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摘要：本文提供了一種基于GPRS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GPRS技術(shù)的基本知識(shí)，描述了GPRS無線傳輸應(yīng)用于地震監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：GPRS路由器； Internet；地震監(jiān)控。
一、前言
地震監(jiān)測行業(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)測是地震監(jiān)測行業(yè)中非常重要的一環(huán)，這對(duì)于突發(fā)事件的預(yù)測及震后的監(jiān)測都至關(guān)重要，而對(duì)于每監(jiān)測點(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，廈門才茂通信科技有限公司根據(jù)地震監(jiān)測行業(yè)的特點(diǎn)，依托CDMA 1X/GPRS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)測設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)分析功能。下面我們以GPRS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)站的測震設(shè)備通過以太網(wǎng)口與無線路由器-CM3150R連接,CM3150R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)證檢測后,會(huì)為下端的CM3150R分配一個(gè)私有IP地址、在vpn建立后,各個(gè)臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心并自動(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)測中心的工作人員隨時(shí)對(duì)收集到的測震數(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 3150R與中心端VPN Router成功建立vpn后,中心端可以與下端測震設(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)測點(diǎn)1的IP地址網(wǎng)段為CM3150R的IP地址為此時(shí)中心端監(jiān)控站可直接采集到測震設(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)測現(xiàn)場設(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)測中心、運(yùn)行配套的震波采集軟件就可以收到監(jiān)測點(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
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)場點(diǎn)、開通短信的中國移動(dòng)SIM卡一張;中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋現(xiàn)場；CM 3150R1臺(tái)現(xiàn)場點(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：GPRS網(wǎng)絡(luò)接入，通信速率上行平均30kbps ，下行60~70kbps；Icmp平均延遲600ms;PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TPvpn接入。
廈門才茂CM 3150R產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)和特點(diǎn)
CM 3150R GPRS Router無線路由器采用高性能的工業(yè)級(jí)ARM9通信處理器，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，系統(tǒng)集成了全系列從邏輯鏈路層到應(yīng)用層通信協(xié)議，支持靜態(tài)及動(dòng)態(tài)路由，PPP server及PPP client，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墻，NAT，DMZ主機(jī)等功能。為用戶提供安全，高速，穩(wěn)定可靠，各種協(xié)議路由轉(zhuǎn)發(fā)的無線路由網(wǎng)絡(luò)。本產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
一、無線參數(shù)
支持EGSM900/GSM1800無線網(wǎng)絡(luò)
GPRS multi-slot class 10
編碼方案：CS1~CS4
符合SMG31bis技術(shù)規(guī)范
Compliant to GSM phase 2/2+
支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信
支持13K QCELP音頻編解碼
二、硬件系統(tǒng)
CPU：工業(yè)級(jí)ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache
FLASH：8MB（可擴(kuò)展至32MB）
SDRAM：64MB（可擴(kuò)展至256MB）
1、接口：
以太網(wǎng)口：
一個(gè) 10/100 Base-T 以太網(wǎng)口,
Shielded RJ-45 1,5 kV isolation transformer,
Ethernet IEEE 802-3, 802-2
串口：
RS232 serial port, (Support RS422/RS485 if needed)
Rate:110bps~230400bps
Data bits :7 or 8
Parity: None, Even, Odd
Stop bits: - 1 or 2
Flow contro: None or RTS/CTS
Protection – 15 kV ESD and short circuit
Console : RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示燈：
具有電源、通信、在線及以太網(wǎng)口LINK/ACT指示燈。
2、天線接口：
標(biāo)準(zhǔn)SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
3、SIM/UIM卡接口：
標(biāo)準(zhǔn)的抽屜式用戶卡接口（3V/5V）。
4、電源接口：
標(biāo)準(zhǔn)的3芯火車頭電源插座。
5、語音接口：
標(biāo)準(zhǔn)的耳機(jī)麥克風(fēng)接口。（預(yù)留，可選）
6、供電：
外接電源：DC 9V 1.5A
寬電壓供電：DC 5-32V
7、其他參數(shù):
工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC
儲(chǔ)存溫度 -40~+85ºC
相對(duì)濕度 95%(無凝結(jié))
三、軟件功能
支持VPN安全隧道功能,包括PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TP(FSP,證書)
智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)�，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。
支持IPTABLES防火墻，包過濾功能
支持多種協(xié)議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，F(xiàn)TP等。
支持動(dòng)態(tài)路由和靜態(tài)路由
支持DHCP 功能
支持NAT功能，如SNAT，DNAT
支持動(dòng)態(tài)DDNS
支持DMZ主機(jī)
支持路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)也支持串口數(shù)據(jù)傳輸,，數(shù)據(jù)中心管理
支持APN/VPDN網(wǎng)絡(luò)
方便的WEB配置，支持遠(yuǎn)程WEB管理
支持telnet管理，方便易用的控制臺(tái)shell交互環(huán)境
支持多臺(tái)終端共享router ppp廣域網(wǎng)出口
支持多種無線撥號(hào)方式：自動(dòng)分配，指定IP，指定本地對(duì)端IP
支持作為PPP服務(wù)器，多種認(rèn)證方式，支持雙向認(rèn)證
方便易用的COM及SYSLOG系統(tǒng)診斷，調(diào)試功能
支持串口本地軟件升級(jí)
支持TFTP軟件遠(yuǎn)程升級(jí)
支持實(shí)時(shí)時(shí)鐘
同時(shí)支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
四、典型應(yīng)用
安防監(jiān)控
交通監(jiān)控
金融ATM/查詢終端應(yīng)用
機(jī)房監(jiān)控
公安監(jiān)控
道理監(jiān)控
油田監(jiān)測
遠(yuǎn)程抄表
路燈監(jiān)控
環(huán)境監(jiān)測
氣象監(jiān)測
水利監(jiān)測
熱網(wǎng)監(jiān)測
電表監(jiān)測
機(jī)房監(jiān)控
交通指示
煤炭監(jiān)控
地震監(jiān)測
車輛誘導(dǎo)
供水監(jiān)控
高速公路監(jiān)測
噪聲實(shí)時(shí)監(jiān)控
環(huán)保重點(diǎn)污染源監(jiān)控
供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控
電力配網(wǎng)自動(dòng)化遙控系統(tǒng)
各類國內(nèi)外各類帶以太網(wǎng)接口的PLC，RTU實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸
等等
五． 總結(jié):
依托中國移動(dòng)GPRS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；
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 3150R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,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 3150R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 3150R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)場增加采集設(shè)備，只需將其接入已有CM 3150R GPRS 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。
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