更新時間：2011-9-8 10:26:52
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編輯：孟子默
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【音響網資訊】在某部隊院校進行實踐性教學的綜合性演習系統(tǒng)的建設中，我們參與的多級指揮系統(tǒng)的設計與建設。
一、 系統(tǒng)概述
綜合性演習系統(tǒng)涉及有導演大廳、各級指揮大廳、作業(yè)室等20多個教學場地。在進行實踐性教學活動時，每個教學場所都有不同的實踐性教學活動�？偪厥沂墙虒W活動及其功能相關的保障場所。為了滿足這些場所進行教學活動對音頻系統(tǒng)的需求，音頻系統(tǒng)要充分做到的簡單劃一，便于控制管理。采取既能集中化管理又能分散化控制的兩相結合的系統(tǒng)模式。
二、 系統(tǒng)設計理念
科技不斷進步與發(fā)展，新技術層出不窮。但無論趨勢發(fā)展到何種方向，“精確”、“簡單”、“人性化”操作以及自動化運行監(jiān)測是整個系統(tǒng)設計的必要前提。
以人為本，堅持人性化設計
以往的系統(tǒng)設計中，往往使用了很多先進的設備，但往往把最后的一環(huán)，用戶的“使用”忽略了。用戶往往面對的是一片復雜的設備按鍵，看不懂的旋鈕，一大排閃爍的指示燈，出了問題則不知所措，而且往往很多專業(yè)的工程師都不能解釋所有的按鍵和旋鈕和燈的作用，更不用說用戶了，所以最終的優(yōu)秀設計應該是讓用戶用簡單的操作來實現(xiàn)復雜的功能，在出現(xiàn)問題時候還能夠一鍵恢復，這是一個優(yōu)秀系統(tǒng)的標志，用戶不是系統(tǒng)研發(fā)人員，交給他的系統(tǒng)應該是一套智能先進，使用穩(wěn)定，同時和環(huán)境裝潢嚴密配合的系統(tǒng)。
三、 系統(tǒng)設計架構
通過上述分析以及根據(jù)實際需求，要建設的系統(tǒng)要充分做到的簡單劃一，便于控制管理。所以，我們提出既能集中化管理又能分散化控制的兩相結合的系統(tǒng)模式，通過國際成熟的CobraNet網絡傳輸處理架構，應用并且在多項大型成功案例中得到證實的穩(wěn)定系統(tǒng)結構進行設計，系統(tǒng)結構圖如下所示：
系統(tǒng)結構圖
如上圖所示，整個系統(tǒng)分為三級網絡體系，第一級為“核心級”即總控制室以及導播大廳所在區(qū)域；第二級為“戰(zhàn)略大廳”所在分控室和“紅軍指揮室”所在控制室以及中型指揮室、藍軍指揮室、第三方指揮室、新聞發(fā)布；三級網絡由“戰(zhàn)略大廳”所屬7間“各方演習室”和“紅軍指揮室”所屬8間“三級指揮所”組成；三級系統(tǒng)與所屬二級系統(tǒng)建立溝通聯(lián)絡。
三級網絡可以由一個操作平臺集中進行管理、分配、調度控制，同時總控制室所在的一級核心可以向二級發(fā)送、傳輸信息、以及監(jiān)控、調用二級網絡各個系統(tǒng)。同時二級網絡中的“戰(zhàn)略大廳”、“紅軍指揮室”進行有選擇傳輸?shù)剿犎壪到y(tǒng)內，整個結構控制按照梯形結構有序進行組織調配。只所以采取梯形組織架構，是因為當某一項梯形分支出現(xiàn)問題時，不會影響其他分支且其他控制室能夠正常進行工作，充分考慮了整個系統(tǒng)的冗余性。
為了滿足綜合性演習活動對音頻系統(tǒng)的需求，音頻系統(tǒng)要充分做到的簡單劃一，便于控制管理。所以，我們提出既能集中化管理又能分散化控制的兩相結合的系統(tǒng)模式，通過國際成熟的品牌美國Peavey的基于CobraNet以太網音頻傳輸技術的數(shù)字音頻網絡處理和傳輸架構，系統(tǒng)結構圖如下所示：
采用星型結構的數(shù)字音頻網絡結構圖
