葛翔

山東省氣象信息中心 山東 250031

0 引言

為了滿足現代氣象業務對于氣象數據傳輸連續性的要求以及現代氣象移動辦公的需求，山東省氣象局于 2010年底依托2009年第十一屆全運會時聯通公司建立的VPDN 3G移動通信系統，建立了山東省氣象系統的3G系統。關于3G技術在氣象系統的應用有很多人做過相關研究，例如徐益強在3G技術的原理上進行了研究，蘇軼等對于3G技術在移動氣象臺業務中的應用進行了闡述。本文主要闡述了3G技術在山東氣象系統的兩大主要應用：一是3G系統作為傳輸備份線路時實現動態備份，當主線路故障時無需人工操作即可自動切換至3G線路傳輸數據，保證數據傳輸的連續性；二是滿足現代氣象移動辦公對于數據傳輸、語音、圖像、視頻等應用的要求。

1 3G系統在山東氣象的運用

山東省氣象局使用的3G系統采用聯通公司的VPDN平臺，并通過專線的方式與山東省氣象局內網連接。具體建設內容包括無線路由網關、3G卡和無線數據終端，以及省級的VPDN鏈路和路由網關設備。該3G系統采用WCDMA 3G通信技術，是中國聯通公司2009年5月推出的移動通信業務，其理論帶寬可以達到 7.2M。山東省氣象局是中國聯通公司該業務的首個用戶，通過3G技術，在VPDN平臺上實現數據備份傳輸以及各種移動辦公應用在全國氣象部門內尚屬首例。

1.1 系統結構

聯通公司的VPDN平臺采用專線的方式與山東省氣象局(以下簡稱“省局”)內網連接，包括無線接入設備、AAA認證系統、路由設備等，網絡結構拓撲如圖1。

圖1 VPDN系統結構圖

LAC表示L2TP訪問集中器(L2TP Access Concentrator)用于為用戶提供無線終端的接入服務；LNS表示L2TP網絡服務器(L2TP Network Server)，一般可以為各種路由器，可對用戶進行身份驗證；在一個LAC和LNS之間建立VPDN隧道連接，由LNS通過專線，連接省局路由器，接入省局內網；采用AAA認證技術，通過VPDN平臺對3G卡卡號、用戶名、密碼等信息的認證，以確保訪問用戶的可靠。

1.2 用戶端設備連接方式

(1) 觀測臺站業務終端使用3G設備時需要部署3G無線路由器、3G卡和無線數據終端，使臺站所有設備均可接入內網各業務系統。3G無線路由器安裝時需根據臺站實際設備情況進行設置，但均要對連接3G無線路由器的本地交換機或者路由器進行相關設置，使3G設備實現動態備份。這樣便可實現當寬帶網出現中斷時自動切換到VPDN，保證觀測臺站數據傳輸的連續性。

(2) 普通移動辦公終端用戶僅使用 3G卡和無線數據終端通過聯通基站接入網絡后即可訪問省局內網。

1.3 用戶無線終端與省局內網連接方式

各用戶使用無線終端設備通過撥號方式與省局內網連接。連接時需經過兩次安全認證，獲取特定的IP地址，方可通過VPDN專線進入省局內網。

1.4 省局接入方式

省局采用IP專線方式接入。按照兩方協議，分配有專用IP地址用于無線終端的撥號接入。山東省氣象信息中心按照地址規劃，在核心交換機、接入交換機及NE20路由器上添加指向路由后可實現專用地址訪問省局內網。

2 3G系統的安全性、與其他無線傳輸方式對比

由于山東省氣象通信網絡系統對于安全性的要求，在建設無線傳輸系統時，必須要考慮的一點就是系統的安全性。

2.1 3G系統采取的安全措施

通過聯通公司建立VPDN平臺時所采取的多項技術方面措施，包括僅允許專用賬戶訪問網絡、建立專用線路連接內網、設備連接要經過多次安全認證、每個3G網卡分配固定的 IP地址以及與外網進行物理隔離等措施以及省氣象局針對3G設備的使用所采取的多項管理措施，包括建立完善的使用管理制度、省氣象信息中心對通過防火墻對3G訪問進行控制，設置允許訪問的上網卡對應的IP地址，并通過各種策略控制可訪問的資源等多個措施可以使我省氣象系統的3G系統有著很高的安全性。

