本文提供了一種基于4G網(wǎng)絡(luò)的地震監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了4G技術(shù)的基本知識(shí)，描述了4G無線傳輸應(yīng)用于地震監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。
一、前言
地震監(jiān)測(cè)行業(yè)具有網(wǎng)點(diǎn)多、布局分散的特點(diǎn)，將各采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到中心監(jiān)控端進(jìn)行分析預(yù)測(cè)是地震監(jiān)測(cè)行業(yè)中非常重要的一環(huán)，這對(duì)于突發(fā)事件的預(yù)測(cè)及震后的監(jiān)測(cè)都至關(guān)重要，而對(duì)于每監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸來實(shí)現(xiàn)是不切實(shí)際的，根據(jù)地震監(jiān)測(cè)行業(yè)的特點(diǎn)，依托4G/3G網(wǎng)絡(luò)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)提供的豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、運(yùn)用先進(jìn)的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，為地震局提供完善的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、交互數(shù)據(jù)采集、無線傳輸、監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)分析功能。下面我們以4G為例，根據(jù)該項(xiàng)目的要求，我們廈門才茂通信科技有限公司為該項(xiàng)目提出了一套切實(shí)可行的方案。
二．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
下圖為整個(gè)系統(tǒng)方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖：
如上圖：各個(gè)臺(tái)站的測(cè)震設(shè)備通過以太網(wǎng)口與無線路由器CM520連接，CM520-8上電后按照監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)管理員的生成的vpn配置，向監(jiān)控中心internet上的VPN
Router發(fā)起VPN連接，當(dāng)中心端路由器通過認(rèn)證檢測(cè)后，會(huì)為下端的CM520-8分配一個(gè)私有IP地址、在vpn建立后,各個(gè)臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心并自動(dòng)生成數(shù)據(jù)文件并存入數(shù)據(jù)庫;監(jiān)測(cè)中心通過遠(yuǎn)程設(shè)置各臺(tái)站數(shù)字采集器的工作狀態(tài)和參數(shù)，監(jiān)測(cè)各臺(tái)站數(shù)據(jù)的接收情況及運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)了對(duì)各臺(tái)站的統(tǒng)一管理；并且為地震前兆監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資源共享搭建了平臺(tái)。vpn隧道保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，監(jiān)測(cè)中心的工作人員隨時(shí)對(duì)收集到的測(cè)震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理等。
三．主要功能簡介
中心監(jiān)控，震波采集當(dāng)廈門才茂路由器CM 520-8與中心端VPN
Router成功建立vpn后,中心端可以與下端測(cè)震設(shè)備實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的通訊。
如下圖：
假設(shè)中心網(wǎng)絡(luò)IP地址網(wǎng)段為監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的IP地址網(wǎng)段為CM520的IP地址為此時(shí)中心端監(jiān)控站可直接采集到測(cè)震設(shè)備(本例中為中的數(shù)據(jù),同時(shí)中心端的工作人員可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析.
遠(yuǎn)程維護(hù)功能位于中心在Internet上的VPN Router具有VPN接入功能.負(fù)責(zé)維護(hù)此網(wǎng)絡(luò)的管理工程師可設(shè)置不同的配置和訪問權(quán)限,通過這些配置可以讓各個(gè)網(wǎng)絡(luò)間互相通信.利用其功能,我們可以讓出差在外的技術(shù)工程師或管理員通過internet使用VPN連接至監(jiān)控中心、并通過中心的VPN Router訪問下端的測(cè)震設(shè)備.
維護(hù)此網(wǎng)絡(luò)的管理工程師按照要求為需要的人員分配帳號(hào),密碼、路由策略,身份有效期等、即可保證安全性.
這種模式為我們提供一種靈活,安全的機(jī)制隨時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備.假設(shè)這么一種情況,當(dāng)工程師出差在外,此時(shí)需要采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的震波數(shù)據(jù)時(shí),監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)管理工程師可臨時(shí)為該工程師生成一個(gè)vpn策略,允許其撥入vpn到監(jiān)控中心、并設(shè)置到監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的路由.生成配置后,該工程師收到配置,通過隨身攜帶的筆記本或PC先撥號(hào)到Internet,然后以vpn方式接入到監(jiān)測(cè)中心、運(yùn)行配套的震波采集軟件就可以收到監(jiān)測(cè)點(diǎn)1設(shè)備采集的數(shù)據(jù).完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集和分析后,工程師拆掉vpn連接,監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)管理工程師刪掉該工程師的臨時(shí)設(shè)置。
四．特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
本方案必須具備的環(huán)境和設(shè)備及軟件如下：中心能接入Internet,具有公網(wǎng)IP；具有已開通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中國移動(dòng)SIM卡：1張現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)、開通短信的中國移動(dòng)SIM卡一張;中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋現(xiàn)場(chǎng)；CM
520-8 1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)；VPN
Router 1臺(tái)(中心端；推薦使用Cisco或Netscreen等中高級(jí)vpn接入防火墻及路由器)數(shù)據(jù)采集站,配套的采集軟件(根據(jù)客戶監(jiān)控需求而定)。
技術(shù)參數(shù)如下：4G網(wǎng)絡(luò)接入，通信速率上行平均20Mbps
，下行60~70Mbps；Icmp平均延遲600ms;PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TPvpn接入。
五． 總結(jié):
依托運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)，無線接入Internet,無須鋪設(shè)接入Internet通信電纜，無須維護(hù)網(wǎng)絡(luò)測(cè)；
PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TP VPN保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；
1、設(shè)備統(tǒng)一性：對(duì)于不同的采集設(shè)備使用相同的通信設(shè)備CM
520R避免了不同設(shè)備可能帶來的兼容性問題以及以過多的通信設(shè)備操作及維護(hù)；
2、無需二次開發(fā)：為客戶節(jié)約了成本,減小技術(shù)難度,縮短建設(shè)周期,提高了競(jìng)爭力；
易用性,可操作性強(qiáng):WEBTELNET串口界面方便用戶的配置和管理,降低了日常維護(hù)人員的操作難度；
3、方案領(lǐng)先性：以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸是一種發(fā)展趨勢(shì),而VPN技術(shù)將很大程度的替代掉傳統(tǒng)專線技術(shù)；將串口通信轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通信是串口設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的一個(gè)優(yōu)選方案；
4、通信設(shè)備一次性投資：由于CM
520R是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信設(shè)備,支持當(dāng)前流行的路由協(xié)議及vpn標(biāo)準(zhǔn)，因此完全滿足以太網(wǎng)通信功能。如果有以太網(wǎng)通信功能的擴(kuò)展,通過具有本地及遠(yuǎn)程升級(jí)的功能，只需升級(jí)CM
520R內(nèi)部firmware即可完成通信設(shè)備的功能擴(kuò)展；
5、本地?cái)U(kuò)展性強(qiáng):當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)增加采集設(shè)備，只需將其接入已有CM
520R 4G Router即可完成網(wǎng)絡(luò)通信，無須再為新增的采集設(shè)備添加通信設(shè)備。