采用7臺數(shù)字網絡控制平臺主機放于總控制室，其中1臺用作備份主機，每臺主機CobraNet端口提供的另外64個音頻通道，那么6臺總共提供384個音頻通道及192路輸入通道和192路輸出通道，輸入通道音頻可以任意切換到192路輸出通道，滿足現(xiàn)有需求音頻系統(tǒng)拾音信息點的需求（191路拾音）。
四、 系統(tǒng)應用功能
整個系統(tǒng)所轄指揮室的數(shù)量多，所涉及的區(qū)域廣。設計要求在今后運營中內部管理人員能夠集中管理又能進行遠程管理整個系統(tǒng)，同時各個二級網絡系統(tǒng)以及所屬三級網絡系統(tǒng)又能獨立進行工作，擁有最高權限管理人員可以在重要的地點進行實施的控制（如，可在導演大廳調用屬下多個指揮室的操控程序，利用操作權限從上置下接管指揮室的控制權），也可以通過權限許可瀏覽上一級系統(tǒng)的控制界面。
從上傳下達命令的功能角度，要求總控制室可以對所有或任意指定的一個、幾個控制室進行獨立和編組的發(fā)布指令，由于整個系統(tǒng)結構架構在標準的網絡下，完成上述基本功能全部由系統(tǒng)自行完成，所有的控制模式均可通過全中文化操作界面控制，操作人員只需要面對設定好的操控界面進行“一鍵”式操控。
所有控制界面可根據(jù)項目使用要求設定編制，它可以減輕煩雜的多指揮室管理的工作量，可以把幫助操作人員對多設備進行調控工作，同時對于可以建立實時的設備巡查機制，任何設備出現(xiàn)問題就能在操作界面上顯示，通過恰當?shù)牟僮鲝氐装巡僮魅藛T的從煩雜的工作量中解脫出來。
下圖為音頻監(jiān)控界面：
從圖中我們可以很容易的看出每臺設備在在線情況，工作狀態(tài)、設備狀態(tài)等相關信息，也因此我們無需為設備是否正常工作而去每個房間巡查設備狀態(tài)。也因此我們可以節(jié)省大量的人力及其時間。
在整個系統(tǒng)組成中，我們在各個房間各個區(qū)域內都設置有拾音話筒。這樣我們就可以輕松的監(jiān)聽到當前區(qū)域的聲音是否正常，而不用我們在開始之前每個房間都巡查一遍來檢查音箱是否正常工作。同時在檢查工作的時候，也沒有必要每個房間都去，而是坐在總控室，輕點下鼠標即可聽到各個會場的實時音頻了。
如下圖：
從圖中我們可以看出，每個拾音話筒。我們都可以任意的切選到指定的監(jiān)聽體，上實現(xiàn)一鍵式的簡單監(jiān)聽功能呢。
每個指揮室可以獨立進行演練應用，同時不影響其他指揮室正常的工作，同時采用分級應用模式，總控制室可以監(jiān)控每個獨立應用演練的狀態(tài)，做到監(jiān)控細節(jié)，保持導演大廳的總觀覽權。每個指揮室，可以進行單獨的指揮控制，也可以進行多房間里的聯(lián)合控制。
如圖所示，我們可以看出，當我們需要進行房間聯(lián)合演練的時候，我們只需輕輕點擊下鼠標，我們就可以實現(xiàn)房間的聯(lián)合狀態(tài)，測試硬件上的設備是一點都不用改變的。
通過以上的幾個方面我們可以看出，在本系統(tǒng)構成中，我們完全脫離開了以前模擬系統(tǒng)的繁瑣的構成，及繁瑣的操作，在本套系統(tǒng)中我們實現(xiàn)了簡單的系統(tǒng)構成和一鍵式的靈活操作。充分滿足客戶需求，符合當前的時代背景。
五、 系統(tǒng)備份
綜合性演習系統(tǒng)的可靠性是系統(tǒng)設計的關鍵性指標。整個系統(tǒng)設計具有實時備份結構，保障數(shù)據(jù)傳輸以及控制數(shù)據(jù)，以及同時感知同時檢測進行倒備。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時或是系統(tǒng)傳輸故障，備份系統(tǒng)自動切換備用主機，無需人為干預，如此多級別的備份方式看似復雜，實際為全自動進行，體現(xiàn)人工智能化設計要求。
