【正文】 上海船舶運輸科學研究所碩士論文 基于 Linux 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 第 1 頁 碩士研究生畢業(yè)論文 論文題目： 基于 Linu x 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 專業(yè)名稱： 通信與信息系統(tǒng) 指導教師： 陳演平 研究員，尤秉章 研究員 研 究 生： 陳建斌 答辯時間： 200 3 年 7 月 上海船舶運輸科學研究所 上海船舶運輸科學研究所碩士論文 基于 Linux 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 第 2 頁 摘 要 指揮調度系統(tǒng)是廣泛應用于部隊、大型企業(yè)、鐵路等重要部門，在進行大型項目建設及其他大型任務中使用的語音系統(tǒng)。我所的 MDDSⅡ 型數(shù)字指揮調度系統(tǒng)是根據(jù)總裝備部“ 921”工程指揮調度通信總體方案研制開發(fā)的產品，它在國防及經濟建設等許多場合得到了應用，并且取得了良好的效果。 該系統(tǒng)的特點是采用了以調度主機為中心的星型拓撲結構，系統(tǒng)的控制和語音處理都由調度主機進行，系統(tǒng)的結構簡單，維護方便。但由于調度主機主要以硬件的方式實現(xiàn)，系統(tǒng)難于擴展、 靈活性不夠；而控制和語音集中處理的方式使得系統(tǒng)對調度主機的處理速度和復雜度的要求隨系統(tǒng)門次的增加而按指數(shù)規(guī)律增加；另外，由于采用了集中式的處理方式，一旦調度主機出現(xiàn)故障將會影響到全網(wǎng)的運行。 為了解決數(shù)字指揮調度系統(tǒng)的以上問題，本文提出了一種新的設計方案 ——IP 型指揮調度系統(tǒng)。該方案使用 IP 網(wǎng)絡進行控制和語音信號的傳輸，而控制和語音信號的處理由控制終端和用戶終端分布式地處理。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是容錯能力和兼容性強，升級和擴展方便，能提高帶寬的利用率并可以實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的綜合。 對于 IP 型指揮調度系統(tǒng)，本文做 了以下幾個方面的工作： 1. 對 IP 型指揮調度系統(tǒng)進行了較全面的考慮，并在對各種可能的方案進行比較的基礎上進行了包括網(wǎng)絡系統(tǒng)、控制終端和用戶終端系統(tǒng)的軟硬件在內的系統(tǒng)整體方案設計。 2. 分析 IP 型指揮調度系統(tǒng)的運行情況，建立了使用不同 IP 網(wǎng)絡時系統(tǒng)傳輸延時的排隊論模型，并對各數(shù)學模型進行了相關理論上的性能分析。 3. 在以 PC 機為硬件、 Linux 為操作系統(tǒng)的開發(fā)平臺上開發(fā)了一個用于驗證理論結果和 IP 型指揮調度系統(tǒng)可行性的驗證系統(tǒng)。 在驗證系統(tǒng)的設計中，考慮到用戶終端將使用嵌入式系統(tǒng)及普通的 PC 機，系統(tǒng)采用了 Linux 操作系 統(tǒng)并使用 C 語言作為軟件開發(fā)語言；相關協(xié)議標準參照了 IETF 關于 VoIP 的 SIP、 RTP/RTCP 等。在指揮調度會議中的語音傳輸中，系統(tǒng)大量采用了 IP 多播技術，大大提高了系統(tǒng)的運行效率和帶寬利用率。 本文對 IP 型指揮調度系統(tǒng)的理論分析和驗證系統(tǒng)的運行結果證明了采用 IP技術的 IP 型指揮調度系統(tǒng)是可行的，并且較好地解決了原有系統(tǒng)存在的問題。 〖 關鍵詞 〗 ： IP 型，指揮調度系統(tǒng)， VoIP， Linux， 數(shù)學模型，性能分析 上海船舶運輸科學研究所碩士論文 基于 Linux 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 第 3 頁 ABSTRACT Dispatch System is a voice system widely used in important departments such as army, railway, and largescale enterprises to keep munication when building huge project. The Multi Digital Dispatch System was developed on the prehensive plan of dispatch munication system for the “921” project. It was used on many occasions include national defense and civil usage and had very good performance. The system uses a star topology with the dispatch mainframe in the center. Because all the system control and voice processes are done by the mainframe, the system’s structure is simple and the system’s support will be easier. But as the dispatch mainframe is mainly made with hardware, the system has not enough flexibility and extensibility. Because the control and voice signals are processed in the center, the plexity and speed ability required by the system will increase exponentially with the number of the system’s terminal. In addition, the fault of the dispatch mainframe will disable all the system for its star topology. To solve the problem of the existing dispatch system, a new design ——Dispatch System on IP is provided by this thesis. The Control and voice signals are transported by IP work and they will be processed distributed. The advantage of the new design is its fault tolerance ability and patibility. And the upgrade and extension of the system will be easier and the voice and data can be transported on the same work. To the IP dispatch system, the following work was done in the thesis: 1. Considered all element of the IP dispatch system. Provided a design of the whole system including software and hardware after deferent plans be pared. 