利用3G/4G网络构建地震台站在线式通信系统

谌 亮,李兴泉,谢江涛

(四川省地震监测中心，四川 成都 610041)

利用3G/4G网络构建地震台站在线式通信系统

谌 亮,李兴泉,谢江涛

(四川省地震监测中心，四川 成都 610041)

通过统计四川省数字测震台网在接入SDH光纤通信台站时的运行情况，分析现阶段地震台站备用通信系统存在的问题，提出针对光纤通信台站基于3G/4G无线通信在线式备份链路设想和系统解决方案，以提高台站数据运行率。

3G/4G；地震台站；网络通信

3G/4G，即第三代、第四代移动通信技术，已经被大众广泛使用。近年来，全国各地区3G/4G覆盖率稳步提高，包括大部分自然村在内的地区都已有3G/4G通信网络。其提供的高带宽、高覆盖和高稳定性无线数据通信链路，具有布设方便、组网灵活的优势，在全国地震观测系统中得到广泛使用。同时，目前普遍使用的，且通常认为稳定性与可靠性均十分突出的光纤通信系统，却因其使用光纤实体线缆传输，一旦线缆因故中断需要较长时间查缆、再熔接，致使故障恢复周期大大增长。综上所述，结合3G/4G无线通信技术特点，利用3G/4G网络构建台站备用通信系统有利于大幅提高台站数据运行率。

1 四川数字测震台网概述

四川数字测震台网目前共有数字测震台站60个，其中31个台站采用基于光纤的DDN或SDH有线数据通信链路实现台站数据实时传输。DDN全称为数字数据网，SDH全称为同步数字传输体制。近年来由于用户对网络带宽需求不断增长，DDN网络已经难以满足客户的数据传输带宽需求而逐步退出历史舞台。SDH网络由于兼容性强、复用方式先进且拥有网络自愈功能，已经成为电信网络中最基本和应用最广泛的一种模式。四川数字测震台网在项目设计与建设之初就充分考虑到了凉山、阿坝与甘孜三个少数民族自治州短期内基础条件差，维护路途长的客观现实。因此，全部台站均选取了相对可靠的基于光纤接入的有线数据通信链路，以保证台站实时数据传输的较高运行率。但在实际运行中，电信运营商对于“最后一公里”接入线路保护措施少；其次，近年来少数民族地区城镇建设进行接入段线路升级与改迁，受制于地区地形与基础条件，“三州”地区内区间核心线路(如跨地区的长途线路)也因山体塌方等自然灾害出现长时间中断，造成部分台站运行率较低，无法满足地震监测工作基本需求。因此，急需为部分台站配置备用通信系统。四川数字测震台网传输链路参见图1。四川数字测震台网光纤有线通信台站绝大部分由人工值守的台站升级而来，典型光纤有线通信链路台站技术系统参见图2。

图1 四川数字测震台网有线数据链路

图2 典型光纤有线通信链路台站技术系统

2 台站通信系统现状与特点分析

2.1 有线常见故障

目前四川数字测震台网选取的基于光纤接入的SDH(Synchronous Digital Hierarchy)通信链路技术成熟，整体可靠性高，同时其通信网络维护服务由电信运营商提供，正常情况下能够得到及时地响应并完成修复。但是目前对于甘、阿、凉“三州”光纤建设初期“最后一公里”的接入线路无法使用标准杆路布设，保护措施差，特别容易受到破坏。更为特殊的是“三州”地区部分区间核心线路(如跨地区的长途线路)因山体塌方等自然灾害会出现中断且短时难以恢复，造成故障台站运行率在当月快速下降。例如：2012年7月底，四川数字测震台网巴塘国家数字地震台专线因电信局端网络设备损坏，无法及时购置备机或维修，造成巴塘台数据中断近两个半月；2013年6月22日，四川省甘孜州雅江台有线线路因接入光纤损坏，线路中断8天。综上所述，四川数字测震台网有线台站虽然采用较为可靠的光纤有线链路，但是因当地条件限制，一旦出现链路故障往往难以快速恢复，容易造成台站数据长时间中断。

2.2 非在线式备份使用体验差

早在2003年CDMA 1X与GPRS移动数据业务推出以来，其提供的高带宽、广覆盖和高稳定性无线数据通信链路，就因布设方便、组网灵活的优势，在通信领域赢得了赞誉与期待。同时，各大主流设备厂商均迅速推出了针对行业用户的非在线式无线备份通信系统解决方案。此外，在“十五”地震网络项目建设期间，一些发达省份也在部分重点台站进行了实验性质的部署。然而，这10余年来无线蜂窝移动通信技术飞速进步，无线数据链路带宽成倍扩展，无线备份通信系统却并没有获得相应的发展，依然处于实验性部署与重点部署阶段，究其原因主要是广泛采用非在线式无线备份链路造成的。因其通常在主链路中断后方才启用备用链路(参见图3)，而无线链路不可避免地存在拨号时间耗费与拨号失败的情况，与此同时后端数据堆积，又影响刚刚建立的无线通信链路稳定性，多个因素叠加往往会导致备份信道拨号失败、反复拨号或链路拥塞无响应的状态，大大缩减了非在线式无线备份通信系统的使用体验和现实意义。