任何電子設備都不是絕對穩(wěn)定的，電子元件的故障不是可預測的。那么備份的重要性主要體現(xiàn)在，能夠加強系統(tǒng)的安全等級。
無縫實時熱備份
本系統(tǒng)的重點在于如何實現(xiàn)系統(tǒng)核心工作主機的無縫實時熱備份，以下重點說明此備份功能和原理。
備份啟動可以使用預先設定好的判斷條件自動完成，也可以是人為手動強制切換，不會依賴第三方設備。
當一旦出現(xiàn)問題，需要使用手動備份時，用戶可以通過裝置在主機軟件界面上的倒備開關，進行一鍵切換，切換動作會在瞬間完成，做到時間短，速度快，保證系統(tǒng)的正常的運行而不產生間斷；而使用自動備份，是在預先設定好的條件下，譬如：主機異常、主機電源出現(xiàn)故障、主機網絡故障等情況下，系統(tǒng)會自動切換到備機，以保證系統(tǒng)的正常運行。
這里重點闡述一下網絡故障備份架構，所有控制數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)全部基于網絡構架,所以在備份上同時要保障數(shù)據(jù)傳輸備份以及控制數(shù)據(jù)備份，即：CobraNet端口備份、以太網口TCP/IP備份以及同時感知同時檢測進行倒備。當主機CobraNet網絡數(shù)字音頻信號接口出現(xiàn)故障時或是系統(tǒng)傳輸故障，備份機會認為CobraNet端口出現(xiàn)異常，自動切換備用主機，無需人為干預。以太網管理端口為控制數(shù)據(jù)端口，當控制端口出現(xiàn)異常，控制信號無法被主機接收時，備機將自動代替主機工作，完成主備切換。
備份流程圖
如此多級別的備份方式看似復雜，實際為全自動進行，體現(xiàn)人工智能化設計要求。
信號經過模數(shù)轉換后，會將信號發(fā)送到網絡中，此時主機NION系統(tǒng)以及備機NION系統(tǒng)會同時接收到音頻網絡音頻信號，主、備機會分別在各自的DSP上對信號進行完全相同的信號處理和路由，經處理后的信號，在正常工作的狀態(tài)下，會由主機向輸出接口機終端用戶發(fā)送信號，信號通過輸出接口機的數(shù)模轉換后，變成模擬音頻信號，在經由功放放大后驅動揚聲器。當主機NION系統(tǒng)出現(xiàn)TCP/IP控制網絡中斷、CobraNet數(shù)字音頻網絡中斷、風扇停止運行或轉速降低、以及工作溫度超出穩(wěn)定狀態(tài)、斷電等等情況后，備份機器會自動強制搶斷主機向輸出接口機發(fā)送信號的權利，信號會由備份機器自動向數(shù)字接口機發(fā)送信號。
信號的切換是通過改變備份NION系統(tǒng)數(shù)據(jù)包接收通道來實現(xiàn)，具體的講也就是在主機NION系統(tǒng)工作時，備機Nion系統(tǒng)向網絡接口機發(fā)送數(shù)據(jù)包設定為關閉狀態(tài)，但是要事先在軟件上將備份NION系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)包優(yōu)先級提高到高于主機Nion能夠，此時雖然備份NION系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送優(yōu)先級別較高，但是由于數(shù)據(jù)包是處于關閉狀態(tài)，實際上信號依然是由主機NION系統(tǒng)來向網絡數(shù)字接口機發(fā)送信號。一旦判斷條件成立，軟件會自動將備份NION系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)包通道開啟，由于備份NION系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)包具有較高的優(yōu)先級別，因此信號會自動被備份NION系統(tǒng)強制搶斷。實現(xiàn)主機/備機工作狀態(tài)的自動切換。同時發(fā)出報警信息在軟件界面或者通知操作人員
