基于工業級4G路由器地震監測系統方案

本文提供了一種基于4G網絡的地震監控系統設計原理和實現方案，簡要介紹了4G技術的基本知識，描述了4G無線傳輸應用于地震監控系統的實現方法。

一、前言

地震監測行業具有網點多、布局分散的特點，將各采集點的數據實時上傳到中心監控端進行分析預測是地震監測行業中非常重要的一環，這對于突發事件的預測及震后的監測都至關重要，而對于每監測點數據的采集通過有線網絡傳輸來實現是不切實際的，根據地震監測行業的特點，依托4G/3G網絡和INTERNET互聯網提供的豐富的網絡資源、運用先進的無線數據傳輸技術進行建設，為地震局提供完善的遠程、實時、交互數據采集、無線傳輸、監測設備狀態及數據分析功能。下面我們以4G為例，根據該項目的要求，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、網絡結構
　　下圖為整個系統方案的網絡結構圖：

如上圖：各個臺站的測震設備通過以太網口與無線路由器CM520連接，CM520上電后按照監控中心網絡管理員的生成的vpn配置，向監控中心internet上的VPN Router發起VPN連接，當中心端路由器通過認證檢測后，會為下端的CM520分配一個私有IP地址、在vpn建立后,各個臺站監測數據自動傳輸到監測中心并自動生成數據文件并存入數據庫;監測中心通過遠程設置各臺站數字采集器的工作狀態和參數，監測各臺站數據的接收情況及運行情況,實現了對各臺站的統一管理；并且為地震前兆監測數據資源共享搭建了平臺。vpn隧道保證了數據的安全性和可靠性，監測中心的工作人員隨時對收集到的測震數據進行分析整理等。

三．主要功能簡介
    中心監控，震波采集當廈門才茂路由器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備實現點到點的通訊。
如下圖：

   假設中心網絡IP地址網段為監測點1的IP地址網段為CM520的IP地址為此時中心端監控站可直接采集到測震設備(本例中為中的數據,同時中心端的工作人員可以對收集到的數據進行監測和分析.
    遠程維護功能位于中心在Internet上的VPN Router具有VPN接入功能.負責維護此網絡的管理工程師可設置不同的配置和訪問權限,通過這些配置可以讓各個網絡間互相通信.利用其功能,我們可以讓出差在外的技術工程師或管理員通過internet使用VPN連接至監控中心、并通過中心的VPN Router訪問下端的測震設備.
    維護此網絡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,安全的機制隨時監測現場設備.假設這么一種情況,當工程師出差在外,此時需要采集監測點1的震波數據時,監控中心的網絡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到監控中心、并設置到監測點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方式接入到監測中心、運行配套的震波采集軟件就可以收到監測點1設備采集的數據.完成對數據的采集和分析后,工程師拆掉vpn連接,監控中心的網絡管理工程師刪掉該工程師的臨時設置。

四、特點及優勢
   本方案必須具備的環境和設備及軟件如下：中心能接入Internet,具有公網IP；具有已開通數據業務的中國移動SIM卡：1張現場點、開通短信的中國移動SIM卡一張;中國移動4G網絡信號覆蓋現場；CM 520  1臺現場點；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)數據采集站,配套的采集軟件(根據客戶監控需求而定)。

   技術參數如下：4G網絡接入，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、工業路由器功能特點

工業級設計

1．工業級CPU：工業級MIPS高性能嵌入式處理；帶 32 KB D-Cache，高速緩存數據，加快高速數據訪問速度；帶64 KB I-Cache，高速指令緩存，加強了指令處理速度。

2．工業級無線模塊：采用工業級無線模塊，抗干擾強，傳輸穩定。

3．實時操作系統：采用Linux操作系統，帶內存管理單元，實時性強，功能升級快，系統穩定，帶完善TCP/IP協議棧。

4．強化電路板：PCB采用遵循3H和3W原則，同時公司所有產品電路板都采用高品質材質來生產，確保板材的穩定可靠。

5．工業級元器件：整機元器件采用嚴格篩選的工業級元器件來生產。

6．工業級電源：寬壓電源設計，電源適應范圍為DC7V - DC32V，內置電源反向保護和過壓過流保護。

7．電磁防護：以太網接口內置1.5KV電磁隔離防護。

8．抗干擾設計：采用金屬外殼，屏蔽電磁干擾，系統保護等級IP30；天線帶防雷設計；系統超低溫和超高溫設計；特別適合在環境惡劣的工業環境下使用。

 

穩定可靠

1．在線維持專利技術：智能防掉線，在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，異常自動復位，確保設備永遠在線。

2．三層系統保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗WDT保護）系統保護的基礎上，增加一級系統虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統穩定可靠。

3．UIM/SIM卡ESD保護：1.8V/3V/5V標準的推桿式用戶卡接口，內置15KV ESD保護。

4．串口ESD保護：串口RS232內置15KV ESD保護。

5．金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統安全隔離，防雷設計；符合電力安規要求；防護等級為IP30；特別適合于環境惡劣的工業控制領域。

