基于工業(yè)級4G路由器地震監(jiān)測系統(tǒng)方案

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(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了4G技術(shù)的基本知識(shí)，描述了4G無線傳輸應(yīng)用于地震監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

一、前言

地震監(jiān)測行業(yè)具有網(wǎng)點(diǎn)多、布局分散的特點(diǎn)，將各采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(diǎn)數(shù)據(jù)的采集通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸來實(shí)現(xiàn)是不切實(shí)際的，根據(jù)地震監(jiān)測行業(yè)的特點(diǎn)，依托4G/3G網(wǎng)絡(luò)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)提供的豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、運(yùn)用先進(jìn)的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，為地震局提供完善的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、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(xiàng)目的要求，我們廈門才茂通信科技有限公司為該項(xiàng)目提出了一套切實(shí)可行的方案。

二、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　下圖為整個(gè)系統(tǒng)方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖：

如上圖：各個(gè)臺(tái)站的測震設(shè)備通過以太網(wǎng)口與無線路由器CM520連接，CM520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(huì)為下端的CM520分配一個(gè)私有IP地址、在vpn建立后,各個(gè)臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心并自動(dòng)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(tái)站數(shù)字采集器的工作狀態(tài)和參數(shù)，監(jiān)測各臺(tái)站數(shù)據(jù)的接收情況及運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)了對各臺(tái)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(tái)。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(shí)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)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(diǎn)1的IP地址網(wǎng)段為CM520的IP地址為此時(shí)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(shí)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(gè)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(jī)制隨時(shí)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(shí)需要采集監(jiān)測點(diǎn)1的震波數(shù)據(jù)時(shí),監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)管理工程師可臨時(shí)為該工程師生成一個(gè)vpn策略,允許其撥入vpn到監(jiān)控中心、并設(shè)置到監(jiān)測點(diǎn)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(yùn)行配套的震波采集軟件就可以收到監(jiān)測點(diǎn)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(shí)設(shè)置。

四、特點(diǎn)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(dòng)SIM卡：1張現(xiàn)場點(diǎn)、開通短信的中國移動(dòng)SIM卡一張;中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋現(xiàn)場；CM 520  1臺(tái)現(xiàn)場點(diǎn)；VPN Router 1臺(tái)(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、工業(yè)路由器功能特點(diǎn)

工業(yè)級設(shè)計(jì)

1．工業(yè)級CPU：工業(yè)級MIPS高性能嵌入式處理；帶 32 KB D-Cache，高速緩存數(shù)據(jù)，加快高速數(shù)據(jù)訪問速度；帶64 KB I-Cache，高速指令緩存，加強(qiáng)了指令處理速度。

2．工業(yè)級無線模塊：采用工業(yè)級無線模塊，抗干擾強(qiáng)，傳輸穩(wěn)定。

3．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：采用Linux操作系統(tǒng)，帶內(nèi)存管理單元，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，功能升級快，系統(tǒng)穩(wěn)定，帶完善TCP/IP協(xié)議棧。

4．強(qiáng)化電路板：PCB采用遵循3H和3W原則，同時(shí)公司所有產(chǎn)品電路板都采用高品質(zhì)材質(zhì)來生產(chǎn)，確保板材的穩(wěn)定可靠。

5．工業(yè)級元器件：整機(jī)元器件采用嚴(yán)格篩選的工業(yè)級元器件來生產(chǎn)。

6．工業(yè)級電源：寬壓電源設(shè)計(jì)，電源適應(yīng)范圍為DC7V - DC32V，內(nèi)置電源反向保護(hù)和過壓過流保護(hù)。

7．電磁防護(hù)：以太網(wǎng)接口內(nèi)置1.5KV電磁隔離防護(hù)。

8．抗干擾設(shè)計(jì)：采用金屬外殼，屏蔽電磁干擾，系統(tǒng)保護(hù)等級IP30；天線帶防雷設(shè)計(jì)；系統(tǒng)超低溫和超高溫設(shè)計(jì)；特別適合在環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。

 

穩(wěn)定可靠

1．在線維持專利技術(shù)：智能防掉線，在線檢測，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)埽惓Ｗ詣?dòng)復(fù)位，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。

2．三層系統(tǒng)保護(hù)：在原來兩級（軟件保護(hù)+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護(hù)）系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護(hù)功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

3．UIM/SIM卡ESD保護(hù)：1.8V/3V/5V標(biāo)準(zhǔn)的推桿式用戶卡接口，內(nèi)置15KV ESD保護(hù)。

4．串口ESD保護(hù)：串口RS232內(nèi)置15KV ESD保護(hù)。

5．金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設(shè)計(jì)；符合電力安規(guī)要求；防護(hù)等級為IP30；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。

6．所有無線模塊都有通過CGD認(rèn)證或者FCC認(rèn)證或者CE認(rèn)證。

7．高速處理CPU：采用高速M(fèi)IPS的工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機(jī)”、“當(dāng)機(jī)”等疑難問題。

8．超大內(nèi)存：FLASH-128Mbits，DDR2-1Gbits，有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。

9．完善的協(xié)議棧：系統(tǒng)采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧，使網(wǎng)絡(luò)通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。

10．EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測試；公司產(chǎn)品2010年榮獲“中國工控行業(yè)客戶滿意最佳供應(yīng)商”。

 

 

功能強(qiáng)大

11．支持無線視頻監(jiān)控和動(dòng)態(tài)圖像傳輸。

12．支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信和路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)也支持串口TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸或者串口配置。

13．支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、L2TP、GRE和IPSEC。

14．智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)埽_保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。

