才茂基于工業(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*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，會為下端的CM520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(yùn)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(jī)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(yùn)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：

1、服務(wù)端：中心能接入Internet,具有公網(wǎng)IP；

2、服務(wù)端：VPN Router 1臺(中心端；*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)。

3、現(xiàn)場點應(yīng)用：具有已開通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中國移動（中國聯(lián)通或者中國電信）SIM卡1張、

4、現(xiàn)場點應(yīng)用：有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的環(huán)境（才茂是全網(wǎng)通路由器，故只要選擇zuihao信號覆蓋的運(yùn)營商即可）；

5、現(xiàn)場點應(yīng)用：CM 520（4G全網(wǎng)通）1臺（自帶VPN客戶端功能）；

6、現(xiàn)場點應(yīng)用：地震監(jiān)測配套的儀器儀表

   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

工業(yè)級設(shè)計

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. 實時操作系統(tǒng)：采用Linux操作系統(tǒng)，帶內(nèi)存管理單元，實時性強(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，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：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；系統(tǒng)超低溫和超高溫設(shè)計；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zhuanli技術(shù)：智能防掉線，在線檢測，在線維持，掉線自動重?fù)?，異常自動?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；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*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zuijia供應(yīng)商”。

功能強(qiáng)大

1. 支持無線視頻監(jiān)控和動態(tài)圖像傳輸。
2. 支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信和路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時也支持串口TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸或者串口配置。
3. 支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、L2TP、GRE和IPSEC。
4. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。
5. 支持IPTABLES防火墻，過濾功能。
6. 支持定時上線下線功能，可以設(shè)置設(shè)備在某段時間內(nèi)上線和某個時間內(nèi)下線。
7. 支持多種協(xié)議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，F(xiàn)TP等。
8. 支持靜態(tài)路由。
9. 支持DHCP/DHCPD功能。
10. 支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT。
11. 支持動態(tài)DDNS：支持花生殼、88IP和dyndns域名服務(wù)商。
12. 支持DMZ主機(jī)。
13. 支持APN/VPDN網(wǎng)絡(luò)。
14. 方便的WEB配置，支持遠(yuǎn)程WEB管理。
15. 支持WEB配置保存和恢復(fù)，實現(xiàn)參數(shù)的備份和批量設(shè)備的快速配置。
16. 支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環(huán)境。
17. 支持多臺終端共享router ppp廣域網(wǎng)出口。
18. 支持多種無線撥號方式：自動分配，IP，本地對端IP。
19. 支持作為PPP服務(wù)器，多種認(rèn)證方式，支持雙向認(rèn)證。
20. 方便易用的COM及SYSLOG系統(tǒng)診斷，調(diào)試功能。
21. 支持串口本地軟件升級。
22. 支持TFTP軟件遠(yuǎn)程升級。
23. 支持實時時鐘。
24. 同時支持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)，客戶只需修改個別參數(shù)甚至不需要做任何參數(shù)修改，就可以實現(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，實現(xiàn)客戶快速配置；提供批量配置功能，實現(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，同時協(xié)助分析異常時的原因；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)備功能完善同時簡單易用。

六、通信系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測

1、國家強(qiáng)制*、CE認(rèn)證、CRCC認(rèn)證等

2、入網(wǎng)許可證

3、摩爾實驗室高低溫檢測報告

4、福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院檢測

5、著作版權(quán)證書

6、EMC檢測報告

7、wifi創(chuàng)新產(chǎn)品獎

8、深圳比亞迪用戶測試報告

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?、熱網(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，通過和福建移動合作，*在業(yè)內(nèi)推出GPRS DTU；
2. 2003年公司在業(yè)內(nèi)*制定TCP透傳協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)成為業(yè)內(nèi)DTU產(chǎn)品事實標(biāo)準(zhǔn)；
3. 2005公司*在路由器上推行定時上下線功能，現(xiàn)在成為業(yè)內(nèi)普遍使用功能；
4. 中移動無線DDN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定參與者；
5. 公司員工參加設(shè)計的無線自助終端項目，被評為“國家火炬計劃推廣產(chǎn)品”；
6. 公司員工參與開發(fā)的無線終端評為“福建省優(yōu)秀項目獎”
7. 公司員工主持了863無線網(wǎng)絡(luò)通信實驗室承建工作；
8. 公司員工累計主持和參與了12項著作版權(quán)及zhuanli技術(shù)設(shè)計。
9. 2015年年度工控網(wǎng)“樣板工程獎”
10. 2016年zuijia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)zuijia創(chuàng)新企業(yè)金獎

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 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*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、本地擴(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。