雅礱江流域測震臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計思路與部署情況簡介

諶 亮,宋 澄,景 晟,徐志勇,王余偉,蔡一川,吳 朋

(四川省地震局，四川 成都 610041)

雅礱江流域測震臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計思路與部署情況簡介

諶 亮,宋 澄,景 晟,徐志勇,王余偉,蔡一川,吳 朋

(四川省地震局，四川 成都 610041)

雅礱江流域水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺網(wǎng)是四川省首個按全流域規(guī)劃設計的，臺網(wǎng)中臺站間的信息通訊方法采用了衛(wèi)星、CDMA、SDH等多種通信鏈路聯(lián)合組網(wǎng)形式，實現(xiàn)了臺站的數(shù)據(jù)實時傳輸，同時給臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計與部署帶來挑戰(zhàn)。本文針對這些問題，結(jié)合系統(tǒng)需求，簡要介紹臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計思路與實現(xiàn)方式。

臺網(wǎng)中心；通信系統(tǒng)；IPStar衛(wèi)星；CDMA；SDH

雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)由38個野外測震臺、7個中轉(zhuǎn)匯集站和1個流域水庫誘發(fā)地震臺網(wǎng)中心組成。技術系統(tǒng)是由固定地震臺站子系統(tǒng)、地震數(shù)據(jù)匯集中繼子系統(tǒng)和地震數(shù)據(jù)收集處理子系統(tǒng)三個主要部份組成。固定地震臺站系統(tǒng)通過有線或無線方式將數(shù)字信號從臺站傳送至地震數(shù)據(jù)匯集中繼系統(tǒng)或直接傳送到臺網(wǎng)中心。匯集中繼子系統(tǒng)則是將接收到的臺站數(shù)據(jù)進行匯集后，通過有線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳回臺網(wǎng)中心。中心數(shù)據(jù)收集處理子系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)收集、檢查、存儲、交換與處理等功能，它需要通過中心網(wǎng)絡系統(tǒng)直接或間接與臺站實現(xiàn)通信，同時還需要通過中心網(wǎng)絡系統(tǒng)連接四川省地震行業(yè)專網(wǎng)實現(xiàn)臺站數(shù)據(jù)實時共享。因此，雅礱江流域測震臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡系統(tǒng)無疑是整個流域水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)的核心技術系統(tǒng)之一。本文將結(jié)合系統(tǒng)總體需求和建設目標，簡要闡述雅礱江流域測震臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計思路與部署方式。

1 需求分析

雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)的需求分析按照系統(tǒng)初步設計方案進行。首先,雅礱江流域測震臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)是整個監(jiān)測系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡平臺，向下直接或經(jīng)匯集中繼節(jié)點間接連通各臺站，實現(xiàn)臺站實時地震波形數(shù)據(jù)接收，橫向需要連接四川省地震行業(yè)專網(wǎng)實現(xiàn)各臺站實時數(shù)據(jù)流共享，對內(nèi)保證各數(shù)據(jù)收集、存儲及處理子模塊主機間高速互聯(lián)，實現(xiàn)臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)快速交換。其次，在雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)初步設計中，為實現(xiàn)臺網(wǎng)總體監(jiān)測能力目標，滿足臺網(wǎng)臺站布局需要，臺站通信鏈路選擇靈活性就受到了極大的限制，為了降低限制的程度，我們選用了包含CDMA、SDH、IPStar衛(wèi)星、超短波、MDS數(shù)傳電臺等多種通信手段作為臺站數(shù)據(jù)通信鏈路(參見圖1)，而臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)必須實現(xiàn)上述各類臺站通信接入。其次，整個雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)要按照國家監(jiān)測臺網(wǎng)運行管理規(guī)范需要，實現(xiàn)臺站數(shù)據(jù)實時運行率高于95%，并且臺網(wǎng)中心運行率高于99%的設計目標。最后，面對雅礱江全流域水電資源的梯級開發(fā)，需要有一個具備適當?shù)臄U展能力，能夠滿足監(jiān)測系統(tǒng)在可以預見未來的擴容需求。

