更新时间：2011-9-8 10:26:52
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编辑：孟子默
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【音响网资讯】在某部队院校进行实践性教学的综合性演习系统的建设中，我们参与的多级指挥系统的设计与建设。
一、 系统概述
综合性演习系统涉及有导演大厅、各级指挥大厅、作业室等20多个教学场地。在进行实践性教学活动时，每个教学场所都有不同的实践性教学活动。总控室是教学活动及其功能相关的保障场所。为了满足这些场所进行教学活动对音频系统的需求，音频系统要充分做到的简单划一，便于控制管理。采取既能集中化管理又能分散化控制的两相结合的系统模式。
二、 系统设计理念
科技不断进步与发展，新技术层出不穷。但无论趋势发展到何种方向，“精确”、“简单”、“人性化”操作以及自动化运行监测是整个系统设计的必要前提。
以人为本，坚持人性化设计
以往的系统设计中，往往使用了很多先进的设备，但往往把最后的一环，用户的“使用”忽略了。用户往往面对的是一片复杂的设备按键，看不懂的旋钮，一大排闪烁的指示灯，出了问题则不知所措，而且往往很多专业的工程师都不能解释所有的按键和旋钮和灯的作用，更不用说用户了，所以最终的优秀设计应该是让用户用简单的操作来实现复杂的功能，在出现问题时候还能够一键恢复，这是一个优秀系统的标志，用户不是系统研发人员，交给他的系统应该是一套智能先进，使用稳定，同时和环境装潢严密配合的系统。
三、 系统设计架构
通过上述分析以及根据实际需求，要建设的系统要充分做到的简单划一，便于控制管理。所以，我们提出既能集中化管理又能分散化控制的两相结合的系统模式，通过国际成熟的CobraNet网络传输处理架构，应用并且在多项大型成功案例中得到证实的稳定系统结构进行设计，系统结构图如下所示：
系统结构图
如上图所示，整个系统分为三级网络体系，第一级为“核心级”即总控制室以及导播大厅所在区域；第二级为“战略大厅”所在分控室和“红军指挥室”所在控制室以及中型指挥室、蓝军指挥室、第三方指挥室、新闻发布；三级网络由“战略大厅”所属7间“各方演习室”和“红军指挥室”所属8间“三级指挥所”组成；三级系统与所属二级系统建立沟通联络。
三级网络可以由一个操作平台集中进行管理、分配、调度控制，同时总控制室所在的一级核心可以向二级发送、传输信息、以及监控、调用二级网络各个系统。同时二级网络中的“战略大厅”、“红军指挥室”进行有选择传输到所辖三级系统内，整个结构控制按照梯形结构有序进行组织调配。只所以采取梯形组织架构，是因为当某一项梯形分支出现问题时，不会影响其他分支且其他控制室能够正常进行工作，充分考虑了整个系统的冗余性。
为了满足综合性演习活动对音频系统的需求，音频系统要充分做到的简单划一，便于控制管理。所以，我们提出既能集中化管理又能分散化控制的两相结合的系统模式，通过国际成熟的品牌美国Peavey的基于CobraNet以太网音频传输技术的数字音频网络处理和传输架构，系统结构图如下所示：
采用星型结构的数字音频网络结构图
采用7台数字网络控制平台主机放于总控制室，其中1台用作备份主机，每台主机CobraNet端口提供的另外64个音频通道，那么6台总共提供384个音频通道及192路输入通道和192路输出通道，输入通道音频可以任意切换到192路输出通道，满足现有需求音频系统拾音信息点的需求（191路拾音）。
四、 系统应用功能
整个系统所辖指挥室的数量多，所涉及的区域广。设计要求在今后运营中内部管理人员能够集中管理又能进行远程管理整个系统，同时各个二级网络系统以及所属三级网络系统又能独立进行工作，拥有最高权限管理人员可以在重要的地点进行实施的控制（如，可在导演大厅调用属下多个指挥室的操控程序，利用操作权限从上置下接管指挥室的控制权），也可以通过权限许可浏览上一级系统的控制界面。