15．支持IPTABLES防火墻，包過濾功能。

16．支持定時(shí)上線下線功能，可以設(shè)置設(shè)備在某段時(shí)間內(nèi)上線和某個(gè)時(shí)間內(nèi)下線。

17．支持多種協(xié)議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，F(xiàn)TP等。

18．支持靜態(tài)路由。

19．支持DHCP/DHCPD功能。

20．支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT。

21．支持動(dòng)態(tài)DDNS：支持花生殼、88IP和dyndns域名服務(wù)商。

22．支持DMZ主機(jī)。

23．支持APN/VPDN網(wǎng)絡(luò)。

24．方便的WEB配置，支持遠(yuǎn)程WEB管理。

25．支持WEB配置保存和恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的備份和批量設(shè)備的快速配置。

26．支持telnet管理，方便易用的控制臺(tái)shell交互環(huán)境。

27．支持多臺(tái)終端共享router ppp廣域網(wǎng)出口。

28．支持多種無線撥號方式：自動(dòng)分配，指定IP，指定本地對端IP。

29．支持作為PPP服務(wù)器，多種認(rèn)證方式，支持雙向認(rèn)證。

30．方便易用的COM及SYSLOG系統(tǒng)診斷，調(diào)試功能。

31．支持串口本地軟件升級。

32．支持TFTP軟件遠(yuǎn)程升級。

33．支持實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

34．同時(shí)支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)。

 

簡單易用

1．產(chǎn)品出廠配置默認(rèn)參數(shù)，客戶只需修改個(gè)別參數(shù)甚至不需要做任何參數(shù)修改，就可以實(shí)現(xiàn)快速使用設(shè)備。

2．圖形化配置工具：完善的圖形化配置工具，提供快速配置功能，實(shí)現(xiàn)客戶快速配置；提供批量配置功能，實(shí)現(xiàn)批量設(shè)備的配置。

3．產(chǎn)品說明書提供快速配置說明，可以快速使用設(shè)備。

4．檢查軟件：提供SYSLOG日志輸出功能，可以用于參考設(shè)備工作日志，同時(shí)協(xié)助分析異常時(shí)的原因；通過串口調(diào)試軟件，提供不同的調(diào)試等級輸出，方便客戶查看各種信息，快速定位問題。

設(shè)備經(jīng)過13年的沉淀，設(shè)備功能完善同時(shí)簡單易用。

六、通信系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測

1、國家強(qiáng)制3C認(rèn)證、CE認(rèn)證、CRCC認(rèn)證等

2、入網(wǎng)許可證

3、摩爾實(shí)驗(yàn)室高低溫檢測報(bào)告

4、福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院檢測

5、著作版權(quán)證書

6、EMC檢測報(bào)告

7、wifi創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)

8、深圳比亞迪用戶測試報(bào)告

七、主要產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域

公司自成立以來，已完成/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/HSPA+/LTE/

MODEM/DTU/RTU/ROUTER/WIFI網(wǎng)關(guān)以及無線網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系列產(chǎn)品和GPS/北斗厘米級定位系統(tǒng)的生產(chǎn)和銷售，應(yīng)用于智能快件箱、充電樁系統(tǒng)、金融交易、郵政交易、智能電網(wǎng)、智能交通、環(huán)保監(jiān)測、消防監(jiān)控、安防監(jiān)控、水利監(jiān)測、公共安全、廣告發(fā)布、遙感勘測、工業(yè)控制、油田監(jiān)測、煤礦監(jiān)測、地震監(jiān)測、氣象監(jiān)測、儀表監(jiān)測、水表抄表、電表抄表、燃?xì)獬怼峋W(wǎng)監(jiān)控、集中抄表等行業(yè)。

八、企業(yè)榮譽(yù)

1．2001年在GPRS網(wǎng)絡(luò)未開通情況，通過和福建移動(dòng)合作，率先在業(yè)內(nèi)推出GPRS DTU；

2．2003年公司在業(yè)內(nèi)率先制定TCP透傳協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)成為業(yè)內(nèi)DTU產(chǎn)品事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；

3．2005公司率先在路由器上推行定時(shí)上下線功能，現(xiàn)在成為業(yè)內(nèi)普遍使用功能；

4．中移動(dòng)無線DDN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定參與者；

5．公司員工參加設(shè)計(jì)的無線自助終端項(xiàng)目，被評為“國家火炬計(jì)劃推廣產(chǎn)品”；

6．公司員工參與開發(fā)的無線終端評為“福建省優(yōu)秀項(xiàng)目獎(jiǎng)”

7．公司員工主持了863無線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室承建工作；

8．公司員工累計(jì)主持和參與了12項(xiàng)著作版權(quán)及專利技術(shù)設(shè)計(jì)。

9．2015年年度工控網(wǎng)“樣板工程獎(jiǎng)”

10．2016年最佳充電設(shè)備零部件供應(yīng)商

11．2016年榮獲新能源汽車工業(yè)最佳創(chuàng)新企業(yè)金獎(jiǎng)

九、總結(jié)

依托運(yùn)營商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 520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(qiáng):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、方案領(lǐng)先性：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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的一個(gè)優(yōu)選方案；
   4、通信設(shè)備一次性投資：由于CM 520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)，因此完全滿足以太網(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 520內(nèi)部firmware即可完成通信設(shè)備的功能擴(kuò)展；
    5、本地?cái)U(kuò)展性強(qiáng):當(dāng)現(xiàn)場增加采集設(shè)備，只需將其接入已有CM 520 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。