)將有很好的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及應(yīng)用背景
為了使指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了野戰(zhàn)條件下管線輸油對(duì)通信系統(tǒng)的要求。下面以野戰(zhàn)管線輸油調(diào)度指揮為應(yīng)用背景，說(shuō)明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)依據(jù)。
野戰(zhàn)輸油管線系統(tǒng)是后勤油料輸送裝備，具有機(jī)動(dòng)、高效、輸送量大等優(yōu)點(diǎn)，在軍事后勤領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。如何發(fā)揮野戰(zhàn)條件下使用管線輸油的優(yōu)點(diǎn)，使其更好地為戰(zhàn)事服務(wù)，指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、高效、安全、便攜，控制管理的準(zhǔn)確可靠成為整個(gè)管線輸油的關(guān)鍵。
野戰(zhàn)條件下輸油管線鋪設(shè)完畢，正式輸油過(guò)程中需要對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，以便及時(shí)判斷和排除故障。戰(zhàn)時(shí)的野外條件惡劣，調(diào)度指揮命令的上傳下達(dá)，始終是一個(gè)瓶頸，軍內(nèi)外通常使用現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)的野戰(zhàn)軸油管線作為通信的主要載體。由于管線站間距離的實(shí)際應(yīng)用長(zhǎng)度變化較大，人工鋪設(shè)線路在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，也消耗大量人力物力。地方和部隊(duì)的光纜通信干線資源豐富，通信質(zhì)量好，線路維護(hù)力量強(qiáng)大，能夠應(yīng)用光纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視調(diào)度、電話互通、微機(jī)數(shù)據(jù)上傳。因此，研制一種以光纖通信為基礎(chǔ)，能夠保留多種傳輸媒介接口，接入民用通信網(wǎng)絡(luò)(包括固話和無(wú)線網(wǎng)絡(luò))的終端便攜設(shè)備，進(jìn)行多種方案的高效、機(jī)動(dòng)組網(wǎng)，形成調(diào)度指揮通信系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)，成為設(shè)計(jì)的主要思路[1]。
2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>
指揮調(diào)度通信系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)備、光端機(jī)設(shè)備、機(jī)動(dòng)組網(wǎng)方案、指揮調(diào)度通信軟件四大部分組成，系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。本系統(tǒng)使用光纜作為主要信息傳輸媒介，由XTYL120光傳輸及轉(zhuǎn)換設(shè)備構(gòu)成具有寬帶接入能力及其他多種功能的高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)站點(diǎn)間的傳輸距離不小于40 km。
現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)備指有線電話，在調(diào)度指揮通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，只要具備民用有線電話就可以進(jìn)行臨時(shí)組網(wǎng)，根據(jù)野戰(zhàn)輸油管線鋪設(shè)運(yùn)行的整體要求，整個(gè)系統(tǒng)涉及到N個(gè)泵站值班室、1個(gè)輸油調(diào)度指揮中心和機(jī)動(dòng)的上級(jí)作戰(zhàn)指揮部。光端機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)為多種型號(hào)，包括局端機(jī)(調(diào)度中心使用)、遠(yuǎn)端機(jī)(泵站用)、迷你端機(jī)(指揮首長(zhǎng)使用)等設(shè)備。光端機(jī)設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，通過(guò)RS232口與網(wǎng)管PC連接。在幾種型號(hào)的光端機(jī)設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)組網(wǎng)方案，野戰(zhàn)輸油管線的鋪設(shè)運(yùn)行要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況臨時(shí)開(kāi)設(shè)，多種型號(hào)的光端機(jī)設(shè)備為靈活組網(wǎng)提供了可靠保證。
以圖1的組網(wǎng)方案為例：開(kāi)設(shè)XX輸油調(diào)度指揮中心1個(gè)，使用局端機(jī)型號(hào)可以進(jìn)行最多18路專(zhuān)線電話信號(hào)的全時(shí)雙工傳輸，可接入光纜。開(kāi)設(shè)泵站值班室N個(gè)(N<16)，根據(jù)值班室通信需求使用遠(yuǎn)端機(jī)，支持2路電話MODEM接口。前方指揮部可以使用迷你便攜式光端機(jī)，通過(guò)有線電話設(shè)備接入輸油調(diào)度指揮專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地處理監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行[2]。
2.2 指揮調(diào)度通信軟件設(shè)計(jì)
