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一、前言
地震監(jiān)測行業(yè)具有網(wǎng)點多、布局分散的特點，將各采集點的數(shù)據(jù)實時上傳到中心監(jiān)控端進行分析預測是地震監(jiān)測行業(yè)中非常重要的一環(huán)，這對于突發(fā)事件的預測及震后的監(jiān)測都至關(guān)重要，而對于每監(jiān)測點數(shù)據(jù)的采集通過有線網(wǎng)絡傳輸來實現(xiàn)是不切實際的，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，依托2G/3G/4G無線網(wǎng)絡和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)提供的豐富的網(wǎng)絡資源、運用先進的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行建設(shè)，為地震局提供完善的遠程、實時、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2G/3G/4G無線網(wǎng)絡為例，提出了一套切實可行的方案。
二、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
下圖為整個系統(tǒng)方案的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖：
如上圖：各個臺站的測震設(shè)備通過以太網(wǎng)口與無線路由器-CM520-8 連接,CM520-8上電后按照監(jiān)控中心網(wǎng)絡管理員的生成的vpn配置,向監(jiān)控中心internet上的VPN Router發(fā)起VPN連接,當中心端路由器通過認證檢測后,會為下端的CM520-8分配一個私有IP地址、在vpn建立后,各個臺站監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)奖O(jiān)測中心并自動生成數(shù)據(jù)文件并存入數(shù)據(jù)庫;監(jiān)測中心通過遠程設(shè)置各臺站數(shù)字采集器的工作狀態(tài)和參數(shù),監(jiān)測各臺站數(shù)據(jù)的接收情況及運行情況,實現(xiàn)了對各臺站的統(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.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對收集到的測震數(shù)據(jù)進行分析,整理等。
三、主要功能簡介
中心監(jiān)控，震波采集當廈門才茂路由器CM520-8與中心端VPN Router成功建立vpn后,中心端可以與下端測震設(shè)備實現(xiàn)點到點的通訊。
如下圖：
假設(shè)中心網(wǎng)絡IP地址網(wǎng)段為監(jiān)測點1的IP地址網(wǎng)段為CM520-8的IP地址為此時中心端監(jiān)控站可直接采集到測震設(shè)備(本例中為中的數(shù)據(jù),同時中心端的工作人員可以對收集到的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析.
遠程維護功能位于中心在Internet上的VPN Router具有VPN接入功能.負責維護此網(wǎng)絡的管理工程師可設(shè)置不同的配置和訪問權(quán)限,通過這些配置可以讓各個網(wǎng)絡間互相通信.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。
維護此網(wǎng)絡的管理工程師按照要求為需要的人員分配帳號,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,安全的機制隨時監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備.假設(shè)這么一種情況,當工程師出差在外,此時需要采集監(jiān)測點1的震波數(shù)據(jù)時,監(jiān)控中心的網(wǎng)絡管理工程師可臨時為該工程師生成一個vpn策略,允許其撥入vpn到監(jiān)控中心、并設(shè)置到監(jiān)測點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先撥號到Internet,然后以vpn方式接入到監(jiān)測中心、運行配套的震波采集軟件就可以收到監(jiān)測點1設(shè)備采集的數(shù)據(jù).完成對數(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)絡管理工程師刪掉該工程師的臨時設(shè)置。
四、特點及優(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)務的中國移動SIM卡：1張現(xiàn)場點、開通短信的中國移動SIM卡一張;中國移動2G/3G/4G無線網(wǎng)絡信號覆蓋現(xiàn)場；CM520-8 1臺現(xiàn)場點；VPN Router 1臺(中心端；推薦使用Cisco或Netscreen等中高級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：2G/3G/4G無線網(wǎng)絡接入，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CM520-8產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)和特點
