基于GPRS無線網絡地震監控系統解決方案

摘要：本文提供了一種基于GPRS網絡的地震監控系統設計原理和實現方案，簡要介紹了GPRS技術的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應用于地震監控系統的實現方法。
關鍵詞：GPRS ；路由器； Internet；地震監控。
一、前言
　　地震監測行業具有網點多、布局分散的特點，將各采集點的數據實時上傳到中心監控端進行分析預測是地震監測行業中非常重要的一環，這對于突發事件的預測及震后的監測都至關重要，而對于每監測點數據的采集通過有線網絡傳輸來實現是不切實際的，廈門才茂通信科技有限公司根據地震監測行業的特點，依托CDMA 1X/GPRS網絡和INTERNET互聯網提供的豐富的網絡資源、運用先進的無線數據傳輸技術進行建設，為地震局提供完善的遠程、實時、交互數據采集、無線傳輸、監測設備狀態及數據分析功能。下面我們以GPRS為例，根據該項目的要求，我們廈門才茂通信科技有限公司為該項目提出了一套切實可行的方案。
二．網絡結構
下圖為整個系統方案的網絡結構圖：

　　如上圖：各個臺站的測震設備通過以太網口與無線路由器-CM3150R連接,CM3150R上電后按照監控中心網絡管理員的生成的vpn配置,向監控中心internet上的VPN Router發起VPN連接,當中心端路由器通過認證檢測后,會為下端的CM3150R分配一個私有IP地址、在vpn建立后,各個臺站監測數據自動傳輸到監測中心并自動生成數據文件并存入數據庫;監測中心通過遠程設置各臺站數字采集器的工作狀態和參數,監測各臺站數據的接收情況及運行情況,實現了對各臺站的統一管理;并且為地震前兆監測數據資源共享搭建了平臺.vpn隧道保證了數據的安全性和可靠性.監測中心的工作人員隨時對收集到的測震數據進行分析,整理等.

三．主要功能簡介
　　中心監控，震波采集當廈門才茂路由器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備實現點到點的通訊。
如下圖：

　　假設中心網絡IP地址網段為監測點1的IP地址網段為CM3150R的IP地址為此時中心端監控站可直接采集到測震設備(本例中為中的數據,同時中心端的工作人員可以對收集到的數據進行監測和分析. 遠程維護功能位于中心在Internet上的VPN Router具有VPN接入功能.負責維護此網絡的管理工程師可設置不同的配置和訪問權限,通過這些配置可以讓各個網絡間互相通信.利用其功能,我們可以讓出差在外的技術工程師或管理員通過internet使用VPN連接至監控中心、并通過中心的VPN Router訪問下端的測震設備. 維護此網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,安全的機制隨時監測現場設備.假設這么一種情況,當工程師出差在外,此時需要采集監測點1的震波數據時,監控中心的網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到監控中心、并設置到監測點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方式接入到監測中心、運行配套的震波采集軟件就可以收到監測點1設備采集的數據.完成對數據的采集和分析后,工程師拆掉vpn連接,監控中心的網絡管理工程師刪掉該工程師的臨時設置。

四．特點及優勢
　　本方案必須具備的環境和設備及軟件如下：中心能接入Internet,具有公網IP;具有已開通數據業務的中國移動SIM卡：1張現場點、開通短信的中國移動SIM卡一張;中國移動GPRS網絡信號覆蓋現場；CM 3150R1臺現場點；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)數據采集站,配套的采集軟件(根據客戶監控需求而定)。 技術參數如下：GPRS網絡接入，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CM 3150R產品技術參數和特點 CM 3150R GPRS Router無線路由器采用高性能的工業級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺，系統集成了全系列從邏輯鏈路層到應用層通信協議，支持靜態及動態路由，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，穩定可靠，各種協議路由轉發的無線路由網絡。本產品已廣泛應用于金融，水利，環保，電力，郵政，氣象等行業。
一、無線參數
　　支持EGSM900/GSM1800無線網絡 GPRS multi-slot class 10 編碼方案：CS1~CS4 符合SMG31bis技術規范 Compliant to GSM phase 2/2+ 支持數據、短信 支持13K QCELP音頻編解碼 二、硬件系統 CPU：工業級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache FLASH：8MB（可擴展至32MB） SDRAM：64MB（可擴展至256MB）
　　1、接口： 以太網口： 一個 10/100 Base-T 以太網口, 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、在線及以太網口LINK/ACT指示燈。 　
　　2、天線接口： 標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
　　3、SIM/UIM卡接口： 標準的抽屜式用戶卡接口（3V/5V）。
　　4、電源接口： 標準的3芯火車頭電源插座。
　　5、語音接口： 標準的耳機麥克風接口。（預留，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:
　　工作環境溫度 -25~+65ºC 儲存溫度 -40~+85ºC 相對濕度 95%(無凝結)
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，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。 支持IPTABLES防火墻，包過濾功能 支持多種協議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。 支持動態路由和靜態路由 支持DHCP 功能 支持NAT功能，如SNAT，DNAT 支持動態DDNS 支持DMZ主機 支持路由轉發，同時也支持串口數據傳輸,，數據中心管理 支持APN/VPDN網絡 方便的WEB配置，支持遠程WEB管理支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環境 支持多臺終端共享router ppp廣域網出口 支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP 支持作為PPP服務器，多種認證方式，支持雙向認證 方便易用的COM及SYSLOG系統診斷，調試功能 支持串口本地軟件升級 支持TFTP軟件遠程升級 支持實時時鐘 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統 四、典型應用
安防監控
交通監控　
金融ATM/查詢終端應用
機房監控
公安監控
道理監控
油田監測
遠程抄表
路燈監控
環境監測
氣象監測
水利監測
熱網監測
電表監測
機房監控
交通指示
煤炭監控　
地震監測
車輛誘導
供水監控
高速公路監測
噪聲實時監控
環保重點污染源監控
供水管網實時傳輸監控
電力配網自動化遙控系統
各類國內外各類帶以太網接口的PLC
RTU實現無線數據傳輸等等　
五． 總結: 依托中國移動GPRS網絡，無線接入Internet,無須鋪設接入Internet通信電纜，無須維護網絡測； PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TP VPN保證了數據的安全性和可靠性；
1、設備統一性：對于不同的采集設備使用相同的通信設備CM 3150R避免了不同設備可能帶來的兼容性問題以及以過多的通信設備操作及維護；
2、無需二次開發：為客戶節約了成本,減小技術難度,縮短建設周期,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、方案領先性：以太網數據傳輸是一種發展趨勢,而VPN技術將很大程度的替代掉傳統專線技術；將串口通信轉換為以太網通信是串口設備實現遠程通信的一個優選方案；
4、通信設備一次性投資：由于CM 3150R是標準以太網通信設備,支持當前流行的路由協議及vpn標準，因此完全滿足以太網通信功能。如果有以太網通信功能的擴展,通過具有本地及遠程升級的功能，只需升級CM 3150R內部firmware即可完成通信設備的功能擴展；
5、本地擴展性強:當現場增加采集設備，只需將其接入已有CM 3150R GPRS Router即可完成網絡通信，無須再為新增的采集設備添加通信設備。