林海濤，何如龍，吳學智

（海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033）

1 引言

隨著信息化建設飛速發(fā)展，為滿足快速傳遞信息的需求，擁有多種通信業(yè)務終端和異構(gòu)網(wǎng)絡成為商務人員的必然選擇[1]，如圖1所示。

經(jīng)過調(diào)查分析，并結(jié)合網(wǎng)絡實際連接圖，可發(fā)現(xiàn)當前使用的系統(tǒng)主要存在以下問題：1）各業(yè)務網(wǎng)絡基于業(yè)務需求而建設，出于安全性考慮，大多業(yè)務網(wǎng)絡相互隔離，因此有多少種業(yè)務，就有多少種業(yè)務網(wǎng)絡，對用戶而言就有多少類網(wǎng)絡終端；2）每部終端只能應用于一個網(wǎng)絡，存在信息孤島[2]，有時為了獲取多方面信息，必須在多臺終端上同時進行操作，操作復雜，信息處理的效率比較低；3）眾多網(wǎng)絡終端設備集中于狹小的辦公區(qū)域，辦公場所擁擠不堪、雜亂無章。

2 系統(tǒng)總體設計

依據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡現(xiàn)狀，網(wǎng)絡終端主要分為兩類，即電話終端和網(wǎng)絡終端。電話終端又可分為普通電話和保密電話。本系統(tǒng)設計的目標是實現(xiàn)統(tǒng)一電話終端和多種電話網(wǎng)絡、統(tǒng)一網(wǎng)絡終端和多種信息網(wǎng)絡之間的任意切換，并將電話終端和網(wǎng)絡終端有機整合在一起。

異構(gòu)網(wǎng)絡終端切換整合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。接入層提供該系統(tǒng)連接各種異構(gòu)網(wǎng)絡的標準接口，包括電話網(wǎng)用戶線接口、網(wǎng)絡接口。接入層主要功能是適配各種網(wǎng)絡的接口，解決異構(gòu)的問題。交換層是本系統(tǒng)的關鍵部分，其接收控制管理層的控制指令，完成電話調(diào)度功能和信號切換功能?？刂乒芾韺咏邮沼脩舻牟僮髦噶睿D(zhuǎn)化為交換層的控制指令。該層主要通過嵌入式軟件來實現(xiàn)。終端顯示層直接面向用戶，為用戶提供統(tǒng)一的通信操作界面和管理控制界面，用戶可以通過統(tǒng)一的終端接入各種異構(gòu)網(wǎng)絡，實現(xiàn)電話通信和信息查詢等功能。

圖2 異構(gòu)網(wǎng)絡終端切換整合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)詳細設計

3.1 電話交換模塊

電話交換模塊是電話調(diào)度的底層支持模塊，與硬件平臺密切相關，其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示?；谇度胧杰浖拈_發(fā)特點，電話交換軟件在設計上采用結(jié)構(gòu)化的設計方法，從頂層往下逐層細化和設計，核心業(yè)務和公共處理部分放在主控模塊中執(zhí)行。

電話調(diào)度管理軟件與電話交換模塊沒有直接的通信關系，而是通過一個代理動態(tài)庫來實現(xiàn)兩者的通信，該動態(tài)庫實現(xiàn)對電話交換模塊的檢測和管理，并上報消息的部分解析，能夠確?；厮偷臓顟B(tài)消息為一條完整的命令幀，減輕了電話調(diào)度管理軟件的處理負擔。

3.1.1 UDP通信機制

采用UDP通信，能夠確保電話交換模塊并發(fā)的消息經(jīng)代理動態(tài)庫緩存和處理后，及時通知電話調(diào)度管理軟件進行接收處理，不需要電話調(diào)度管理軟件使用循環(huán)緩沖區(qū)來存儲，同時，該通信機制能夠方便地進行后續(xù)功能擴充。

3.1.2 回調(diào)函數(shù)