本軟件應(yīng)該具有通信調(diào)度指揮的功能，用于泵站與泵站之間、泵站與調(diào)度中心之間、調(diào)度中心與指揮部之間進(jìn)行實(shí)時(shí)互通信息、收發(fā)命令、調(diào)度指揮、提示報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。選用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常有利于發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，因此軟件設(shè)計(jì)基本可以分為調(diào)度中心指揮控制軟件和泵站實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件兩部分，軟件的界面設(shè)計(jì)如圖2所示。調(diào)度中心軟件基本功能包括：(1)接收來(lái)自各個(gè)泵站的數(shù)據(jù)(最多接收17個(gè)站)，包括各種輸油工況的參數(shù)，例如：總輸油量、累計(jì)流量、瞬時(shí)流量、油品等，每泵站只發(fā)給相鄰的泵站，事故發(fā)給全線泵站，文字命令發(fā)給全線泵站。(2)向上級(jí)指揮部發(fā)送基本信息，與各個(gè)泵站、指揮部之間進(jìn)行通信，包括發(fā)送指令、上報(bào)情況。(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、查詢功能、打印報(bào)表功能。(4)報(bào)警功能。
3 關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1 光端機(jī)設(shè)計(jì)
研制的便攜設(shè)備能為用戶提供多路指揮調(diào)度全時(shí)雙工熱線電話通道和多路運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送通道。使作業(yè)各單位與各單位之間，各單位與指揮部之間不再僅僅只是原來(lái)傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單專(zhuān)線低速數(shù)據(jù)傳遞和話音聯(lián)絡(luò)，而是將整個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各單位的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、話音聯(lián)絡(luò)、以及文字調(diào)度指令、實(shí)時(shí)控制參數(shù)等經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理的大量信息通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速傳遞相互交換。
由于研制的光端機(jī)設(shè)備必須具有多種傳輸媒介接入輸出的功能，調(diào)度指揮通信需要使用各種通信設(shè)備，將各種通信接口連接到終端集成設(shè)備上，如圖3所示。根據(jù)接入接出各種傳輸媒介的要求，光端機(jī)終端集成設(shè)備的芯片為YLXT系列專(zhuān)用通信系統(tǒng)芯片，數(shù)據(jù)、話音的接入、傳輸和交換都集成在芯片中。系統(tǒng)由單色單模雙芯光纜和XTYL120光傳輸(光端機(jī))、接口轉(zhuǎn)換設(shè)備及其他附屬設(shè)備構(gòu)成，形成25 MHz光傳輸多通道數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)硬件。選用了專(zhuān)用4芯光電轉(zhuǎn)換卡、電話線電路板卡、網(wǎng)口板卡等器件支持終端設(shè)備開(kāi)發(fā)[3]。
XTYL120光端機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，它完成了從光電變換到信令收發(fā)、多通道數(shù)據(jù)傳輸及信道分/復(fù)接等全部工作。它可以為系統(tǒng)提供2條專(zhuān)用熱線話音，8對(duì)2 MHz高速數(shù)據(jù)傳送，8對(duì)64 kHz低速數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道鏈路。根據(jù)需求由XTYL120光端機(jī)配接相應(yīng)的接口變換電路模塊，即可組成所需的光網(wǎng)終端設(shè)備。指揮調(diào)度通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3種機(jī)型：遠(yuǎn)端機(jī)(光網(wǎng)端機(jī)XTYL120A)、中繼機(jī)(光網(wǎng)端機(jī)XTYL120B)、局端機(jī)(光網(wǎng)端機(jī)XTYL120C)，其中局端機(jī)是指揮調(diào)度中心使用的調(diào)度機(jī)，具有很強(qiáng)的設(shè)備資源擴(kuò)展能力。局端機(jī)的內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
XTYL120A和XTYL120B適用于沿途聯(lián)絡(luò)站點(diǎn)，它最終為各站點(diǎn)提供：2個(gè)熱線電話接口(可接通4條話音通道)、2個(gè)以太網(wǎng)接口(用于視頻語(yǔ)音圖像傳輸或計(jì)算機(jī)寬帶接入)、1個(gè)RS232接口，XTYL120B具有跨站轉(zhuǎn)接能力。XTYL120A遠(yuǎn)端機(jī)內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示[4]。
光端機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：
(1)集數(shù)據(jù)、話音業(yè)務(wù)于一體，集接入、傳輸、交換(叉)于一體?？勺越M成專(zhuān)網(wǎng)也可以利用公網(wǎng)組成虛擬專(zhuān)網(wǎng)。
(2)數(shù)據(jù)、話音的接入、傳輸、交換(叉)集成在芯片內(nèi)，體積小、重量輕、功耗低。一些外圍的電路以及一些交換功能等全部集成在芯片，既降低了成本又縮小了體積，避免了軟件的占用時(shí)間長(zhǎng)及開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
(3)傳輸線路具有可備份自動(dòng)保護(hù)功能，當(dāng)一處設(shè)備被毀壞自動(dòng)轉(zhuǎn)換到其他路徑傳輸，不同傳輸媒介之間自動(dòng)切換，保證信息傳輸?shù)挠行Э煽俊?br />
3.2 Indy開(kāi)發(fā)阻塞模式通信軟件