圖1 雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)臺站通信鏈路示意

2 設計思路與技術難點

圖2 IPStar衛(wèi)星通信鏈路臺站數(shù)據(jù)傳輸示意

為實現(xiàn)上述設計目標，要求在總體性能先進適當超前的總體設計思想下，雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)中的臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，應具備較高的多數(shù)據(jù)業(yè)務接入兼容性、冗余性、可靠性、以及可擴展性，這也引出了如下技術難點：(1)多業(yè)務接入能力。臺站采用CDMA、SDH、IPStar衛(wèi)星等多種通信鏈路時，在中心端采用的通信鏈路物理接口協(xié)議往往是不同的，為實現(xiàn)它們的不同接口需求，需要在臺網(wǎng)中心核心路由器上配置以太、E1/T1等多種廣域網(wǎng)接口模塊，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)與多種通信鏈路運營商終端設備的連接。(2)核心路由器熱備份。為滿足中心99%運行率要求，中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)核心路由器不僅需要配置雙電源供電，還需要使用虛擬路由冗余協(xié)議(VRRP協(xié)議)以便保持核心路由器的熱備份，提高系統(tǒng)冗余度。(3)網(wǎng)絡地址兼容。四川地震行業(yè)專用網(wǎng)在用的IP為10.51.0.0/16，網(wǎng)段私有地址由中國地震局行業(yè)網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，而IPstar衛(wèi)星終端IP采用10.0.0.0/8網(wǎng)段私有網(wǎng)絡地址，這樣就極有可能造成系統(tǒng)內(nèi)IP地址沖突，隨時威脅系統(tǒng)穩(wěn)定性。為此需要在IPstar衛(wèi)星終端與核心路由器間，利用通用路由協(xié)議封裝(GRE)隧道，將可能沖突的IP地址封裝為根據(jù)臺網(wǎng)拓撲機構規(guī)劃設計的可用IP地址，一勞永逸地解決地址兼容性問題。不僅如此，通過GRE隧道，子臺全部采用OSPF動態(tài)路由也能夠為系統(tǒng)全網(wǎng)路由表管理帶來了極大便利(參見圖2)。

3 系統(tǒng)建設部署

3．1 設備選型與配置

在雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)中，臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設備選型在滿足中心網(wǎng)絡平臺總體設計需求的同時，還要兼顧設備性價比和投資保護性?；谶@些方面的考慮，全部網(wǎng)絡設備均選取國際知名廠商的成熟可靠設備，所有設備均滿足企業(yè)級網(wǎng)絡匯聚中心可靠性要求。為實現(xiàn)不同通信鏈路的各種接口數(shù)據(jù)通信需求，在臺網(wǎng)中心核心路由器上配置有以太、E1/T1等多種廣域網(wǎng)接口模塊，并且保留有可擴展接口。在這些前提下，按照地震臺網(wǎng)中心運行率要求高，特別針對中心核心路由器還要配置有熱備份備機，這樣才能夠保障臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡在核心路由器癱瘓產(chǎn)生最壞情況下，系統(tǒng)能夠得到最快速的恢復。臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設備配置參見表1。

表1 臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設備配置

圖3 臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)主/備核心路由器

圖4 臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)核心交換機

3．2 網(wǎng)絡通信系統(tǒng)部署

雅礱江流域下游梯級水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)部署工作任務主要包含：局域網(wǎng)絡IP分配與核心設備部署，IP Star衛(wèi)星鏈路接入配置，CDMA VPDN鏈路接入配置，SDH鏈路接入配置以及四川省地震行業(yè)專網(wǎng)互連互通等。

(1) 中心局域網(wǎng)絡部署。臺網(wǎng)中心局域網(wǎng)中心是數(shù)據(jù)接收、分發(fā)、存儲及分析處理的核心平臺，為實現(xiàn)海量地震數(shù)據(jù)快速穩(wěn)定且可靠傳輸，我們不僅提前按照主機分類(如網(wǎng)絡設備、數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)終端等)劃定IP地址池，并且將已經(jīng)接入核心交換機各個設備完成網(wǎng)口MAC地址與端口綁定，這將大大提高局域網(wǎng)絡安全性與管理性(參見圖5)。

(2) IPStar衛(wèi)星鏈路接入。IPStar衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，為了增大衛(wèi)星的容量和功能，避免因星上數(shù)據(jù)處理設備換代而導致衛(wèi)星很快落伍，該衛(wèi)星系統(tǒng)所使用的諸如數(shù)據(jù)交換、路由功能等復雜技術，全部交由地面關口站完成。因此首先必須完成臺網(wǎng)中心與關口站間網(wǎng)絡連接。本項目中，使用120歐姆阻抗雙絞線纜連接核心路由器GigabitEthernet0/1端口實現(xiàn)網(wǎng)絡互連。接口參數(shù)配置如下：

interface GigabitEthernet0/1(接口名稱與編號)

description TO-WTguangzhouguankouzhan (描述“衛(wèi)通廣州關口站”)

ip address 10.182.48.82 255.255.255.252(接口IP地址)

duplex auto

speed auto

media-type rj45

同時為了加強對衛(wèi)星臺站的維護管理，保障衛(wèi)星臺站IP地址與其余臺站的一致性和可規(guī)劃性，有效避免網(wǎng)內(nèi)IP地址沖突，在核心路由器與衛(wèi)星臺站衛(wèi)星路由器之間采用了GRE隧道技術重新封裝臺站IP數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)了臺站衛(wèi)星路由器和數(shù)據(jù)采集采用IP地址的統(tǒng)一規(guī)劃，為臺站設備遠程狀態(tài)查詢和維護提供方便。示例配置如下：

interface Tunnel101(隧道名稱與編號)

description TO-MSL(隧道描述“到蔑絲螺臺”)

ip address 172.16.2.5 255.255.255.252(隧道IP地址)

tunnel source 10.182.48.82(隧道發(fā)起接口IP地址)

tunnel destination 10.174.232.113(隧道對端接口IP地址)

