基于3GVPDN網(wǎng)絡(luò)的地震觀測數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用分析

學(xué) 峰

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼和浩特 010010)

·技術(shù)交流·

基于3GVPDN網(wǎng)絡(luò)的地震觀測數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用分析

學(xué) 峰

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼和浩特 010010)

為解決內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局3G無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，提出基于3G VPDN無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)設(shè)計方案，分析3G VPDN無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)和安全性。該無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的應(yīng)用表明，電信CDMA 3G VPDN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在滿足地震觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r也能保證數(shù)據(jù)安全，可為未來地震烈度速報及預(yù)警信息項目建設(shè)提供參考依據(jù)。

3G VPDN無線網(wǎng)絡(luò)；L2TP隧道技術(shù)；數(shù)據(jù)傳輸

0 引言

內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局(以下簡稱內(nèi)蒙古局)地震信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由有線和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，包括60個光纖通信和56個無線通信地震臺站。各地震臺站觀測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)匯聚至局信息中心機(jī)房，進(jìn)行統(tǒng)一分析與存儲。由于部分前兆觀測臺站位置偏僻、觀測手段單一，有線通信鏈路無法到達(dá)，據(jù)此，提出無線傳輸設(shè)計方案。

地震無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是地震信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分，由中國電信CDMA 3G無線網(wǎng)絡(luò)和電信SDH光纖組建而成。由于電信CDMA 3G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸具有速率快、穩(wěn)定性強(qiáng)、信號覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，在地震監(jiān)測業(yè)務(wù)中應(yīng)用較廣。

筆者以內(nèi)蒙古局3G無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為例，提出基于3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)的地震觀測數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)計方案，并進(jìn)行安全性分析。經(jīng)試行，該方案在實(shí)際應(yīng)用中效果較好，可保障地震觀測數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸，在大震應(yīng)急時發(fā)揮作用。

1 3G -VPDN無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)

VPDN(Virtual Private Dial-up Network)稱為基于3G技術(shù)的虛擬撥號專網(wǎng)，是VPN虛擬專網(wǎng)的一種形式，是中國電信集團(tuán)公司互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上開放的基于撥號方式的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。其采用點(diǎn)到點(diǎn)隧道協(xié)議(PPTP)撥號的方式接入網(wǎng)絡(luò)，用L2TP協(xié)議建立安全鏈路隧道，從而安全穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)，并采用安全協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行封包和加密[1]。3G -VPDN通訊網(wǎng)絡(luò)主要具有高安全性、保密性、實(shí)時性、可移動性等特點(diǎn)[2]，由于3G無線網(wǎng)絡(luò)向4G過渡的原因，兩種無線網(wǎng)絡(luò)存在著相互兼容性差等問題。

VPDN業(yè)務(wù)網(wǎng)的接入方式多種多樣，可以使用ADSL，GPRS，CDMA，MPLS等多種方式實(shí)現(xiàn)接入[3]，其組網(wǎng)涉及的主要網(wǎng)元有PDSN，接入AAA、VPDN LNS和VPDN AAA等[2]。該研究是基于電信CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)撥號接入的VPDN專網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合內(nèi)蒙古局業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)地震觀測數(shù)據(jù)傳輸，完成實(shí)時傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)的功能。

2 3G無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 3G無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計架構(gòu)

內(nèi)蒙古局3G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合模式，傳輸方式由地震臺3G無線路由器撥號連接至電信基站，電信基站通過光纜連接至數(shù)據(jù)中心機(jī)房路由器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所需設(shè)備有映翰通IP605無線路由器、電信3G USIM卡，華為AR46-40路由器、光纖轉(zhuǎn)換器等。內(nèi)蒙古局信息中心機(jī)房采用華為Quidway AR46-40路由器作為LNS服務(wù)，LNS與電信機(jī)房LAC間采用2M SDH光纜連接。地震臺站使用3G USIM卡撥號方式與信息中心LNS路由器實(shí)現(xiàn)連接，建立虛擬隧道；LNS路由器通過核心交換機(jī)接入地震行業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和存儲功能。3G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 3G無線傳輸系統(tǒng)接入方案

(1) 地震局信息中心接入方式。

在內(nèi)蒙古局信息中心機(jī)房至電信公司機(jī)房間新裝1條2M SDH光纖專線，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接至華為路由器；華為路由器作為LNS(L2TP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)服務(wù)，可為VPDN網(wǎng)絡(luò)提供認(rèn)證服務(wù)，路由器內(nèi)配置地址池、終端用戶認(rèn)證信息、用戶域等信息。LNS路由器與核心交換機(jī)連接，為地震信息網(wǎng)內(nèi)用戶收取數(shù)據(jù)。設(shè)備接入方式如圖2所示。