CM520-8 工業(yè)級2G/3G4G無線路由器采用高性能的工業(yè)級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，系統(tǒng)集成了全系列從邏輯鏈路層到應用層通信協(xié)議，支持靜態(tài)及動態(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。本產(chǎn)品已廣泛應用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
軟件功能：
工業(yè)級設(shè)計
1.工業(yè)級無線模塊：采用工業(yè)級無線模塊，抗干擾強，傳輸穩(wěn)定。
2.實時操作系統(tǒng)：采用LINUX2.6操作系統(tǒng)，實時性強，功能升級快，系統(tǒng)穩(wěn)定，帶完善TCP/IP協(xié)議棧；
3.強化電路板：PCB采用遵循20H和3W原則，同時公司所有產(chǎn)品電路板都采用高品質(zhì)材質(zhì)來生產(chǎn)，確保板材的穩(wěn)定可靠。
4.工業(yè)級元器件：整機元器件采用嚴格篩選的工業(yè)級元器件來生產(chǎn)。
5.工業(yè)級電源：寬壓電源設(shè)計，電源適應范圍為DC5V~DC35V，內(nèi)置電源反向保護和過壓過流保護。
6.電磁防護：以太網(wǎng)接口內(nèi)置1.5KV電磁隔離防護
7.抗干擾設(shè)計：采用金屬外殼，屏蔽電磁干擾，系統(tǒng)保護等級IP30；天線帶防雷設(shè)計；系統(tǒng)超低溫和超高溫設(shè)計；特別適合在環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。
穩(wěn)定可靠
1.在線維持專利技術(shù)：智能防掉線，在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，異常自動復位，確保設(shè)備永遠在線
2.三層系統(tǒng)保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護）系統(tǒng)保護的基礎(chǔ)上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，網(wǎng)絡異常、或者系統(tǒng)收到強干擾異常時，系統(tǒng)會重新徹底復位，相當于維護人員上門拔電，徹底解決了業(yè)內(nèi)系統(tǒng)異常是需要上門拔電的麻煩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
3.UIM/SIM卡ESD保護：1.8V/3V/5V標準的推桿式用戶卡接口，內(nèi)置15KV ESD保護。
4.串口ESD保護：串口RS232內(nèi)置15KV ESD保護。
5.金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設(shè)計；符合電力安規(guī)要求；防護等級為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。
6.所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證。
7.工業(yè)級CPU：工業(yè)級ARM9高性能嵌入式處理，400MHz；帶 16KB Dcache，高速緩存數(shù)據(jù)，加快高速數(shù)據(jù)訪問速度；帶16KB Icache，高速指令緩存，加強了指令處理速度, 帶內(nèi)存管理單元MMU,配合操作系統(tǒng)，可以防止內(nèi)存溢出導致的死機問題。
8.超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits，有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。
9.完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。
10.EMC性能優(yōu)異：通過歐洲CE認證，通過中檢所測試，通過EMC測試；通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；
功能強大
路由器標配功能：
1.支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信和路由轉(zhuǎn)發(fā)
2.支持定時上線下線功能，可以設(shè)置設(shè)備在某段時間內(nèi)上線和某個時間內(nèi)下線
3.智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設(shè)備永遠在線
4.支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、MPPE、L2TP、GRE和IPSEC
5.支持IPTABLES防火墻，包過濾功能
6.支持動態(tài)路由和靜態(tài)路由、RIPv1、RIPv2、OSPF、BGP、NDSP、IRMP、SNSP、IGMP、DVMRP、PIM-SM/DM
7.支持多種協(xié)議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，F(xiàn)TP等。
8.支持動態(tài)路由和靜態(tài)路由
9.支持DHCP/DHCPD功能
10.支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT
11.支持動態(tài)DDNS：支持花生殼、88IP和dyndns域名服務商
12.支持DMZ主機
13.支持APN/VPDN網(wǎng)絡
14.支持帶寬管理
15.方便的WEB配置，支持遠程WEB管理
16.支持WEB配置保存和恢復，實現(xiàn)參數(shù)的備份和批量設(shè)備的快速配置
17.支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環(huán)境
18.支持多臺終端共享router ppp廣域網(wǎng)出口
19.支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP
