测震台站数据传输模式改进

李 勇 潘志宏 蔡绍平

（中国昆明650224云南省地震局）

测震台站数据传输模式改进

李 勇 潘志宏 蔡绍平

（中国昆明650224云南省地震局）

为提高数字化地震监测台站的数据连续率及可用率，在综合考虑传输成本、建设难度、运维管理等因素基础上，提出测震台站双链路传输方案。经验证，该方案能有效提高测震台站数据传输连续率及可用率，为测震台站高效稳定的数据传输提供保障。

测震台站；串口服务器；DTU；链路冗余

0 引言

随着中国数字化地震监测技术的高速发展，地震监测台网规模日益扩大，台站数量剧增，台网种类日益多元化，导致测震台网中心的实时测震数据传输量及负载急剧增加。截至2014年6月，云南数字化测震台网已建成并正式运行的台站达到92个，包括国家台、省级区域台、地方台及企业台等，相比“十五”网络项目建设完成时的48个，数量增加了将近1倍。在地震台网规模急剧扩大的同时，地震科学研究、地震预报等工作对数字化地震台站的数据连续率、数据可用率等提出越来越高的要求。受条件所限，地震台站运行维护压力越来越大。

通过对测震台站运行及数据长期监控及分析，认为造成当前数字化测震数据中断的原因主要包括供电故障、通信链路故障、地震仪器自身故障、雷击、人为损害等，其中供电故障及通信链路故障为主要因素，截至2013年1月，在云南测震台网日常运行故障中，供电故障导致数据中断占48.1%，通信链路故障导致中断占39.5%，仪器自身故障导致的数据中断占10.3%，其他因素仅占2.1%。

为了解决当前测震台网数据非正常中断问题，云南测震台网从2013年起，对该省境内大部分国家台及省级区域台进行供电线路改造，在保留原有供电线路基础上，增加太阳能供电线路，对老化的UPS及蓄电池进行更换，采用市电及太阳能双线路同时供电，自动切换等技术，较好解决了供电故障导致台站数据非正常中断问题。

供电改造完成后，通信链路故障成为测震台站数据中断的主要原因，当前云南省境内测震台站大多采用SDH线路进行数据传输，中断后由运营商负责检查及进行维修，由于大部分测震台站地处偏远乡村，运营商在县级以下村镇的运维力量薄弱，发生通信链路故障后不能及时进行检修及恢复，将严重影响测震台站数据连续率。为解决此问题，本文探索采用台站双链路传输技术，增强测震台站的可靠性及数据连续率，从而保障测震台站的稳定运行。

1 设计目标

结合地震监测台站特点及实际情况，在采用双链路备份技术对台站进行升级改造过程中，主要考虑以下设计目标：①实施成本。由于测震台站每年运维经费有限，主要用于保障原有系统及SDH链路的正常运行，在增加备份链路时不能大幅度提高测震台站运维成本，应控制在原有费用的10%以下为宜；②兼容性。增加的链路定位为原有链路的备份及补充，在实施过程中不应干扰原有传输链路及模式，仅在原有SDH链路出现故障时采用，应支持当前测震台站使用的各种主流数据采集器及传输设备，在不更换原有设备情况下进行升级及扩展；③维护性。增加的链路定位为原有链路的备份，主要为了减轻台站维护负担，提高数据连续率。

2 实施方案

2.1 基于3G网络的VPDN数据传输

VPDN（Virtual Private Dial-up Network）又称虚拟专用（或私有）拨号网，是虚拟专用网（VPN） 业务的一种，以拨号接入方式上网，在其之上传输数据，并对数据进行封包和加密的一种网络。它是利用IP网络的承载功能结合相应认证和授权机制建立的安全的VPN，是近年来随着Internet的发展而迅速发展起来的一种技术。VPDN可以实现将数据流量强制到特定的目的地，并提供必要数据安全支持。3G（the 3rd Generation）技术，指第三代移动通信技术，是支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G技术能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），其特点是提供高速数据业务。地震台站备份链路采用中国电信推出的CDMA 2000 3G移动通信业务，理论带宽可达3.1 Mb/s，可以满足地震实时波形数据传输业务需要。

测震台站选用3G网络作为备份链路进行传输，可以有效控制台站运维成本。以“十五”数字化测震台为例，采用EDAS-24IP数据采集器，采样率100，3通道，采用3G网络进行24小时不间断传输，每月产生的数据流量约2 GB，地震较多时可达3 GB，相比原有固定SDH链路，成本增加控制在10%以内，可以用较低成本实现链路的实时备份，满足设计要求。

在以往基于3G网络的流动地震监测中，通常采用传统的VPN方案来组建虚拟数据专网，传统VPN方案部署困难、维护量大，需要测震台网自行进行整个数据传输网络的维护，同时需要维护人员具有一定网络水平和网络管理知识，无形中增加了台网运行维护负担和工作量。VPDN的出现有效解决了这一问题。VPDN网络应用隧道技术，在公网上建立虚拟专用网络，属于VPN的一种形式，与普通VPN不同的是，在基于3G拨号网络的情况下，VPN需要进行2次拨号，使用户能够接入虚拟专用网，用户认证过程在台网中心服务器端完成，而VPDN仅需1次拨号，就可以实现公网和专线接入，无缝结合，用户认证及权限分配仅通过拨号时使用的用户名和密码进行控制，同时用户认证服务器可以交由链路运营商代为管理和维护，地震台网维护人员只需监控链路的通断状态，无需管理和维护具体的实现过程，减轻测震台网中心和台站端日常工作负担。