图3 非在线式备用通信链路启用流程

2.3 无线数据通信系统带宽不断扩展

在早前的第二代无线数据通信系统中，中低速数据业务和语音业务通过复用技术共用无线频带，共享基站发射功率、扩频码等宝贵资源。对于中低速数据及语音业务而言，这是使整个蜂窝移动网络同时具备语音与分组数据传输能力的最佳选择。但是，面对用户不断扩张的数据业务带宽需求，这种快速功率控制已经无法保证系统较高的频谱利用率，尤其是当高速分组数据业务与传统的语音业务采用码分方式，在共享频率和基站功率资源时，系统资源效率会降低，影响业务运营。当今我国投用的第三代与第四代无线数据通信制式，其基本设计思想是将高速分组数据业务与低速语音及数据业务，在资源分配系统上分离开来，利用单独载波提供高速分组数据业务，而由第二代通信系统提供传统的语音业务和中低速分组数据业务，以获得更高的频谱利用效率，且网络设计更灵活，覆盖范围更广泛。目前第三代无线数据通信制式至少支持2 Mbit/s下行或1.8 Mbit/s上行数据传输速率，第四代通信系统数据带宽则至少扩展到20 Mbit/s，完全能够满足台站有线链路备份数据的带宽需求。

3 解决方案及特点分析

我国作为发展中国家，目前西部地区不同程度地存在通信与交通条件相对较差的现实，而这些地区恰恰又是我国强震多发区域。在分布于这些地区的有线通信链路台站，配置高效可靠的备份链路可以大大提高台站实时数据运行率，从而提升台网监测能力。为此，提出建设基于3G/4G无线数据网络的台站在线式备用通信系统，用于针对性地解决早期备份链路存在的问题，以便提高备份链路可用性。该系统主要配置方案如下：台站新增配置在线式3G/4G无线备用路由器，该路由器为3G/4G无线通信链路在线提供实时保障，随时准备切换为台站主要通信链路；台站主路由器在主链路路由使用动态路由的基础上，引入备份静态路由，利用主/备路由之间的优先级设置，使台站在有线链路中断和动态路由掉线的瞬间得以自动完成路由表切换，实现主/备通信链路的无缝切换(实时在线式备用通信系统台站技术系统参见图4)。

图4 实时在线式备用通信系统台站技术系统示意图

以上基于3G/4G无线数据网络的实时在线式台站备用通信系统具备如下优势：通过新增3G/4G无线路由器实现备份线路实时在线，平时通过台网中心SNMP(Simple Network Management Protocol)网络管理软件可以实时监控台站主/备路由器和链路运行状态，及时维护，避免非在线式解决方案“平时看不见，需时用不上”的尴尬情况，增加备用通信系统可用性，从而提高台站运行率；备份链路实时在线，可以方便地在主路由器或网络主机上通过路由表配置实现主/备通信系统的无缝切换，甚至可以通过整体规划网络流量的划分与疏导，将台站部分监控数据或优先级较低的数据由备份链路传输，实现台站通信链路的负载均衡，提高链路利用率，降低台站主干链路负载。

该解决方案成本分析如下：台站端需新增3G/4G路由器1台，目前此类路由器设备在公安、银行、快递以及地震领域内广泛使用，设备稳定可靠，出货量大，特别是随着核心部件无线网络模块的价格走低，路由器采购价格与维修价格均只有主路由器价格五分之一；无线网络数据传输通信费用方面，随着第四代移动通信技术的全面普及，无线网络数据传输已经成为广大老百姓生活中不可或缺的通信业务，通信资费便宜，更可以结合不同台站使用方式与业务规模，灵活选择最具性价比的资费套餐，其资费是光纤有线通信的十分之一。

综上所述，通过对现有台站配置基于3G/4G无线数据网络的实时在线式台站备用通信系统，可以在台站运维成本增加不多的情况下有效改善台站通信条件，大大提高台站数据实时运行率，从而提升台网监测能力。

4 结束语

为了满足社会对地震信息产品的需求，还需要进一步加密地震监测台站，丰富地震监测手段，加强地震监测能力，“国家烈度速报与预警网络项目”正是在此背景下逐步推进的。按照项目规划设计，未来有更多的台站将会布设在通信、交通等基础设施薄弱的偏远乡村。怎样保证这些地区的台站通信系统稳定可靠，仍需要不断探索，而基于3G/4G无线数据网络的实时在线式台站备用通信系统必将是值得考虑和选择的解决方案之一。

[1] 林曙光.CDMA 2000 分组域网络技术[M].北京：邮电大学出版社，2006.

[2] 方海鹰.CDMA网络工程设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3] 王余伟.CDMA无线数据传输在地震监测系统中的应用[J].地震地磁观测与研究，2007，28(2):115-118.

[4] 谌亮.CDMA VPDN构建IP数字测震台网[J].地震地磁观测与研究，2008,29(1):69-76.

Establishment of Online Backup Communication System for Seismic Station by 3G/4G Network

CHEN Liang, LI Xingquan, XIE Jiangtao

(Earthquake Monitoring Center of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041, China )

Through the statistics of Sichuan seismic network in the operation of SDH optical fiber communication station case, we analyge the present seismic station backup communication system problems, and propose solutions for optical fiber communication stations of 3G/4G wireless communication system and online backup scheme in order to increase in station data transmission rate.

3G/4G; CDMA VPDN; seismic observation station; communication quality

2016-11-14

谌亮(1982-)，男，四川省眉山市人，毕业于电子科技大学，从事数字测震台网的建设与运行维护工作.

P315.69

B

1001-8115(2017)02-0027-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.02.007