代理動態(tài)庫基于回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)，即網(wǎng)絡接口層的接收函數(shù)、發(fā)送函數(shù)均由上層軟件實現(xiàn)，由代理動態(tài)庫來調(diào)用。通信過程中，當有數(shù)據(jù)上報、Socket連接成功/斷開，代理動態(tài)庫均以回調(diào)函數(shù)的形式通知電話調(diào)度管理軟件進行處理。采用這種處理方法，當邏輯關系或者業(yè)務變更時，以及將UDP修改為TCP通信時，不需修改代理動態(tài)庫，只修改上層軟件即可。

3.1.3 連接異常處理

電話調(diào)度管理軟件無需直接面對電話交換模塊，與電話交換模塊的連接關系均由代理動態(tài)庫以回調(diào)函數(shù)通知電話調(diào)度管理軟件，省去了繁瑣的輪詢檢測機制。

3.2 電話調(diào)度管理模塊

電話調(diào)度管理模塊主要處理電話信息的調(diào)度、管理和數(shù)據(jù)處理等。采用低功耗嵌入式單板計算機作為電話調(diào)度管理模塊核心硬件處理平臺，設計調(diào)度管理軟件實現(xiàn)電話調(diào)度管理功能。

電話調(diào)度管理軟件為一單線程軟件。在應用層，用戶操作圖形界面，產(chǎn)生的點擊事件和觸發(fā)的消息，根據(jù)業(yè)務流程傳遞到綜合業(yè)務處理模塊進行處理，簡化了界面操作和邏輯處理，方便綜合業(yè)務處理模塊根據(jù)不同的消息來統(tǒng)一處理用戶事件；在網(wǎng)絡通信層，交換模塊上報的狀態(tài)信息通過Socket事件和動態(tài)庫的回調(diào)函數(shù)接收處理，屏蔽了電話調(diào)度管理軟件與電話交換模塊間的繁瑣通信。

如圖4所示，電話調(diào)度管理軟件的處理流程是基于事件驅(qū)動機制的，系統(tǒng)對上響應用戶操作事件，對下響應用戶狀態(tài)消息上報，所有事件和消息均交由業(yè)務處理模塊處理，并更新相應的界面顯示和增加通信記錄。

圖4 電話調(diào)度管理軟件系統(tǒng)運行流程

采用事件驅(qū)動機制不僅可大大簡化業(yè)務流程間的邏輯處理，而且極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性。

3.3 信號切換模塊

信號切換模塊是系統(tǒng)的底層控制模塊（見圖5），實現(xiàn)多套網(wǎng)絡模塊共用一套KVM、USB、音頻等外設的功能。信號切換控制軟件主要由一個主控模塊控制，各種信號切換及串口控制等由具體的子模塊根據(jù)主控模塊的調(diào)用實現(xiàn)。該軟件采用結(jié)構(gòu)化的設計方法進行設計，交換矩陣的切換控制必須考慮到實時性要求。

3.4 電源模塊

電源模塊為整個后臺子系統(tǒng)及桌面子系統(tǒng)供電，并為電話交換模塊提供鈴流。電源模塊同時提供后備電源方式供電，模塊內(nèi)部包含鋰電池組，當外接交流電斷電時，自動啟動備用電源系統(tǒng)為各功能模塊供電，保證設備工作不間斷。

該模塊內(nèi)設置電源監(jiān)控代理，實時反映電源模塊的供電情況，包括當前的供電方式以及電池供電方式下的電量信息，方便用戶實時了解電源信息。系統(tǒng)運行流程圖如圖6所示。

圖6 電源監(jiān)控軟件系統(tǒng)運行流程

4 性能分析

4.1 功能和成本分析

經(jīng)過試驗，原電話終端的功能沒有任何缺失，同時統(tǒng)一增配了來電轉(zhuǎn)接、來電號碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)接、對講、錄音等功能。