从上传下达命令的功能角度，要求总控制室可以对所有或任意指定的一个、几个控制室进行独立和编组的发布指令，由于整个系统结构架构在标准的网络下，完成上述基本功能全部由系统自行完成，所有的控制模式均可通过全中文化操作界面控制，操作人员只需要面对设定好的操控界面进行“一键”式操控。
所有控制界面可根据项目使用要求设定编制，它可以减轻烦杂的多指挥室管理的工作量，可以把帮助操作人员对多设备进行调控工作，同时对于可以建立实时的设备巡查机制，任何设备出现问题就能在操作界面上显示，通过恰当的操作彻底把操作人员的从烦杂的工作量中解脱出来。
下图为音频监控界面：
从图中我们可以很容易的看出每台设备在在线情况，工作状态、设备状态等相关信息，也因此我们无需为设备是否正常工作而去每个房间巡查设备状态。也因此我们可以节省大量的人力及其时间。
在整个系统组成中，我们在各个房间各个区域内都设置有拾音话筒。这样我们就可以轻松的监听到当前区域的声音是否正常，而不用我们在开始之前每个房间都巡查一遍来检查音箱是否正常工作。同时在检查工作的时候，也没有必要每个房间都去，而是坐在总控室，轻点下鼠标即可听到各个会场的实时音频了。
如下图：
从图中我们可以看出，每个拾音话筒。我们都可以任意的切选到指定的监听体，上实现一键式的简单监听功能呢。
每个指挥室可以独立进行演练应用，同时不影响其他指挥室正常的工作，同时采用分级应用模式，总控制室可以监控每个独立应用演练的状态，做到监控细节，保持导演大厅的总观览权。每个指挥室，可以进行单独的指挥控制，也可以进行多房间里的联合控制。
如图所示，我们可以看出，当我们需要进行房间联合演练的时候，我们只需轻轻点击下鼠标，我们就可以实现房间的联合状态，测试硬件上的设备是一点都不用改变的。
通过以上的几个方面我们可以看出，在本系统构成中，我们完全脱离开了以前模拟系统的繁琐的构成，及繁琐的操作，在本套系统中我们实现了简单的系统构成和一键式的灵活操作。充分满足客户需求，符合当前的时代背景。
五、 系统备份
综合性演习系统的可靠性是系统设计的关键性指标。整个系统设计具有实时备份结构，保障数据传输以及控制数据，以及同时感知同时检测进行倒备。当系统出现故障时或是系统传输故障，备份系统自动切换备用主机，无需人为干预，如此多级别的备份方式看似复杂，实际为全自动进行，体现人工智能化设计要求。
任何电子设备都不是绝对稳定的，电子元件的故障不是可预测的。那么备份的重要性主要体现在，能够加强系统的安全等级。
无缝实时热备份
本系统的重点在于如何实现系统核心工作主机的无缝实时热备份，以下重点说明此备份功能和原理。
备份启动可以使用预先设定好的判断条件自动完成，也可以是人为手动强制切换，不会依赖第三方设备。
当一旦出现问题，需要使用手动备份时，用户可以通过装置在主机软件界面上的倒备开关，进行一键切换，切换动作会在瞬间完成，做到时间短，速度快，保证系统的正常的运行而不产生间断；而使用自动备份，是在预先设定好的条件下，譬如：主机异常、主机电源出现故障、主机网络故障等情况下，系统会自动切换到备机，以保证系统的正常运行。
这里重点阐述一下网络故障备份架构，所有控制数据和音频数据全部基于网络构架,所以在备份上同时要保障数据传输备份以及控制数据备份，即：CobraNet端口备份、以太网口TCP/IP备份以及同时感知同时检测进行倒备。当主机CobraNet网络数字音频信号接口出现故障时或是系统传输故障，备份机会认为CobraNet端口出现异常，自动切换备用主机，无需人为干预。以太网管理端口为控制数据端口，当控制端口出现异常，控制信号无法被主机接收时，备机将自动代替主机工作，完成主备切换。
备份流程图
如此多级别的备份方式看似复杂，实际为全自动进行，体现人工智能化设计要求。
信号经过模数转换后，会将信号发送到网络中，此时主机NION系统以及备机NION系统会同时接收到音频网络音频信号，主、备机会分别在各自的DSP上对信号进行完全相同的信号处理和路由，经处理后的信号，在正常工作的状态下，会由主机向输出接口机终端用户发送信号，信号通过输出接口机的数模转换后，变成模拟音频信号，在经由功放放大后驱动扬声器。当主机NION系统出现TCP/IP控制网络中断、CobraNet数字音频网络中断、风扇停止运行或转速降低、以及工作温度超出稳定状态、断电等等情况后，备份机器会自动强制抢断主机向输出接口机发送信号的权利，信号会由备份机器自动向数字接口机发送信号。