2.2 3G系統與其他無線傳輸方式對比

我省氣象系統采用的無線通信傳輸方式主要有兩種，一是VPN通信，二是GPRS、CDMA通信。

2.2.1 與VPN的安全性對比

VPN通信傳輸方式是在互聯網上虛擬出一條專用的傳輸通道，來實現數據相對安全地在公網上傳輸的目的。此種方式的安全性相對較低，網關設備和終端設備均暴露在公網上，一旦因安全性設置漏洞被攻擊，可能會對整個系統造成較大影響，嚴重的將造成整個系統的癱瘓。而3G是通過與外網物理隔離的專線進行通信，全部通信過程都在一個獨立的通道內，安全性遠高于VPN方式。

2.2.2 與GPRS、CDMA的安全性對比

我省氣象系統的區域站等數據采集采用的GPRS/CDMA通信方式，其前端通過無線信號接入通信運營商的數據接入隧道，隧道間邏輯隔離，但在后端(電信運營商到氣象部門)GPRS/CDMA是在公網上通過防火墻接入業務網，而3G是通過專線接入業務網，與公網完全物理隔離。

綜上所述，基于VPDN平臺的3G通信方式采用了與公網邏輯隔離與物理隔離相結合的方式，其通信安全性理論上高于VPN、GPRS等通信方式，因此我們選擇采用聯通公司的VPDN平臺，來建設我們的無線辦公系統，以滿足現代氣象業務對于數據傳輸備份線路性能和氣象移動辦公應用日益增長的需求。

3 3G應用情況

3.1 移動辦公的應用

由于3G系統的帶寬高、速率快，可作為多種業務的移動辦公應用平臺。

3.1.1 數據業務應用

在數據業務應用中，可直接使用MICAPS或WEB瀏覽器調取內網服務器或數據庫中的資料信息進行加工與分析，就像使用本地終端一樣方便。

(1) 單機應用

將3G網卡與筆記本電腦連接，利用網卡自帶的撥號軟件實現與內網的安全連接，該模式適用于單機應用，主要用于移動辦公，例如外出的現場服務或氣象保障等。例：2012年 6月份煙臺海陽亞沙會時，在比賽現場的服務就使用 3G數據卡對實時氣象資料和各類服務材料進行應用和傳輸，進行及時的服務。當時在現場的工作人員主要靠3G設備與指揮中心海陽氣象局進行聯絡。同時在海陽局，多部3G上網卡作為主線路的備份使用，一旦主線路出現問題，3G設備可立刻使用。

(2) 網絡應用

將3G網卡與撥號路由器連接，通過地址轉換實現網絡連接，該模式適用于多臺電腦或小型局域網應用，主要應用于車載網絡。該模式可方便的與車內網絡系統相融合，無需對車內網絡進行改動，既可實現原有衛星網絡與3G網絡的相互切換，互為備份。例：2011年5月，省局移動氣象臺改造驗收時測試使用3G數據卡直連國家局以及省局大平面，通話通訊質量非常好，且現場業務應用所需資料的調取使用非常方便。

3.1.2 視頻業務應用

將3G網卡通過撥號路由器與視頻系統連接，通過雙向地址轉換進行網絡連接，同時將視頻終端的IP地址與網卡的IP 地址一一對應，可實現視頻系統的雙向呼叫，該模式主要用于移動氣象臺的車載視頻系統視頻會商。例：在海陽亞沙會期間，現場的移動氣象臺也是使用3G數據卡進行數據傳輸和視頻通話。