20.支持作為PPP服務器，多種認證方式，支持雙向認證
21.支持RESET按鍵，恢復出廠默認配置功能
22.方便易用的COM及SYSLOG系統(tǒng)診斷，調(diào)試功能
23.支持串口本地軟件升級
24.支持TFTP軟件遠程升級
25.支持RTC實時時鐘
26.同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
單口路由器獨特功能：
1.支持1路以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信和路由轉(zhuǎn)發(fā)
4口路由器獨特功能：
1.支持4路以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信和路由轉(zhuǎn)發(fā)
2.支持1路串口TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸或者串口配置（DTU功能）
3.支持1路RS485接口TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸（DTU功能）
4.支持USB通信
5.支持雙數(shù)據(jù)中心備份及多數(shù)據(jù)中心（8個）接受數(shù)據(jù)，最大支持發(fā)送中心達256個
6.支持5路帶光電隔離的GPIO,實現(xiàn)對用戶設(shè)備的檢測和控制功能
帶RTU功能路由器獨特功能：
1.支持2路串口RS232通信。實現(xiàn)TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸（DTU功能）
2.支持1路RS485通信。實現(xiàn)TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸（DTU功能）
3.支持1路USB接口
4.支持6路計數(shù)器輸入
5.支持8路開關(guān)輸入量
6.支持8路模擬輸入量�？梢越痈鞣N模擬傳感器，比如溫度、濕度、門磁、電流、電壓等傳感器�？稍O(shè)定閥值報警
7.支持4路數(shù)字輸出量�？梢钥刂瓶蛻舻母黝愒O(shè)備
8.支持2路PWM輸出
9.支持4路繼電器輸出
10.支持雙數(shù)據(jù)中心備份及多數(shù)據(jù)中心（8個）接受數(shù)據(jù)，最大支持發(fā)送中心達256個
GPS功能：
1.支持GPS/北斗定位（非標配，采購時需額外告知）。
ZIGBEE功能：
1.支持ZIGBEE 低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊（非標配，采購時需額外告知）。
簡單易用
1.產(chǎn)品出廠配置默認參數(shù)，客戶只需修改個別參數(shù)甚至不需要做任何參數(shù)修改，就可以實現(xiàn)快速使用設(shè)備。
2.圖形化配置工具：完善的圖形化配置工具，提供快速配置功能，實現(xiàn)客戶快速配置；提供批量配置功能，實現(xiàn)批量設(shè)備的配置。
3.產(chǎn)品說明書提供快速配置說明，可以快速使用設(shè)備。
4.檢查軟件：提供SYSLOG日志輸出功能，可以用于參考設(shè)備工作日志，同時協(xié)助分析異常時的原因；通過串口調(diào)試軟件，提供不同的調(diào)試等級輸出，方便客戶查看各種信息，快速定位問題。
5.設(shè)備經(jīng)過8年的沉淀，設(shè)備功能完善同時簡單易用。
五、典型應用
安防監(jiān)控；交通監(jiān)控；金融ATM/查詢終端應用；機房監(jiān)控；公安監(jiān)控；道理監(jiān)控；油田監(jiān)測；遠程抄表；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；機房監(jiān)控；交通指示；煤炭監(jiān)控；地震監(jiān)測；車輛誘導；供水監(jiān)控；高速公路監(jiān)測；噪聲實時監(jiān)控；環(huán)保重點污染源監(jiān)控；供水管網(wǎng)實時傳輸監(jiān)控；電力配網(wǎng)自動化遙控系統(tǒng)；各類國內(nèi)外各類帶以太網(wǎng)接口的PLC，RTU實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸等等。
六、總結(jié)
依托2G/3G/4G無線網(wǎng)絡，無線接入Internet,無須鋪設(shè)接入Internet通信電纜，無須維護網(wǎng)絡測；
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：對于不同的采集設(shè)備使用相同的通信設(shè)備CM520-8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；
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:WEBTELNET串口界面方便用戶的配置和管理,降低了日常維護人員的操作難度；
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)備實現(xiàn)遠程通信的一個優(yōu)選方案；
4、通信設(shè)備一次性投資：由于CM520-8是標準以太網(wǎng)通信設(shè)備,支持當前流行的路由協(xié)議及vpn標準，因此完全滿足以太網(wǎng)通信功能。如果有以太網(wǎng)通信功能的擴展,通過具有本地及遠程升級的功能，只需升級CM520-8內(nèi)部firmware即可完成通信設(shè)備的功能擴展；
5、本地擴展性強:當現(xiàn)場增加采集設(shè)備，只需將其接入已有CM520-8工業(yè)級2G/3G/4G無線路由器即可完成網(wǎng)絡通信，無須再為新增的采集設(shè)備添加通信設(shè)備。
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