2. Analyzed the running of the IP dispatch system and established the transport delay model of the IP Dispatch System. And then analyzed the performance theoretically with the mathematic model. 3. Developed a prototype of the IP Dispatch System on the PC hardware and Linux operating system. The prototype is used to validate the theoretical analysis and the feasibility of the system. Considering there will be PC hardware and embedded hardware in a practical system, the Linux operating system and program language C has been selected for the system. The reference protocols of the system are SIP, RTP/RTCP and so on, which is established by the IETF for the VoIP. IP multicast is used to transport digital voice 上海船舶運輸科學研究所碩士論文 基于 Linux 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 第 4 頁 data in the system to improve its operational efficiency and the utility of system’s bandwidth. According to the theoretical analysis of the IP Dispatch System and the performance of the system’s prototype, using IP technology to construct a IP Dispatch System is feasible. And the problems in the traditional dispatch system are solved in the new system. 〖 Key Words〗 ： IP， Dispatch System, VoIP， Linux， Mathematical model，Performance analysis 上海船舶運輸科學研究所碩士論文 基于 Linux 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 第 5 頁 目 錄 第 一章 緒論 ……………………………….………………………………. 1 概述 …………….…………………………………………………. 1 指揮調度系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀 ……………………………………. 1 本文要完成的任務 ………….……………………………………. 3 第二章 VoIP 的相關理論和關鍵技術 ………….…………………………. 4 VoIP 的基本原理 ………….…………………………………….… 4 VoIP 的相關協(xié)議 ………….……………………………… ………. 6 與 SIP 的比較 ………….…………………………………. 13 VoIP 的關鍵技術 ………….………………………………………. 14 第三章 IP 指揮調度電話系統(tǒng)的系統(tǒng)設計 ………….…………………… 16 指揮調度系統(tǒng)的基本功能要求 …………………………………... 16 傳統(tǒng)指揮調度系統(tǒng)的基本結構 ………….……………………….. 17 IP 指揮調度系統(tǒng)的設計 …………………………………………. 18 第四章 IP 指揮調度系統(tǒng)性能 分析 ………………………………………. 27 IP 指揮調度系統(tǒng)延時分析 ……….………………………………. 27 系統(tǒng)的數(shù)學模型 ………………….………………………………. 28 采用令牌環(huán)的系統(tǒng)性能分析 ……………………………………. 33 采用廣播式以太網(wǎng)的系統(tǒng)性能分析 ……..……………………… 36 采用交換式以太網(wǎng)的系統(tǒng)性能分析 …….……………………… 37 結論 ……………………………………………………………… 40 第五章 IP 指揮調度 驗證系統(tǒng)的設計 ………...………………………… 41 系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件平臺 ………………………………………… 41 系統(tǒng)的功能及時序分析 ………....……………………………… 42 IP 指揮調度用戶終端軟件設計 ………………………………… 44 管理終端軟件的設計 …………………………………………… 53 第六章 總結 ……………………………………………………………… 59 參考書目 …………………………………..……………………………… 61致謝 …………… ……………………………..…………………………… 63 上海船舶運輸科學研究所碩士論文 基于 Linux 的 IP 指揮調度系統(tǒng) 第 6 頁 第一章 緒 論 概述 指揮調度系統(tǒng)廣泛用于部隊、大型企業(yè)、電站、鐵路等重要部門，是在大型工程項目建設以及其他需要較多人員和部門配合的任務中 ， 作為指揮調度和會議電話使用的語音系統(tǒng) 。 我所的 MDDSⅡ型數(shù)字指揮調度系統(tǒng)是根據(jù)總裝備部“ 921”工程指揮調度通信總體方案研制開發(fā)的一項新產品 [1]，它已經在國防及經濟建設等許多場合得到了應用 ， 并得到了用戶的廣泛好評 。 但是 ， 隨著社會的不斷發(fā)展和我國軍隊現(xiàn)代化的不斷深入 ， 用戶對于指揮調度系統(tǒng)的功能、易用 性、容錯能力以及和其他系統(tǒng)的集成要求越來越高 ， 而且要求的系統(tǒng)容量越來越大 。 因而 ， 采用新的、更先進的技術方案來進行新一代指揮調度系統(tǒng)的設計就很必要了 ， 本文的任務就是在該背景下展開的