指揮調(diào)度通信軟件的開(kāi)發(fā)建立在硬件條件的基礎(chǔ)上，由于光端機(jī)的研制，既降低了軟件開(kāi)發(fā)的成本，又減少了開(kāi)發(fā)周期。設(shè)備提供的以太網(wǎng)接口和光纖通道，為通信監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)提供了便利。選用合適的關(guān)鍵技術(shù)，就能開(kāi)發(fā)出高效、安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信軟件。
在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集功能的開(kāi)發(fā)中，本系統(tǒng)采用了Indy(Internet Direct)技術(shù)。根據(jù)通信設(shè)備組網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖1所示)，采用TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)通信鏈路。由于采用了星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，突出了網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備的重要性，因此很自然地選擇了C/S模式進(jìn)行Client端(泵站)與Sever端(調(diào)度中心)之間的信息互通，這就要求用多線程技術(shù)解決幾個(gè)泵站同時(shí)與調(diào)度中心請(qǐng)求連接的問(wèn)題，基于此，采用了Indy控件配合編寫(xiě)多線程代碼[5]。
Indy是一套開(kāi)放源代碼的Internet控件集，是完全基于SOCKET阻塞工作模式的開(kāi)發(fā)庫(kù)，涵蓋了幾乎所有流行的Internet協(xié)議。Indy是阻塞式(Blocking)的，與通常的Winsock編程方法不同，Indy使用了阻塞式Socket調(diào)用方式。阻塞式訪問(wèn)更像是文件存取，當(dāng)讀取數(shù)據(jù)或是寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，讀取和寫(xiě)入函數(shù)將一直等到相應(yīng)的操作完成后才返回。例如，發(fā)起網(wǎng)絡(luò)連接只需調(diào)用Connect方法并等待它返回，如果該方法執(zhí)行成功，在結(jié)束時(shí)就直接返回，如果未能成功執(zhí)行，則會(huì)拋出相應(yīng)的異常。同文件訪問(wèn)不同的是，Socket調(diào)用可能會(huì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)橐x寫(xiě)的數(shù)據(jù)可能不會(huì)立即就能準(zhǔn)備好，這在很大程度上依賴于網(wǎng)絡(luò)帶寬[6]。
阻塞式Socekt通常都采用線程技術(shù)，Indy也是如此。從最底層開(kāi)始，Indy的設(shè)計(jì)都是線程化的。因此利用Indy創(chuàng)建服務(wù)器和客戶程序與在Unix下十分相似，并且Delphi的快速開(kāi)發(fā)環(huán)境和Indy對(duì)WinSock的良好封裝使得應(yīng)用程序創(chuàng)建更加容易。
以野戰(zhàn)輸油調(diào)度指揮通信系統(tǒng)為例，假設(shè)一套完整的輸油管線最多包括15個(gè)泵站，1個(gè)供油泵站。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性、通信鏈路的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，采用了阻塞模式下Indy的多線程技術(shù)。即調(diào)度中心Server端啟動(dòng)后始終處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，等待泵站Client端發(fā)出連接請(qǐng)求，采用“實(shí)時(shí)上線實(shí)時(shí)通知”的方式，當(dāng)Server端接收到請(qǐng)求后立即為客戶開(kāi)辟一個(gè)新的線程。這樣，每個(gè)泵站都與調(diào)度中心建立有固定的連接通道，直至泵站請(qǐng)求斷開(kāi)連接或者線程異常終斷。在每個(gè)線程存續(xù)期間都用來(lái)處理專(zhuān)門(mén)的客戶事件。
圖6為Indy服務(wù)器的工作原理。Indy服務(wù)器組件創(chuàng)建一個(gè)同應(yīng)用程序主線程分離的監(jiān)聽(tīng)線程來(lái)監(jiān)聽(tīng)客戶連接請(qǐng)求，對(duì)于接受的每一個(gè)客戶，都創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)為該客戶提供服務(wù)，所有與這一客戶相關(guān)的事務(wù)都由該線程來(lái)處理。
本文設(shè)計(jì)的指揮調(diào)度通信系統(tǒng)在前端設(shè)計(jì)研制了網(wǎng)絡(luò)配套的光傳輸硬件設(shè)備，包括3種型號(hào)的光端機(jī)，能夠?yàn)橐皯?zhàn)條件下管線輸油調(diào)度指揮的通信網(wǎng)絡(luò)提供多種配套解決方案。同時(shí)，這種移動(dòng)靈活的組網(wǎng)方式還可以平行地應(yīng)用于大型突發(fā)公共事件的應(yīng)急指揮調(diào)度組網(wǎng)中。利用阻塞模式開(kāi)發(fā)的調(diào)度指揮通信軟件具有很強(qiáng)的針對(duì)性，雖然對(duì)于不同的應(yīng)用需求需要一定程度的調(diào)整與完善，但是Indy網(wǎng)絡(luò)控件技術(shù)的使用大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，使光端機(jī)設(shè)備靈活組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)得到進(jìn)一步鞏固。該調(diào)度指揮通信系統(tǒng)方便實(shí)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。
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