六、網絡傳輸
系統(tǒng)采用CobraNet音頻網絡來進行音頻的傳輸。CobraNet是綜合硬件、軟件和通信協(xié)議為一體的網絡音頻實時傳輸技術。通過該協(xié)議可以使音頻信號和控制信號在以太網上傳輸，為保證聲音的質量，音頻信號的采樣頻率支持48KHz/96 KHz，量化為20bit或24bit的數(shù)據(jù)。它通過普通的網線就能雙向傳輸128路的音頻信號，數(shù)字信號的抗干擾性要比模擬信號的抗干擾性高，減少在傳輸過程中噪音對音頻信號的影響；在采用網絡介質傳輸音頻時，可減少線路上的復雜性連接，使系統(tǒng)非常容易維護。
CobraNet音頻網絡雖然是建立在以太網的基礎之上的，但是又不同于以太網：
1．以太網可以通過路由器在不同的網段之間進行數(shù)據(jù)的傳輸，CobraNet是OSI模型的第二層協(xié)議不能通過路由器在不同的網段之間進行傳輸。
2．以太網可以使用HUB(集線器)，CobraNet不能使用HUB。
系統(tǒng)重點說明：
1、獨立建網
每個CobraNet 的音頻通道的數(shù)據(jù)量是48KHz×20Bit=0.96MBit/s，再加上通道的控制數(shù)據(jù)和其它公共數(shù)據(jù)一個通道音頻數(shù)據(jù)量大約是1.1 MBit/s，使得每個Bundle（包含8個音頻通道）的實際數(shù)據(jù)流接近9 MBit/s左右，而我們使用100M快速以太網交換機時，每個端口最大吞吐量為單向8個Bundle，也就是占用100M以太網帶寬的72M的帶寬，再加上考慮到CobraNet 音頻傳輸?shù)姆�(wěn)定性，我們使用至少100M以太網才可以進行CobraNet音頻數(shù)據(jù)的傳輸了。此外網絡中不能存在其它非CobraNet設備，這就意味著不能在這種網絡上進行其它數(shù)據(jù)交換，如果在網絡中加入其它類型的網絡設備，則網絡上的非CobraNet數(shù)據(jù)就會在網絡中與CobraNet數(shù)據(jù)包發(fā)生沖突，導致數(shù)據(jù)丟失或連接中斷。
2、使用支持VLAN劃分的交換機
由于CobraNet音頻網絡傳輸?shù)男盘柺菍崟r無壓縮的音頻數(shù)據(jù)流，所以音頻信號所占得帶寬比較大，每路音頻信號所占帶寬大約1.1M。在整個網絡中還存在TCP/IP的控制信號，當CobraNet信號和TCP/IP信號共同存在一個網絡時，就需要將兩種信號區(qū)分開防止在系統(tǒng)中出現(xiàn)網絡堵塞就會影響音頻信號的傳輸。當使用支持VLAN的交換機時，通過對交換機的操作把以上兩種信號劃分開，從而使兩種信號同時在一個網絡中傳輸而不互相影響，使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
七、應用效果
整體系統(tǒng)在安裝調試完成后先后經過了一下幾個大型活動。應用效果獲得了客戶的好評。
1)2010年12月國家軍委領導到項目上檢驗整體系統(tǒng)的運行情況,并且在導演大廳、各級指揮大廳進行了講話。
2）2011年1月甲方人員組織了大型聯(lián)合作戰(zhàn)演習，參與單位有：三個軍區(qū)、某空軍集團軍、某陸軍集團軍、某海軍集團軍共計400人參加了演習。
3）2011年6月甲方還組織了兩個軍區(qū)的聯(lián)合軍事演習。
4）2011年6月甲方在組織了本季度在此學校畢業(yè)的學員，畢業(yè)課程的演練參加此次演習的共計200人。
以上幾次大型活動的應用甲方及參加演習的單位人員給出了好評。
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