本文提供了一種基于4G網(wǎng)絡(luò)的地震監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了4G技術(shù)的基本知識，描述了4G無線傳輸應(yīng)用于地震監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
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(jìn)行分析預(yù)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(yù)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(luò)傳輸來實現(xiàn)是不切實際的，根據(jù)地震監(jiān)測行業(yè)的特點，依托TD-LTE/FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)提供的豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、運用*的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，為提供完善的遠(yuǎn)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4G為例，根據(jù)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
下圖為整個系統(tǒng)方案的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(dāng)中心端路由器通過認(rèn)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(yuǎn)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(jìn)行分析整理等。
三．主要功能簡介
    中心監(jiān)控，震波采集當(dāng)廈門才茂路由器CM 520-8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(luò)IP地址網(wǎng)段為監(jiān)測點1的IP地址網(wǎng)段為CM520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(jìn)行監(jiān)測和分析.
    遠(yuǎn)程維護(hù)功能位于中心在Internet上的VPN Router具有VPN接入功能.負(fù)責(zé)維護(hù)此網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(hù)此網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(luò)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(luò)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(wù)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4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋現(xiàn)場；CM 520-8  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：4G網(wǎng)絡(luò)接入，通信速率上行平均20Mbps ，下行60~70Mbps；Icmp平均延遲600ms;PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TPvpn接入。
 
五． 總結(jié):
依托中國移動4G網(wǎng)絡(luò)，無線接入Internet,無須鋪設(shè)接入Internet通信電纜，無須維護(hù)網(wǎng)絡(luò)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CM 520R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(hù)；
    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(hù)人員的操作難度；
   3、方案性：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(yuǎn)程通信的一個優(yōu)選方案；
   4、通信設(shè)備一次性投資：由于CM 520R是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信設(shè)備,支持當(dāng)前流行的路由協(xié)議及vpn標(biāo)準(zhǔn)，因此*以太網(wǎng)通信功能。如果有以太網(wǎng)通信功能的擴(kuò)展,通過具有本地及遠(yuǎn)程升級的功能，只需升級CM 520R內(nèi)部firmware即可完成通信設(shè)備的功能擴(kuò)展；
    5、本地擴(kuò)展性強:當(dāng)現(xiàn)場增加采集設(shè)備，只需將其接入已有CM 520R 4G Router即可完成網(wǎng)絡(luò)通信，無須再為新增的采集設(shè)備添加通信設(shè)備。