圖1 3G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Fig.1 The 3G wireless network architecture

圖2 信息中心設(shè)備接入方式Fig.2 The equipment access in information center

(2) 地震臺站節(jié)點(diǎn)接入方式。

采用3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)的臺站多為無人值守臺站或觀測手段單一臺站。地震臺站組網(wǎng)方式是，臺站局域網(wǎng)通過映翰通IP605無線路由器撥號連接電信CDMA網(wǎng)絡(luò)和LAC(L2TP集中訪問器)認(rèn)證設(shè)備，再通過專線連接LNS路由器獲得認(rèn)證通過，才能訪問地震信息網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器。地震臺站設(shè)備接入方式如圖3所示。

圖3 地震臺節(jié)點(diǎn)設(shè)備接入方式Fig.3 The node equipment access in seismic station

2.3 內(nèi)蒙古局3G -VPDN無線通信的IP設(shè)計

內(nèi)蒙古局3G -VPDN無線通信網(wǎng)絡(luò)是以撥號方式接入地震信息網(wǎng)絡(luò)，IP地址規(guī)劃方面沿用10.15.XX.0/24的私有網(wǎng)段。IP地址規(guī)劃上充分考慮業(yè)務(wù)發(fā)展需求，分出2個C類地址段，按業(yè)務(wù)特點(diǎn)劃分子網(wǎng)，把業(yè)務(wù)之間分開。

3 電信3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)安全性分析

3.1 無線鏈路安全保障系統(tǒng)

電信CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基于美國軍用抗干擾無線通訊技術(shù)開發(fā)而成，CDMA碼址是偽隨碼，共有4.4萬億中可能的排列，因此，竊取或解碼只存在理論可能性，實(shí)際中不可能做到。至今尚未出現(xiàn)關(guān)于CDMA系統(tǒng)被破解或竊聽事件報道[4]。電信CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)的抗干擾技術(shù)為地震觀測數(shù)據(jù)傳輸提供了鏈路安全保障。

3.2 終端接入認(rèn)證安全

終端用戶在3G網(wǎng)絡(luò)登錄時，需要提供用戶名、密碼及IMSI(International mobile subscriber identity)等多種身份認(rèn)證綁定功能，保證終端接入用戶的唯一性，防止非法用戶利用3G無線網(wǎng)接入地震信息網(wǎng)絡(luò)[5]。

3.3 域和撥號用戶認(rèn)證

在電信公司VPDN平臺中，專為內(nèi)蒙古局用戶建立一個域，該域使公網(wǎng)和其他專網(wǎng)相互隔離，不得互通。該域具有唯一域名[4]，與其他域區(qū)分開。

每個臺站節(jié)點(diǎn)已分配的3G USIM卡和全域唯一用戶名撥號連接，如與內(nèi)蒙古局路由器內(nèi)用戶信息匹配即可認(rèn)證通過，實(shí)現(xiàn)握手連接，建立虛擬隧道。其他非本單位用戶無法連接，為地震觀測數(shù)據(jù)傳輸提供安全保障。

3.4 L2TP隧道技術(shù)

為保證3G接入終端用戶數(shù)據(jù)在運(yùn)營商核心網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)乃接行裕岢龌?G無線接入方式的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。它是采用安全的L2TP(Layer 2 tunneling protocol第二層隧道協(xié)議)隧道協(xié)議，在撥號互聯(lián)網(wǎng)上建立一條虛擬IP專用隧道，使終端用戶訪問地震信息網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源。

L2TP隧道技術(shù)中包含LNS端、LAC端、AAA服務(wù)器。LNS端是第二層隧道協(xié)議網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的縮寫(Layer 2 tunnel protocol Network Server)。LAC端是第二層隧道協(xié)議訪問集中器的縮寫(Layer 2 tuneel protocol Access Concentrator)，在網(wǎng)絡(luò)中使用PDSN節(jié)點(diǎn)[3]。AAA服務(wù)器是用戶認(rèn)證服務(wù)器，運(yùn)營商AAA服務(wù)通過域名確認(rèn)，接入用戶權(quán)限和屬性。