采用本系統(tǒng)的異構(gòu)網(wǎng)絡終端切換整合系統(tǒng)，代替了原6～7部電話機、2～3套計算機設備（包括主機、顯示器、鍵盤、鼠標等），空間尺寸可節(jié)省50%。同時使電話機、顯示器、鍵盤、鼠標等設備的采購成本下降40%。

4.2 可靠性分析

根據(jù)電子設備的可靠性評估算法，可得出該系統(tǒng)MTBF貝葉斯單側(cè)置信下限公式為

式中：MTBFL表示設備MTBF單側(cè)置信下限；T為設備的等效試驗累積時間；γ為故障數(shù)；（1-α）為置信度，本次取0.6；χ21-α是置信度為（1-α）的 χ平方分布。

根據(jù)多次試驗，根據(jù)可靠性、維修性、保障性工程軟件CARMES2.5，可計算該系統(tǒng)可靠性評估單側(cè)置信下限超過2 000 h。

4.3 安全性分析

通常采用物理隔離技術(shù)進行網(wǎng)絡安全性分析。傳統(tǒng)的物理隔離辦法主要有以下3種[3-5]：1）采用兩套系統(tǒng)，包括兩套布線、兩套網(wǎng)絡設備以及兩套終端，布線還要加一些屏蔽手段來防范電磁輻射，進而造成了網(wǎng)絡建設的巨大浪費。2）采用雙硬盤型或單硬盤雙操作系統(tǒng)型等隔離方式，造成了投資的浪費，而且操作復雜，需采用兩個硬盤或在單硬盤上進行硬盤分區(qū)，切換網(wǎng)絡必須重新啟動系統(tǒng)，使用十分繁瑣。3）采用兩塊網(wǎng)卡外加一塊物理隔離卡，兩塊網(wǎng)卡分別接到內(nèi)部網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡，物理隔離卡用于實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)絡物理隔離。該種方式仍然可能加大安全隱患，并且占用了計算機較多的硬件資源，造成性能下降。

在本系統(tǒng)中，為了保證接入網(wǎng)絡間的完全物理隔離，對各接入網(wǎng)絡采用獨立的CPU、內(nèi)存、硬盤的設計模式，僅共用顯示器、鍵盤、鼠標、手寫板等輸入/輸出設備，保證各處理模塊間完全物理隔離。系統(tǒng)方案在網(wǎng)絡安全性、網(wǎng)絡建設成本以及計算機性能等幾個指標取得了很好的均衡，是較優(yōu)的方案。

5 小結(jié)

基于嵌入式處理器控制技術(shù)、電話交換技術(shù)實現(xiàn)的異構(gòu)網(wǎng)絡終端切換整合系統(tǒng)，很好地解決了目前面臨的很多異構(gòu)信息處理困難的問題，很大程度上降低了成本。該系統(tǒng)通過交換矩陣和KVM切換等技術(shù)實現(xiàn)多路電話統(tǒng)一管理、智能電話信息集中管理、快速電話調(diào)度、網(wǎng)絡一鍵切換及輔助信息處理等功能，為商務人員提供了一種高效的通信管理和有效的輔助信息管理工具。

[1]于高，陳永生，郭玉臣.異構(gòu)網(wǎng)絡查詢終端切換整合系統(tǒng)的研究與設計[J].計算機應用，2009，29（8）：2191-2193.

[2]李遙，朱曉蕓，楊帳.異構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)字平臺的構(gòu)建[J].計算機工程，2005，31（3）：230-233.

[3]胡志新，王英惠，尹勇，等.集成網(wǎng)絡功能的PCI接口物理隔離卡開發(fā)[J].計算機工程，2007，33（11）：249-250.

[4]JAMES S.Security of virtual private networks[J].Information Systems Security，2001，1（10）：18-36.

[5]向李娟，董志明.縣級網(wǎng)絡信息平臺的整合建設方案研究[J].軟件導刊，2009，8（12）：135-137.