基于2G/3G/4G无线网络地震监控系统解决

一、前言

地震监测行业具有网点多、布局分散的特点，将各采集点的数据实时上传到中心监控端进行分析预测是地震监测行业中非常重要的一环，这对于突发事件的预测及震后的监测都至关重要，而对于每监测点数据的采集通过有线网络传输来实现是不切实际的，厦门才茂通信科技有限公司根据地震监测行业的特点，依托2G/3G/4G无线网络和INTERNET互联网提供的丰富的网络资源、运用先进的无线数据传输技术进行建设，为地震局提供完善的远程、实时、交互数据采集、无线传输、监测设备状态及数据分析功能。下面我们以2G/3G/4G无线网络为例，提出了一套切实可行的方案。

二、网络结构

　　下图为整个系统方案的网络结构图：

如上图：各个台站的测震设备通过以太网口与无线路由器-CM520-8 连接,CM520-8上电后按照监控中心网络管理员的生成的vpn配置,向监控中心internet上的VPN Router发起VPN连接,当中心端路由器通过认证检测后,会为下端的CM520-8分配一个私有IP地址、在vpn建立后,各个台站监测数据自动传输到监测中心并自动生成数据文件并存入数据库;监测中心通过远程设置各台站数字采集器的工作状态和参数,监测各台站数据的接收情况及运行情况,实现了对各台站的统一管理;并且为地震前兆监测数据资源共享搭建了平台.vpn隧道保证了数据的安全性和可靠性.监测中心的工作人员随时对收集到的测震数据进行分析,整理等。

三、主要功能简介

中心监控，震波采集当厦门才茂路由器CM520-8与中心端VPN Router成功建立vpn后,中心端可以与下端测震设备实现点到点的通讯。

如下图：

假设中心网络IP地址网段为监测点1的IP地址网段为CM520-8的IP地址为此时中心端监控站可直接采集到测震设备(本例中为中的数据,同时中心端的工作人员可以对收集到的数据进行监测和分析.

   远程维护功能位于中心在Internet上的VPN Router具有VPN接入功能.负责维护此网络的管理工程师可设置不同的配置和访问权限,通过这些配置可以让各个网络间互相通信.利用其功能,我们可以让出差在外的技术工程师或管理员通过internet使用VPN连接至监控中心、并通过中心的VPN Router访问下端的测震设备。

   维护此网络的管理工程师按照要求为需要的人员分配帐号,密码、路由策略,身份有效期等、即可保证安全性 。  

   这种模式为我们提供一种灵活,安全的机制随时监测现场设备.假设这么一种情况,当工程师出差在外,此时需要采集监测点1的震波数据时,监控中心的网络管理工程师可临时为该工程师生成一个vpn策略,允许其拨入vpn到监控中心、并设置到监测点1的路由.生成配置后,该工程师收到配置,通过随身携带的笔记本或PC先拨号到Internet,然后以vpn方式接入到监测中心、运行配套的震波采集软件就可以收到监测点1设备采集的数据.完成对数据的采集和分析后,工程师拆掉vpn连接,监控中心的网络管理工程师删掉该工程师的临时设置。

四、特点及优势

   本方案必须具备的环境和设备及软件如下：中心能接入Internet,具有公网IP;具有已开通数据业务的中国移动SIM卡：1张现场点、开通短信的中国移动SIM卡一张;中国移动2G/3G/4G无线网络信号覆盖现场；CM520-8  1台现场点；VPN Router 1台(中心端；推荐使用Cisco或Netscreen等中高级vpn接入防火墙及路由器)数据采集站,配套的采集软件(根据客户监控需求而定)。    技术参数如下：2G/3G/4G无线网络接入，通信速率上行平均30kbps ，下行60~70kbps；Icmp平均延迟600ms;PPTP＋MPPE和IPSEC L2TPvpn接入。

  厦门才茂CM520-8产品技术参数和特点

  CM520-8 工业级2G/3G4G无线路由器采用高性能的工业级ARM9通信处理器，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通信协议，支持静态及动态路由，PPP server及PPP client，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墙，NAT，DMZ主机等功能。为用户提供安全，高速，稳定可靠，各种协议路由转发的无线路由网络。本产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。

软件功能：

工业级设计 1.工业级无线模块：采用工业级无线模块，抗干扰强，传输稳定。 2.实时操作系统：采用LINUX2.6操作系统，实时性强，功能升级快，系统稳定，带完善TCP/IP协议栈； 3.强化电路板：PCB采用遵循20H和3W原则，同时公司所有产品电路板都采用高品质材质来生产，确保板材的稳定可靠。 4.工业级元器件：整机元器件采用严格筛选的工业级元器件来生产。 5.工业级电源：宽压电源设计，电源适应范围为DC5V~DC35V，内置电源反向保护和过压过流保护。 6.电磁防护：以太网接口内置1.5KV电磁隔离防护 7.抗干扰设计：采用金属外壳，屏蔽电磁干扰，系统保护等级IP30；天线带防雷设计；系统超低温和超高温设计；特别适合在环境恶劣的工业环境下使用。

稳定可靠 1.在线维持专利技术：智能防掉线，在线检测，在线维持，掉线自动重拨，异常自动复位，确保设备永远在线 2.三层系统保护：在原来两级（软件保护 CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，网络异常、或者系统收到强干扰异常时，系统会重新彻底复位，相当于维护人员上门拔电，彻底解决了业内系统异常是需要上门拔电的麻烦，保证系统稳定可靠 3.UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD保护。 4.串口ESD保护：串口RS232内置15KV ESD保护。 5.金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。 6.所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证。 7.工业级CPU：工业级ARM9高性能嵌入式处理，400MHz；带 16KB Dcache，高速缓存数据，加快高速数据访问速度；带16KB Icache，高速指令缓存，加强了指令处理速度, 带内存管理单元MMU,配合操作系统，可以防止内存溢出导致的死机问题。 8.超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits，有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。 9.完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。 10.EMC性能优异：通过欧洲CE认证，通过中检所测试，通过EMC测试；通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；