L2TP隧道連接過程：

(1) 3G無線終端撥號接入電信公司LAC服務(wù)器完成APN認(rèn)證。

(2) 運(yùn)營商LAC服務(wù)器用域和用戶名認(rèn)證VPDN用戶。

(3) LAC認(rèn)證請求發(fā)送至運(yùn)營商AAA服務(wù)器。

(4) AAA服務(wù)器將認(rèn)證結(jié)果返回該用戶所屬的LNS地址、VPDN隧道屬性等信息[5]。

(5) LAC用返回的LNS地址發(fā)出建立L2TP隧道請求。

(6) LNS對終端路由器用戶名和密碼重新認(rèn)證。

(7) L2TP隧道建立完成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送。

L2TP隧道建立過程如圖4所示。

圖4 L2TP隧道建立過程[5]Fig.4 The L2TP tunnel building process[5]

4 3G無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效益和運(yùn)行率分析

4.1 3G無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效益

內(nèi)蒙古局3G無線網(wǎng)絡(luò)由開始的4個點(diǎn)擴(kuò)展為56個節(jié)點(diǎn)用戶，涵蓋地震前兆觀測、強(qiáng)震動監(jiān)測及流動地震觀測等業(yè)務(wù)，經(jīng)過一段時間的應(yīng)用，表明3G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)安全性、可靠性較高，可滿足地震數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸需求。由于3G無線網(wǎng)具有攜帶方便、架設(shè)簡單、傳輸速率快等特點(diǎn)，在2015年4月15日內(nèi)蒙古阿拉善左旗5.8級地震中發(fā)揮重要作用，幾次余震監(jiān)測數(shù)據(jù)均及時傳送至內(nèi)蒙古局測震臺網(wǎng)中心。

4.2 運(yùn)行率分析

內(nèi)蒙古局3G無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行較為穩(wěn)定，整體運(yùn)行率較高，能滿足處理地震前兆觀測數(shù)據(jù)的需求。由于地理位置偏僻或停電原因，引起部分臺站出現(xiàn)運(yùn)行率低的現(xiàn)象，主要故障有：電信基站信號弱；臺站供電故障；環(huán)境影響等。地震局信息中心監(jiān)控其中9個觀測臺站的無線信道狀態(tài)，獲得無線信道運(yùn)行率，為后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造提供參考依據(jù)。9個無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)月運(yùn)行率如表1所示。

表1 3G無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行率Table 1 The operation rate of 3G wireless network

5 結(jié)語

以內(nèi)蒙古局3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例，對無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)及安全性做全面闡述，并對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效益進(jìn)行分析。3G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)彌補(bǔ)了內(nèi)蒙古局地震信息網(wǎng)絡(luò)有線信道不足，較好地解決了電信運(yùn)營商有線信道不可到達(dá)地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸問題。內(nèi)蒙古局2008年開始逐步應(yīng)用基于3G -VPDN數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，覆蓋全區(qū)地震前兆觀測臺站和強(qiáng)震動觀測臺站，該系統(tǒng)應(yīng)用以來，效果良好，保證了地震觀測數(shù)據(jù)的及時、高效傳輸，提高了全區(qū)地震觀測數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量[6]。3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在如速度等問題，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的升級與應(yīng)用會不斷得到解決，為內(nèi)蒙古自治區(qū)地震監(jiān)測和應(yīng)急救援工作提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

[1] 劉顯杰,胡 彪，黃 炯.農(nóng)商銀行基于3G-VPDN的備份網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014(22)：72.

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ApplicationAnalysisofSeismicObservationDataTransmissionSystemBasedon3G-VPDNNetwork

XUEFeng

(EarthquakeAgencyofInnerMongoliaAutonomousRegion,Hohhot,InnerMongolia010010,China)

For the demand of 3G wireless network application in Earthquake Agency of Inner Mongolia Autonomous Region, the design scheme is put forward based on 3G VPDN wireless network whose technical features and security are analyzed. After the application for some time, it finds that the Telecom CDMA 3G VPDN network system can meet the seismic observation data transmission and ensure data security, also can provide reference for the construction of seismic intensity rapid reporting and earthquake early warning project in future.

3G VPDN wireless network; L2TP tunneling technique; Data transmission

1000-6265(2017)03-0040-04

2017-04-03

內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局局長基金課題(2017JC02)。

學(xué) 峰(1980— )，男，內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟人。2004年畢業(yè)于內(nèi)蒙古師范大學(xué)，工程師。

P315.99

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