6．所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證。

7．高速處理CPU：采用高速MIPS的工業級CPU，可以更加高速地處理各種協議數據轉換；解決了業內“假在線”、“假死機”、“當機”等疑難問題。

8．超大內存：FLASH-128Mbits，DDR2-1Gbits，有超大的內存來緩存客戶發送數據，同時接收超大數據包，數據不丟失。

9．完善的協議棧：系統采用了完善的TCP/IP協議棧，使網絡通信性能優異，掉線概率極大降低。

10．EMC性能優異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業領域環境惡劣下使用；系統EMC/EMI優異，系統穩定可靠；通過EMC測試；公司產品2010年榮獲“中國工控行業客戶滿意最佳供應商”。

 

 

功能強大

11．支持無線視頻監控和動態圖像傳輸。

12．支持以太網數據通信和路由轉發，同時也支持串口TCP/UDP透明數據傳輸或者串口配置。

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，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。

15．支持IPTABLES防火墻，包過濾功能。

16．支持定時上線下線功能，可以設置設備在某段時間內上線和某個時間內下線。

17．支持多種協議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。

18．支持靜態路由。

19．支持DHCP/DHCPD功能。

20．支持端口映射NAT功能，如SNAT，DNAT。

21．支持動態DDNS：支持花生殼、88IP和dyndns域名服務商。

22．支持DMZ主機。

23．支持APN/VPDN網絡。

24．方便的WEB配置，支持遠程WEB管理。

25．支持WEB配置保存和恢復，實現參數的備份和批量設備的快速配置。

26．支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環境。

27．支持多臺終端共享router ppp廣域網出口。

28．支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP。

29．支持作為PPP服務器，多種認證方式，支持雙向認證。

30．方便易用的COM及SYSLOG系統診斷，調試功能。

31．支持串口本地軟件升級。

32．支持TFTP軟件遠程升級。

33．支持實時時鐘。

34．同時支持LINUX和WINDOWS操作系統。

 

簡單易用

1．產品出廠配置默認參數，客戶只需修改個別參數甚至不需要做任何參數修改，就可以實現快速使用設備。

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，實現客戶快速配置；提供批量配置功能，實現批量設備的配置。

3．產品說明書提供快速配置說明，可以快速使用設備。

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

設備經過13年的沉淀，設備功能完善同時簡單易用。

六、通信系列產品資質與檢測

1、國家強制3C認證、CE認證、CRCC認證等

2、入網許可證

3、摩爾實驗室高低溫檢測報告

4、福建省產品質量檢驗研究院檢測

5、著作版權證書

6、EMC檢測報告

7、wifi創新產品獎

8、深圳比亞迪用戶測試報告

七、主要產品及應用領域

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

MODEM/DTU/RTU/ROUTER/WIFI網關以及無線網絡高清視頻監控系列產品和GPS/北斗厘米級定位系統的生產和銷售，應用于智能快件箱、充電樁系統、金融交易、郵政交易、智能電網、智能交通、環保監測、消防監控、安防監控、水利監測、公共安全、廣告發布、遙感勘測、工業控制、油田監測、煤礦監測、地震監測、氣象監測、儀表監測、水表抄表、電表抄表、燃氣抄表、熱網監控、集中抄表等行業。

八、企業榮譽

1．2001年在GPRS網絡未開通情況，通過和福建移動合作，率先在業內推出GPRS DTU；

2．2003年公司在業內率先制定TCP透傳協議標準，現成為業內DTU產品事實標準；

3．2005公司率先在路由器上推行定時上下線功能，現在成為業內普遍使用功能；

4．中移動無線DDN協議標準制定參與者；

5．公司員工參加設計的無線自助終端項目，被評為“國家火炬計劃推廣產品”；

6．公司員工參與開發的無線終端評為“福建省優秀項目獎”

7．公司員工主持了863無線網絡通信實驗室承建工作；

8．公司員工累計主持和參與了12項著作版權及專利技術設計。

9．2015年年度工控網“樣板工程獎”

10．2016年最佳充電設備零部件供應商

11．2016年榮獲新能源汽車工業最佳創新企業金獎

九、總結

依托運營商4G網絡，無線接入Internet,無須鋪設接入Internet通信電纜，無須維護網絡測；
PPTP＋MPPE和IPSEC+L2TP VPN保證了數據的安全性和可靠性；
    1、設備統一性：對于不同的采集設備使用相同的通信設備CM 520避免了不同設備可能帶來的兼容性問題以及以過多的通信設備操作及維護；
    2、無需二次開發：為客戶節約了成本,減小技術難度,縮短建設周期,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,降低了日常維護人員的操作難度；
   3、方案領先性：以太網數據傳輸是一種發展趨勢,而VPN技術將很大程度的替代掉傳統專線技術；將串口通信轉換為以太網通信是串口設備實現遠程通信的一個優選方案；
   4、通信設備一次性投資：由于CM 520是標準以太網通信設備,支持當前流行的路由協議及vpn標準，因此完全滿足以太網通信功能。如果有以太網通信功能的擴展,通過具有本地及遠程升級的功能，只需升級CM 520內部firmware即可完成通信設備的功能擴展；
    5、本地擴展性強:當現場增加采集設備，只需將其接入已有CM 520 4G Router即可完成網絡通信，無須再為新增的采集設備添加通信設備。