2.2 基于串口服务器的地震数据传输

在“十五”数字化地震台网建设规划中，中国地震观测网络提出仪器IP化概念，以及网络到台站，IP到仪器的建设目标，很多公司生产开发了具有IP传输功能的地震数据采集器（李勇等，2007）。由于仪器自身局限，当前中国测震台网使用的数据采集器只具有单网口输出，网络信号接入SDH链路进行日常地震数据传输，基于备份链路与SDH链路相互独立，互不影响的原则，备份链路与数据采集器的网络输出口不能连接，以保证主要数据传输链路的正常运行。

当前中国测震台网使用的主流数据采集器配备串口+网口的双通道输出，能够同时输出相同无差别的实时地震监测信号。因此，在备份链路中，可采用数据采集器串口输出作为数据源，由于VPDN是基于TCP/IP协议的数据传输链路，需要对数据采集器的串口输出进行IP化后进行传输，经过长期实验及比较，当前较为稳定的有基于串口服务器和基于DTU设备的两种传输方案。

在基于串口服务器的传输方案中，串口服务器成功实现了传统串口数据的IP化，使得数据采集器串口输出数据可以进入基于3G网络的VPDN链路进行传输，该方案的网络拓扑见图1。

图1 基于串口服务器的地震数据传输方案Fig.1 Data transmission using the data stream server

在基于串口服务器的传输方案中，通过串口服务器IP化后的实时监测数据需要接入3G路由器进行数据传输，通过串口服务器转换为标准的IP数据流，可以适用于当前市场上各种3G路由器，适应范围广。在实际应用中，可以选用具备开机自动拨号、自动维护通信链路、掉线自动重播、链路永远在线、自动定时上线和下线、远程短信重启等功能的工业级3G路由器，可以收到较好的链路备份及传输效果。

2.3 基于DTU设备的地震数据传输

DTU（Data Transfer unit）设备是近年来广泛采用的专门用于将串口数据转换为IP数据，通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。DTU设备提供RS232、RS485、RS422接口或者TTL接口，可以直接与数据采集器的数据输出串口连接，并通过设备内集成的3G路由器进行数据传输，DTU设备同时具备开机自动拨号、自动维护通信链路、掉线自动重播、链路永远在线、自动定时上线和下线、远程短信重启等功能，可以较好的实现测震台站的链路备份及数据传输。该方案的网络拓扑见图2。

图2 基于DTU设备的地震数据传输方案Fig.2 Data transmission using the DTU

3 试运行

为了测试双链路备份技术的实际应用效果，云南测震台网选取3个较为典型的地震台站进行试运行测试。测试台站为：沧源台（YN/CAY）、漫湾台（YN/MWT）、拖麻台（YN/ L5320）。其中：沧源台为无人值守区域固定台站，采用SDH链路进行传输；漫湾台为无人值守水库固定台站，采用SDH链路进行传输；拖麻台为大震现场流动观测台站，采用CDMA链路进行传输。这3个台站由于数据链路故障、供电故障、仪器故障等原因，数据连续率较低。

从2015年3月起，云南测震台网对3个台站按照以上方案进行升级改造，增加了基于3G网络的VPDN备份数据传输链路，采用独立数据流服务器接收备份链路实时波形数据，截至2015年6月，共90天，运行统计数据见表1。由表1可见，3个台站原有传输模式运行率都不高，但备份链路数据传输运行率均99%以上，效果优于故障率较高的主传输链路。可见，按照以上方案进行传输方式升级改造成功。

表1 运行统计结果Table 1 Statistic results of performance in 3 stations

4 结束语

综上所述，通过长期实验研究，作为传统固定SDH数据传输链路的备份及补充，基于3G网络的VPDN数据传输链路具有成本低廉、安装部署方便、维护简单、兼容性好等优点。将地震数据采集器的串口输出通过备份链路进行传输，在测震台网中心部署一台或多台数据流服务器，即可与原有台网流服务器实现互为备份，同时各自独立，互不干扰，稳定运行，在数据采集器正常工作情况下，即使原有SDH链路出现故障，也不会造成实时数据非正常中断，有效避免了通信链路故障造成的数据中断，提高了测震台站数据连续率及可用率，为测震台网高效稳定的数据传输提供保障。

李勇，潘志宏.串口服务器在地震数据传输中的应用［J］.地震地磁观测与研究，2007，28（2）：73-77.

刘可，张亦梅，等.如何在湖北省地震网络系统中架构VPDN平台［J］.大地测量与地球动力学，2010，30（Z1）：157-161.

徐建斌，吁亮.基于3G的VPDN技术在高速公路备份链路中的应用［J］.中国交通信息化，2014，（3）：74-77.

The optimization and improvement of data transformation for seismic station

Li Yong，Pan Zhihong and Cai Shaoping
（Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，China）

To reduce the interruptions of seismic data transformation，considering the costs，the diffculties of construction and maintenance，a solution based on the technology of network redundancy is provide in this paper.The results indicate that the network redundancy of seismic stations can improve continuity of the seismic data，making the seismic stations work stably and effciently.

seismic station，data stream server，DTU，network redundancy

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.018

李勇（1980—），男，工程师，主要从事地震台网维护及地震监测技术研究工作。E-mail： yneq@qq.com

云南省地震局青年基金项目（201308）和云南省地震局传帮带项目联合资助

本文收到日期：2015-07-22