以上各種移動辦公應用方式已經過了 2009年第十一屆全運會、2012年海陽亞沙會以及其他各種重大氣象現場服務的多次實踐，結果顯示該3G系統能夠滿足數據、語音以及視頻的傳輸要求，無論是作為備份線路進行數據傳輸還是用于移動辦公，均發揮了重要作用，圓滿完成了各種重大現場氣象信息保障工作。

3.2 臺站 3G系統的流量、暢通率及抄報情況對比

作為數據傳輸備份，3G系統在氣象觀測臺站日常業務數據傳輸中的使用情況也是我們非常關注的。比如3G系統是否比原備份線路更好，是否可以滿足觀測業務需求等。對此我們做了幾個測試與對比。

3.2.1 臺站3G系統的暢通率、流量

山東省氣象信息中心檢測了所有臺站3G系統在2011年1月-5月的運行流量情況。同時以ping包方式測試全部觀測臺站的相應ip地址是否暢通，統計3G系統的暢通率。

經過多次測試，全部 123個臺站的 IP地址暢通率為60-70%，具體情況為：2011年 3月暢通率為 61.8%；2011年4月暢通率為66.7%；2011年5月暢通率為69.9%；2012年2月暢通率為61.0%； 2012年5月暢通率為65.0%。

分析原因：(1)少數幾個站點未有3G基站信號覆蓋；(2)部分臺站網絡設備在設置時禁止ping包，但從每年各地市各臺站的汛期前自檢結果顯示，全省所有臺站的3G設備基本全部在線；(3)在日常運行值班中發現尚有少部分臺站3G設備使用方式不正確。

對流量的檢測情況以及臺站反映的情況顯示3G數據傳輸系統的運行狀況較好，網絡連接和速度都比較穩定。部分臺站流量測試數據如表1。

表1 部分臺站流量測試結果

續表

具體分析流量使用情況：大部分臺站2011年的1月份流量較大，為剛下發3G上網設備各地市臺站進行調試所致，2-5月份運行穩定后基本達到比較穩定的狀態。查看網絡運行值班記錄，全省所有臺站傳輸及時率保持在較高的水平，極少出現因為主線路故障而無法及時傳輸數據的情況。分析未ping通的臺站流量情況，發現這些臺站1-5月每月均有流量，說明該站點3G網絡是暢通的，當主線路無故障時無流量。對數據流量大的站點進行分析，這些站點的流量都比較集中在某天某幾個時次，數據量都比較穩定，而且數據傳輸均較快，有效地保證了大批量的數據及時高效連續傳輸。

3.2.2 抄報情況對比

2012年初，在系統正式運行一年后，對2011年2月-2012年1月臺站抄報情況與上一年同期(2010年2月-2011年1月)的臺站抄報情況進行了對比。

對比發現，因為臺站網絡故障而導致的抄報數由2010年2月-2011年1月的26站次減少至2011年2月-2012年1月的12站次。3G系統進入業務運行后，因為網絡故障導致的抄報情況已大為減少，說明目前我局的3G線路較原先的備份線路有更好的穩定性，保障了我省觀測業務的正常運行。

上述多方面的結果顯示，3G系統很好的替代了我省臺站舊的氣象傳輸備份系統，滿足氣象數據傳輸連續性的要求，同時因為動態備份的實現，大大減輕了我省基層臺站氣象觀測員的工作負擔，提升了工作效率。本3G系統基本實現了建設目標。

4 結語

山東省的3G系統建成后，取代了臺站舊的備份線路并達到了預期的建設目標。3G系統穩定性及數據傳輸速度較原電話撥號系統有了很大的進步，而且3G系統采用動態備份技術，保證氣象數據傳輸的連續性。同時，3G在帶寬及安全性上具有先天優勢，在系統建成后極大地提升了氣象移動辦公的效率和便利性，也確保了省局內網的安全性。

[1]徐益強.基于3G的無線VPDN業務網的設計與實現[J].環境監控與預警.2010.

[2]蘇軼,劉樹峰,孟令旺,馬駿.3G 通信技術在移動氣象視頻會商中的研究與應用[J].氣象與環境科學.2012.