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一、項(xiàng)目背景
氣象信息采集系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)采集的氣象資料，對(duì)末來(lái)一定時(shí)段內(nèi)的氣象情況作出較為精確的預(yù)測(cè)和報(bào)警，包括進(jìn)行短期的降雨預(yù)報(bào)、中期降水預(yù)報(bào)和洪水的預(yù)警預(yù)報(bào)，是防汛工作中非常重要的環(huán)節(jié)。
某省氣象局氣象信息的采集由各氣象觀測(cè)站利用氣象采集設(shè)備自動(dòng)完成采集，通過(guò)DDN或者電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)，氣象局利用氣象信息處理程序?qū)Ω鳉庀笥^測(cè)站采集的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析，進(jìn)而可對(duì)短期的降雨和中期降水進(jìn)行預(yù)報(bào)，并通過(guò)防汛系統(tǒng)向防汛辦報(bào)送資料，為洪水預(yù)報(bào)和防汛提供可靠的決策支持。
目前，某省氣象局現(xiàn)已在全省范圍內(nèi)建立了300多個(gè)氣象觀測(cè)信息采集點(diǎn)，各氣象采集點(diǎn)按照設(shè)定的時(shí)間間隔采集區(qū)域內(nèi)的各種氣象信息資料，包括溫度、氣壓、濕度等，測(cè)量結(jié)果通過(guò)DDN或者PSTN電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)。采用DDN可充分保證數(shù)據(jù)傳輸暢通，完整，但缺點(diǎn)是月租費(fèi)太高；采用PSTN電話線傳輸數(shù)據(jù)，按時(shí)間計(jì)費(fèi)，費(fèi)用也不便宜。
目前，該省氣象局正考慮更換3G/4G氣象信息采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)試點(diǎn)。在試點(diǎn)中選擇20多個(gè)氣象采集點(diǎn)，采用3G/4G無(wú)線數(shù)據(jù)通信方式傳輸氣象資料。在試點(diǎn)中，各氣象采集點(diǎn)通過(guò)3G/4G與中心站主機(jī)保持實(shí)時(shí)連接，自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備將獲得的氣象信息通過(guò)3G/4G傳給氣象中心主機(jī)，氣象中心主機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理，形成氣象預(yù)報(bào)信息。
二、3G/4G方案的優(yōu)勢(shì)
移動(dòng)、聯(lián)通、電信 3G/4G系統(tǒng)可提供廣域的無(wú)線IP連接。在通信公司的3G/4G無(wú)線業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣象信息采集點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇移動(dòng)、聯(lián)通、電信的3G/4G系統(tǒng)作為氣象信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)。
1、覆蓋范圍。構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，部分氣象信息采集點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統(tǒng)擴(kuò)充的可能，必須具有良好的可擴(kuò)展性。由于目前3G/4G全國(guó)，能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。
2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。
3、系統(tǒng)的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，�?/span>3G/4G無(wú)線技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
4、通信費(fèi)用低。
5、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于3G/4G具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、氣象信息采集點(diǎn)：采用廈門(mén)才茂的3G/4G無(wú)線數(shù)據(jù)采集傳輸終端，通過(guò)RS232串口與計(jì)算機(jī)相連，接入移動(dòng)公司為氣象局提供的專(zhuān)用的3G/4G網(wǎng)絡(luò)。氣象信息采集點(diǎn)的計(jì)算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。網(wǎng)絡(luò)對(duì)氣象信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)、時(shí)間、數(shù)量沒(méi)有限制，可以隨時(shí)增減�？梢詽M足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、氣象中心站：采用省移動(dòng)通信公司提供的DDN專(zhuān)線，與3G/4G網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專(zhuān)線可提供較高的帶寬，當(dāng)氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
3、3G/4G無(wú)線傳輸
氣象站采用移動(dòng)提供的線路和接口。各氣象信息采集點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時(shí)氣象中心對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識(shí)別和維護(hù)處理。氣象信息采集點(diǎn)使用的STK卡只能用于與氣象信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能。各氣象信息采集點(diǎn)運(yùn)行原有的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，支持24小時(shí)實(shí)時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)氣象信息采集點(diǎn)24小時(shí)傳送采集的氣象信息數(shù)據(jù)。
凡省級(jí)氣象局授權(quán)的氣象信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：
1、氣象信息采集點(diǎn)必須使用移動(dòng)統(tǒng)一的STK卡，用戶(hù)使用本卡只能用于與氣象站數(shù)據(jù)通信功能。
2、使用的終端設(shè)備用才茂通信提供的3G/4G無(wú)線終端設(shè)備。
3、用戶(hù)登記：符合省級(jí)氣象局的規(guī)定。
（二）產(chǎn)品特性
氣象信息采集傳輸系統(tǒng)采用廈門(mén)才茂通信技術(shù)有限公司CM3180P 3G/4G無(wú)線 DTU。CM3180P 3G/4G無(wú)線 DTU采用ARM9高性能工業(yè)級(jí)嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái),超大內(nèi)存,內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶(hù)提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶(hù)，產(chǎn)品支持語(yǔ)音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(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)。
（三）安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無(wú)意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問(wèn)防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
數(shù)據(jù)中心可通過(guò)公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)3G/4G無(wú)線網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專(zhuān)線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過(guò)VPN方式，客戶(hù)端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過(guò)Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專(zhuān)線接入到移動(dòng)公司的3G/4G無(wú)線設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專(zhuān)用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專(zhuān)網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶(hù)端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶(hù)通過(guò)接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專(zhuān)網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì) 整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶(hù)SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶(hù)可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問(wèn)專(zhuān)用APN，移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國(guó)移動(dòng)分配的專(zhuān)門(mén)的APN進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無(wú)法呼叫專(zhuān)門(mén)的APN。
3、對(duì)于特定用戶(hù)，可通過(guò)數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶(hù)ID和密碼， 其他沒(méi)有數(shù)據(jù)中心分配的用戶(hù)ID和密碼的用戶(hù)將無(wú)法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密：通過(guò)VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
采用3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建氣象信息采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶(hù)，隨著用戶(hù)數(shù)量的增加，移動(dòng)通信公司的營(yíng)收也隨之增加，調(diào)動(dòng)了運(yùn)營(yíng)商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
對(duì)于氣象局等用戶(hù)來(lái)說(shuō)，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實(shí)惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動(dòng)，當(dāng)氣象觀測(cè)站和氣象信息采集點(diǎn)搬遷時(shí)設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶(hù)原有投資，適合于氣象采集工作的特點(diǎn)。
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