信号的切换是通过改变备份NION系统数据包接收通道来实现，具体的讲也就是在主机NION系统工作时，备机Nion系统向网络接口机发送数据包设定为关闭状态，但是要事先在软件上将备份NION系统的发送数据包优先级提高到高于主机Nion能够，此时虽然备份NION系统的数据包发送优先级别较高，但是由于数据包是处于关闭状态，实际上信号依然是由主机NION系统来向网络数字接口机发送信号。一旦判断条件成立，软件会自动将备份NION系统的发送数据包通道开启，由于备份NION系统的发送数据包具有较高的优先级别，因此信号会自动被备份NION系统强制抢断。实现主机/备机工作状态的自动切换。同时发出报警信息在软件界面或者通知操作人员
六、网络传输
系统采用CobraNet音频网络来进行音频的传输。CobraNet是综合硬件、软件和通信协议为一体的网络音频实时传输技术。通过该协议可以使音频信号和控制信号在以太网上传输，为保证声音的质量，音频信号的采样频率支持48KHz/96 KHz，量化为20bit或24bit的数据。它通过普通的网线就能双向传输128路的音频信号，数字信号的抗干扰性要比模拟信号的抗干扰性高，减少在传输过程中噪音对音频信号的影响；在采用网络介质传输音频时，可减少线路上的复杂性连接，使系统非常容易维护。
CobraNet音频网络虽然是建立在以太网的基础之上的，但是又不同于以太网：
1．以太网可以通过路由器在不同的网段之间进行数据的传输，CobraNet是OSI模型的第二层协议不能通过路由器在不同的网段之间进行传输。
2．以太网可以使用HUB(集线器)，CobraNet不能使用HUB。
系统重点说明：
1、独立建网
每个CobraNet 的音频通道的数据量是48KHz×20Bit=0.96MBit/s，再加上通道的控制数据和其它公共数据一个通道音频数据量大约是1.1 MBit/s，使得每个Bundle（包含8个音频通道）的实际数据流接近9 MBit/s左右，而我们使用100M快速以太网交换机时，每个端口最大吞吐量为单向8个Bundle，也就是占用100M以太网带宽的72M的带宽，再加上考虑到CobraNet 音频传输的稳定性，我们使用至少100M以太网才可以进行CobraNet音频数据的传输了。此外网络中不能存在其它非CobraNet设备，这就意味着不能在这种网络上进行其它数据交换，如果在网络中加入其它类型的网络设备，则网络上的非CobraNet数据就会在网络中与CobraNet数据包发生冲突，导致数据丢失或连接中断。
2、使用支持VLAN划分的交换机
由于CobraNet音频网络传输的信号是实时无压缩的音频数据流，所以音频信号所占得带宽比较大，每路音频信号所占带宽大约1.1M。在整个网络中还存在TCP/IP的控制信号，当CobraNet信号和TCP/IP信号共同存在一个网络时，就需要将两种信号区分开防止在系统中出现网络堵塞就会影响音频信号的传输。当使用支持VLAN的交换机时，通过对交换机的操作把以上两种信号划分开，从而使两种信号同时在一个网络中传输而不互相影响，使整个系统更加稳定。
七、应用效果
整体系统在安装调试完成后先后经过了一下几个大型活动。应用效果获得了客户的好评。
1)2010年12月国家军委领导到项目上检验整体系统的运行情况,并且在导演大厅、各级指挥大厅进行了讲话。
2）2011年1月甲方人员组织了大型联合作战演习，参与单位有：三个军区、某空军集团军、某陆军集团军、某海军集团军共计400人参加了演习。
3）2011年6月甲方还组织了两个军区的联合军事演习。
4）2011年6月甲方在组织了本季度在此学校毕业的学员，毕业课程的演练参加此次演习的共计200人。
以上几次大型活动的应用甲方及参加演习的单位人员给出了好评。
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