摘要 闡述了在地震觀測(cè)系統(tǒng)中采用CDMA無(wú)線技術(shù)傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)構(gòu)成，以及設(shè)備選擇使用情況。
關(guān)鍵詞 地震觀測(cè)；數(shù)據(jù)傳輸；無(wú)線傳輸技術(shù)

引言
近年來(lái)，隨著地震觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)地震局新建、改建了一大批的各類地震觀測(cè)臺(tái)站，其中絕大部分為無(wú)人值守臺(tái)。原來(lái)的地震觀測(cè)臺(tái)多采用DDN做為數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路。DDN的建設(shè)、運(yùn)行成本較高，尤其是一些偏遠(yuǎn)的地震觀測(cè)臺(tái)，DDN線路難以覆蓋，即使覆蓋的臺(tái)站，由于維護(hù)不便，線路故障率較高。而臺(tái)站觀測(cè)設(shè)備數(shù)字化程度越來(lái)越高，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸線路的穩(wěn)定性、帶寬、方便使用等方面要求越來(lái)越高。無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用到地震觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸上越來(lái)越多。

1傳輸技術(shù)選擇
在地震觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸上，無(wú)線傳輸方式是一種使用簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高的傳輸方式。無(wú)線數(shù)字傳輸方式包括微波、短波以及我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)信道的CDMA、GPRS和EDGE等。經(jīng)
比較分析CDMA和GPRS傳輸方式更便于應(yīng)用在地震觀測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)傳輸。
GPRS(General Packet Radio Service)，即通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，按流量計(jì)費(fèi)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令。GPRS理論傳輸速率可達(dá)l71．2 kbps，實(shí)際傳輸速率大約在40 kbps。中國(guó)移動(dòng)2002年5月18日開(kāi)始正式商用GPRS網(wǎng)絡(luò)。
CDMA lX原意是指CDMA 2000的第一階段，網(wǎng)絡(luò)部分引入分組交換，可支持移動(dòng)IP業(yè)
務(wù)；CDMA IX是在CDMA IS95系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為CDMA用戶
提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；CDMA lX理論傳輸速率可達(dá)300 kbps，目前的實(shí)際傳輸速率大約
100 kbps，可以用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。

2 系統(tǒng)構(gòu)成
2．1傳輸構(gòu)成
系統(tǒng)傳輸采用了基于TCP／IP協(xié)議的VPN方式。整個(gè)無(wú)線傳輸系統(tǒng)由臺(tái)站無(wú)線路由器、
CDMA＼GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、中心VPN路由器、中心設(shè)備管理系統(tǒng)組成。
臺(tái)站無(wú)線路由器通過(guò)CDMA＼GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與中心VPN路由器建立L2TP連接，使臺(tái)
站子網(wǎng)成為局域網(wǎng)的一部分，中心各種專業(yè)服務(wù)器可以以訪問(wèn)IP地址的方式直接訪問(wèn)到各臺(tái)
站設(shè)備。
2．2 網(wǎng)絡(luò)傳輸方式選擇
在采用VPN系統(tǒng)構(gòu)成前，考慮到測(cè)震系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)采不支持TCP／IP方式輸出，首先采用
了CDMA無(wú)線DDN做數(shù)傳實(shí)驗(yàn)。CDMA無(wú)線DDN的系統(tǒng)構(gòu)成為：臺(tái)站無(wú)線DTU、CDMA
網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、中心路由器、中心DTU組成。數(shù)據(jù)從數(shù)采的RS232口輸出，由臺(tái)站無(wú)線DTU將
串口數(shù)據(jù)流分裝成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)經(jīng)過(guò)中心路由器轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入中心DTU，中
心DTU再將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包封裝成串口數(shù)據(jù)流輸出。
采用該方式的主要問(wèn)題在于臺(tái)站DTU設(shè)備和中心DTU設(shè)備穩(wěn)定性。由于DTU設(shè)備承
擔(dān)了數(shù)據(jù)流類型轉(zhuǎn)換的工作，占據(jù)了大量的系統(tǒng)資源。同時(shí)，該設(shè)備又承擔(dān)與CDMA平臺(tái)及
中心路由器之間的網(wǎng)絡(luò)交互。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，臺(tái)站DTU在CDMA信號(hào)不好的情況下容
易出現(xiàn)系統(tǒng)假死的現(xiàn)象。中心DTU設(shè)備和中心路由器之間定期出現(xiàn)數(shù)據(jù)包堵包的情況，出
現(xiàn)這種情況的根本原因還在深入研究中。經(jīng)過(guò)多次論證后，選擇用VPN網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行數(shù)
據(jù)傳輸(祁玉生等，2000；潘琢金等，2000)。
2．3 VPN協(xié)議選擇
在通過(guò)VPN組網(wǎng)時(shí)考慮到傳輸數(shù)據(jù)的安全性，首先采用IPSec加密方式進(jìn)行VPN連接。
IPSec在IP層上對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行高強(qiáng)度的安全處理，提供數(shù)據(jù)源地驗(yàn)證、無(wú)連接數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)機(jī)密性、抗重播和有限業(yè)務(wù)流機(jī)密性等安全服務(wù)。各種應(yīng)用程序可以享用IP層提供的安全服務(wù)和密鑰管理，而不必設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)自己的安全機(jī)制。因此，減少密鑰協(xié)商的開(kāi)銷(xiāo)，也降低了產(chǎn)生安全漏洞的可能性。IPSec可連續(xù)或遞歸應(yīng)用，在路由器、防火墻、主機(jī)和通信鏈路上配置，實(shí)現(xiàn)端到端安全、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)和安全隧道技術(shù)。
臺(tái)站路由器啟用了IPSec客戶端，在中心路由器上啟用了IPSec服務(wù)，兩端均正確配置后，臺(tái)站和中心之問(wèn)建立的基于IPSec的VPN連接。通過(guò)這種方式建立了若干臺(tái)站的連接，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試。實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)IPSec建立的VPN網(wǎng)絡(luò)是個(gè)對(duì)等網(wǎng)，而對(duì)等網(wǎng)之間是沒(méi)有路由的。比如：臺(tái)站A與中心建立了IPSec連接，臺(tái)站B與中心也建立了IPSec連接，在中心可以訪問(wèn)臺(tái)站A和B，觀測(cè)數(shù)據(jù)可交換。但臺(tái)站A與臺(tái)站B之間不能互相訪問(wèn)及數(shù)據(jù)交換。
要解決上述問(wèn)題就必須在IPSec的基礎(chǔ)上再加GRE封裝。IPSec加GRE的VPN連接方式
確實(shí)可以解決IPSec臺(tái)站互通的問(wèn)題，但是臺(tái)站CDMA平臺(tái)的帶寬在理想況下只有120 kbs。如果在比較偏遠(yuǎn)的地方僅為70～80 kbs。啟用IPSecq-GRE VPN信道建立會(huì)造成30％～50％的帶寬開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)由于協(xié)議對(duì)安全性要求較高，對(duì)中心路由器的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)就加大，需要選擇高檔的中心路由器降低了性價(jià)比。最后我們選用了既兼顧性能也兼顧安全的L2TP VPN。通過(guò)實(shí)際使用，臺(tái)站運(yùn)行率基本保證在90％以上，基本滿足地震觀測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