(3) CDMA VPDN鏈路接入。CDMA VPDN通信鏈路中，臺站通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(2G/3G/4G)撥號，經(jīng)運營商局端PDSN后，與臺網(wǎng)中心核心路由器(LNS)建立L2TP隧道實現(xiàn)VPDN通信，因此完成臺網(wǎng)中心與局端PDSN間網(wǎng)絡連接同樣是先決條件。本項目中，使用75歐姆阻抗同軸線纜連接核心路由器Serial1/3:3端口實現(xiàn)網(wǎng)絡互連(參見圖6)。

接口參數(shù)配置如下：

interface Serial1/3:3(接口名稱與編號)

description TO-CDMA-VPDN(描述“CDMA VPDN接入鏈路”)

ip address 10.232.170.158 255.255.255.252(接口IP地址)

encapsulation ppp

L2TP隧道建立配置如下：

vpdn-group L2TP

! Default L2TP VPDN group

accept-dialin

protocol l2tp

virtual-template 1

local name cdettw.vpdn.sc (核心路由器VPDN撥號域名)

lcp renegotiation always

l2tp tunnel hello 30

l2tp tunnel password 0 ettwtunnel(L2TP隧道密碼ettwtunel)

圖5 臺網(wǎng)中心局域網(wǎng)絡拓撲結(jié)構

圖6 CDMA VPDN數(shù)據(jù)傳輸示意

(4) 行業(yè)專網(wǎng)互聯(lián)互通。為保障臺網(wǎng)數(shù)據(jù)共享穩(wěn)定高效，使用SDH光纖有線專網(wǎng)連接四川數(shù)字測震臺網(wǎng)中心，物理連接線纜為75歐姆阻抗同軸電纜，具體配置如下：

interface Serial1/0:0(接口名稱與編號)

description TO-SCTW-INT-S2/0.1/1/1/1:0(接口描述，備注對端接口編號)

ip address 172.16.254.2 255.255.255.252(接口IP地址)

encapsulation ppp(二層封裝協(xié)議PPP)

4 結(jié)束語

雅礱江流域下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)因地制宜，采用了衛(wèi)星、CDMA、數(shù)傳電臺、SDH和超短波等多種通信方式聯(lián)合組網(wǎng)，實現(xiàn)了38個臺站的數(shù)據(jù)實時傳輸目標。隨著四川水電資源進一步開發(fā)，后續(xù)水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺站通信鏈路選擇必將越發(fā)多樣化，臺網(wǎng)中心網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計中面臨的問題也會隨之增加，這里提出的設計思路與部署方案能夠為今后的相關工作提供一定的參考。

[1] 褚孝遠,韓進,杜瑤,等.雅礱江流域下游梯級水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測能力驗證[J].華南地震,2015,35(1):57-61.

[2] 杜瑤.雅礱江流域下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)簡介[J].四川地震，2012(4):42-45.

[3] 方海鷹.CDMA網(wǎng)絡工程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.

[4] 諶亮.CDMA VPDN構建IP數(shù)字測震臺網(wǎng)[J].地震地磁觀測與研究，2008,29(1):69-76.

TheDesigningandDeploymentfortheNetworkCommunicationSystemoftheInducedEarthquakeMonitoringCenteroftheYalongjiangRiver

CHEN Liang, SONG Cheng, JING Cheng，XU Zhiyong, WANG Yuwei CAI Yichuan，WU Peng

(Sichuan Earthquake Agency, Sichuan Chengdu 610041, China)

The Dam Induced Earthquake Monitoring Network of the Yalongjiang River is designed for the reservoir induced earthquake monitoring in Sichuan Province. The real-time seismic data transmission among these seismic stations includes the communication link unite networks of the satellite, CDMA, SDH and other. The design for these data transmission among different requirements is a challenge. We put forward the solution for more and more complicated problems in the network communication system.

Seismic Network Center; Communication System; IPStar satellite; CDMA; SDH

P315.69

:B

:1001-8115(2017)03-0025-05

2016-11-14

諶亮(1982-)，四川省眉山市人，2004年7月畢業(yè)于電子科技大學，主要從事數(shù)字測震臺網(wǎng)的建設與維護運行.

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.03.006