功能强大 路由器标配功能： 1.支持以太网数据通信和路由转发 2.支持定时上线下线功能，可以设置设备在某段时间内上线和某个时间内下线 3.智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线 4.支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、MPPE、L2TP、GRE和IPSEC 5.支持IPTABLES防火墙，包过滤功能 6.支持动态路由和静态路由、RIPv1、RIPv2、OSPF、BGP、NDSP、IRMP、SNSP、IGMP、DVMRP、PIM-SM/DM 7.支持多种协议：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。 8.支持动态路由和静态路由 9.支持DHCP/DHCPD功能 10.支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT 11.支持动态DDNS：支持花生壳、88IP和dyndns域名服务商 12.支持DMZ主机 13.支持APN/VPDN网络 14.支持带宽管理 15.方便的WEB配置，支持远程WEB管理 16.支持WEB配置保存和恢复，实现参数的备份和批量设备的快速配置 17.支持telnet管理，方便易用的控制台shell交互环境 18.支持多台终端共享router ppp广域网出口 19.支持多种无线拨号方式：自动分配，指定IP，指定本地对端IP 20.支持作为PPP服务器，多种认证方式，支持双向认证 21.支持RESET按键，恢复出厂默认配置功能 22.方便易用的COM及SYSLOG系统诊断，调试功能 23.支持串口本地软件升级 24.支持TFTP软件远程升级 25.支持RTC实时时钟 26.同时支持LINUX和WINDOWS操作系统

单口路由器独特功能： 1.支持1路以太网数据通信和路由转发

4口路由器独特功能： 1.支持4路以太网数据通信和路由转发 2.支持1路串口TCP/UDP透明数据传输或者串口配置（DTU功能） 3.支持1路RS485接口TCP/UDP透明数据传输（DTU功能） 4.支持USB通信 5.支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据，最大支持发送中心达256个 6.支持5路带光电隔离的GPIO,实现对用户设备的检测和控制功能

带RTU功能路由器独特功能： 1.支持2路串口RS232通信。实现TCP/UDP透明数据传输（DTU功能） 2.支持1路RS485通信。实现TCP/UDP透明数据传输（DTU功能） 3.支持1路USB接口 4.支持6路计数器输入 5.支持8路开关输入量 6.支持8路模拟输入量。可以接各种模拟传感器，比如温度、湿度、门磁、电流、电压等传感器。可设定阀值报警 7.支持4路数字输出量。可以控制客户的各类设备 8.支持2路PWM输出 9.支持4路继电器输出 10.支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据，最大支持发送中心达256个

GPS功能： 1.支持GPS/北斗定位（非标配，采购时需额外告知）。 ZIGBEE功能： 1.支持ZIGBEE 低功耗的近距离无线组网通讯（非标配，采购时需额外告知）。

简单易用 1.产品出厂配置默认参数，客户只需修改个别参数甚至不需要做任何参数修改，就可以实现快速使用设备。 2.图形化配置工具：完善的图形化配置工具，提供快速配置功能，实现客户快速配置；提供批量配置功能，实现批量设备的配置。 3.产品说明书提供快速配置说明，可以快速使用设备。 4.检查软件：提供SYSLOG日志输出功能，可以用于参考设备工作日志，同时协助分析异常时的原因；通过串口调试软件，提供不同的调试等级输出，方便客户查看各种信息，快速定位问题。 5.设备经过8年的沉淀，设备功能完善同时简单易用。

五、典型应用

安防监控；交通监控；金融ATM/查询终端应用；机房监控；公安监控；道理监控；油田监测；远程抄表；路灯监控；环境监测；气象监测；水利监测；热网监测；电表监测；机房监控；交通指示；煤炭监控；地震监测；车辆诱导；供水监控；高速公路监测；噪声实时监控；环保重点污染源监控；供水管网实时传输监控；电力配网自动化遥控系统；各类国内外各类带以太网接口的PLC，RTU实现无线数据传输等等。

六、总结

依托2G/3G/4G无线网络，无线接入Internet,无须铺设接入Internet通信电缆，无须维护网络测； PPTP＋MPPE和IPSEC L2TP VPN保证了数据的安全性和可靠性；

1、设备统一性：对于不同的采集设备使用相同的通信设备CM520-8避免了不同设备可能带来的兼容性问题以及以过多的通信设备操作及维护；

2、无需二次开发：为客户节约了成本,减小技术难度,缩短建设周期,提高了竞争力；易用性,可操作性强:WEBTELNET串口界面方便用户的配置和管理,降低了日常维护人员的操作难度；

3、方案领先性：以太网数据传输是一种发展趋势,而VPN技术将很大程度的替代掉传统专线技术；将串口通信转换为以太网通信是串口设备实现远程通信的一个优选方案；

4、通信设备一次性投资：由于CM520-8是标准以太网通信设备,支持当前流行的路由协议及vpn标准，因此完全满足以太网通信功能。如果有以太网通信功能的扩展,通过具有本地及远程升级的功能，只需升级CM520-8内部firmware即可完成通信设备的功能扩展；

5、本地扩展性强:当现场增加采集设备，只需将其接入已有CM520-8工业级2G/3G/4G无线路由器即可完成网络通信，无须再为新增的采集设备添加通信设备。