3臺(tái)站設(shè)備要求
臺(tái)站設(shè)備的選擇是相當(dāng)關(guān)鍵的，臺(tái)站設(shè)備一般都安裝在無(wú)人值守臺(tái)站中，對(duì)該設(shè)備的穩(wěn)定、可靠性要求較高。為能滿足地震觀測(cè)臺(tái)站傳輸?shù)男枰贫伺_(tái)站設(shè)備的功能要求和性能要求。
功能要求：寬電壓支持，9～26 V DC輸入；串口配置，通過(guò)外部串口可進(jìn)行配置；Telnet配置，通過(guò)Telnet方式進(jìn)行配置；Web配置，通過(guò)Web方式進(jìn)行配置；日志功能，系統(tǒng)自動(dòng)記錄運(yùn)行狀態(tài)；LED顯示運(yùn)行狀態(tài)；具備路由功能、VPDN支持；硬件看門(mén)狗功能；支持CHAP認(rèn)證、PAP認(rèn)證、MS–CHAP認(rèn)證；網(wǎng)絡(luò)鏈路偵測(cè)適時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)鏈路；斷線檢測(cè)，自動(dòng)修復(fù)技術(shù)，鏈路及網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，按照預(yù)定策略重新?lián)芴?hào)；動(dòng)態(tài)域名綁定，將動(dòng)態(tài)IP綁定固定域名服務(wù)；NAT功能，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換；流量管理技術(shù)應(yīng)用流量管理策略，通過(guò)劃分不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)別對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)度，保證關(guān)鍵應(yīng)用的帶寬要求；虛擬服務(wù)器可映射4個(gè)端口服務(wù)；支持PPTP、L2TP、MPPE服務(wù)器及客戶端；支持IPSec服務(wù)器及客戶端、ESP；IKE支持Internet Key Ex—change(IKE)自動(dòng)密鑰管理；支持內(nèi)網(wǎng)穿透，支持自定義內(nèi)網(wǎng)穿透(IPSec)；DPD(Dead PeerDetect)隧道巡檢和自動(dòng)恢復(fù)，可自動(dòng)檢測(cè)隧道和恢復(fù)隧道；支持多種加密算法；數(shù)據(jù)完整性保護(hù)MD5一HMAC、SHAl一HMAC；支持虛擬IP映射；支持短信報(bào)警；支持本地及遠(yuǎn)程升級(jí)以及按需撥號(hào)。
性能要求：CDMA撥號(hào)時(shí)長(zhǎng)<8 s；連接持續(xù)時(shí)間>24 h；udp延遲％500 ms；udp丟包率≤1％；上行速率≤60～80 kbps；下行速率≤l00 kbps：VPN接人時(shí)長(zhǎng)<8 s；連接持續(xù)時(shí)問(wèn)>6 h；udp延遲500～700 ms；udp丟包率≤5％；上行速率≤50 kbps；下行速率≤80 kbps；

4結(jié)束語(yǔ)
作為較先進(jìn)的傳輸手段，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)具有易建設(shè)、覆蓋范圍廣及良好的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性的情況下，無(wú)線傳輸技術(shù)可以作為傳輸手段之一為地震觀測(cè)臺(tái)站提供數(shù)據(jù)，并對(duì)地震臺(tái)站的監(jiān)測(cè)工作起到推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)
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Application of wireless technique in the transmission of seismic observation data
Qin Haowen and Ding Rui
(Earthquake Administratim of Shanghai Municipality，Shanghai 200062，China)
Abstract
We expatiate the usage of CDMA wireless transmission technique in the seismic observation system． It includes the framework of seismic data transmission system，as well as the choice of equipment．
Key words：seismic observation，data transmission，wireless transmission technology