自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)基于4G-LTE傳輸及應(yīng)用

劉承徑 熊杰 陳志剛 冉夢(mèng)軍 鄧正林

摘要：無(wú)線通訊技術(shù)在不斷發(fā)展，解決了很多通訊問(wèn)題;隨著通訊系統(tǒng)的不斷升級(jí)，原有的 2G/3G 通訊設(shè)施已經(jīng)無(wú)法滿足需求;進(jìn)行 4G/5G 通訊的組網(wǎng)，提高對(duì)偏遠(yuǎn)和無(wú)人地區(qū)的氣象資料的傳輸，4G/5G 通訊系統(tǒng)的的應(yīng)用促進(jìn)氣象觀測(cè)網(wǎng)格化多要素智能桿（涵蓋氣象、環(huán)保、實(shí)景）組網(wǎng)進(jìn)程不斷加快，;保障資料的傳輸，提高了觀測(cè)的時(shí)效性。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)站;4G-LTE;數(shù)據(jù)傳輸;應(yīng)用

1引言

觀測(cè)資料自動(dòng)、及時(shí)地傳輸是氣象觀測(cè)自動(dòng)化的基本要求。氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)從平面化向立體化完善，觀測(cè)資料的傳輸密度及時(shí)效性要求不斷提高，原有的 2G/3G 通訊設(shè)施已經(jīng)無(wú)法滿足需求，很多基于高帶寬的觀測(cè)業(yè)務(wù)隨著 4G 迎刃而解。4G/5G 環(huán)境下的觀測(cè)業(yè)務(wù)容量大、速度快、實(shí)時(shí)性視頻傳輸穩(wěn)定。

24G-LTE 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

就 4G-LTE 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要包含了兩部分，一部分是EPC 一部分是 E-UTRAN。EPC 是由PCRF、PGW、SGW 及 MME，E- UTRAN 等多個(gè)演進(jìn)型 eNodeB，多個(gè)演進(jìn)型 eNodeB 是通過(guò) X2 接口必須連接的，在 4G-LTE 通信網(wǎng)絡(luò)中，一般來(lái)說(shuō)，EPC 與 E-UTRAN 兩部分之間的連接溝通是由S1 接口來(lái)構(gòu)成的。

與 3G 網(wǎng)絡(luò)相比，4G-LTE 核心網(wǎng)中無(wú)電路域 CS，使用 IMS 作為 VOLP 業(yè)務(wù)的載體。SGSN 功能的實(shí)現(xiàn)則是通過(guò) SCW 與 MME 相互結(jié)合而達(dá)到的，GGSN 功能通過(guò) PGW 得以實(shí)現(xiàn)。由 EPC 部分擔(dān)負(fù)著分組域的功能，核心網(wǎng)中的 EPC 能夠?qū)崿F(xiàn)用戶面、控制面的即時(shí)分離，從而有效防止解決了SG 一些用戶面與MME 一些控制面之間存在干擾的問(wèn)題;網(wǎng)絡(luò)，主要發(fā)揮分組作用，即分離功能也有助于 4G-LTE 網(wǎng)絡(luò)與 3G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共同和融合。

34G-TE 技術(shù)在自動(dòng)站網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1自動(dòng)站網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在 LTE 應(yīng)用層面上分 2 種;基于公網(wǎng)的 LTE（DTU）應(yīng)用和 LTE 專網(wǎng)應(yīng)用，前者技術(shù)要求和門檻低競(jìng)爭(zhēng)激烈。后者 LTE 專網(wǎng)涉及物理傳輸層和系統(tǒng)應(yīng)用層的融合，特別適合對(duì)安全性和穩(wěn)定性要求較高的行業(yè)客戶，同時(shí)需要我們具備豐富的系統(tǒng)集成應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和后端產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的支撐。氣象觀測(cè)使用專網(wǎng)與公網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)通道，其主要功能是監(jiān)控并傳輸氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而為氣象業(yè)務(wù)的智能化提供最基本的通信保障。為了使得檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸具有高效性和精確性，并且達(dá)到智能化管理所需要的檢測(cè)深度和廣度，在通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了樹型結(jié)構(gòu)與網(wǎng)型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，從而達(dá)到節(jié)點(diǎn)增加也可在計(jì)算復(fù)雜度不增加的情況下將檢監(jiān)測(cè)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送或接收。

監(jiān)測(cè)傳輸系統(tǒng)主要有三部分構(gòu)成，一是數(shù)據(jù)中心，二是通信網(wǎng)絡(luò)，三是觀測(cè)采集終端;其中數(shù)據(jù)采集終端又包括兩部分，一部分是便攜式/固定式移動(dòng)終端，另一部分是在線監(jiān)測(cè)終端。數(shù)據(jù)采集終端在采集完成以后，以 CT 信號(hào)或 PT 信號(hào)的形式將信息傳輸：移動(dòng)收發(fā)點(diǎn)與通信系統(tǒng)兩端之間的連接接口為 RJ45、RS232。4G-LTE 網(wǎng)絡(luò)對(duì)于 TDD-LTE 格式與 TD-LTE 格式均能夠很好的支持，并采用 PTR 傳輸協(xié)議和 VPN 加密協(xié)議完成數(shù)據(jù)的傳輸。網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器提供的服務(wù)類型包括數(shù)據(jù)庫(kù)、通信以及 WEB，其主要的數(shù)據(jù)格式采用 PQDF，并以 IEC6850 作為傳輸協(xié)議.

3.2自動(dòng)站 4G-LTE 應(yīng)用

通過(guò) 4GDTU 或者 4G 路由器進(jìn)行配置數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，支持 4 個(gè)數(shù)據(jù)中心同時(shí)通信，主備數(shù)據(jù)中心互為備份通信，每個(gè)數(shù)據(jù)中心通信方式可單獨(dú)定義;TCP/IP、Server/Cllent、UDP/IP、DDP、SMS、AT 多種通信方式，可控制最大數(shù)據(jù)傳輸包長(zhǎng)發(fā)送，定義心跳包格式及在線報(bào)告時(shí)間間隔。根據(jù)三網(wǎng)的通信協(xié)議進(jìn)行選擇。

通訊速率方面，4GLTE 網(wǎng)絡(luò)采用了最新的載波聚合傳輸技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了聚合離散信道后載波的統(tǒng)一分配，進(jìn)而大幅提升了寬帶的通訊速率。另外，還可以結(jié)合氣象專網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，將寬帶的聚合程度展開及時(shí)調(diào)制，以這種方式讓寬帶頻譜資源得到更大效率的利用。經(jīng)過(guò)對(duì)傳輸速率的實(shí)際測(cè)試通信工程頻率效率最高值為 2.7bps/Hz，下行最大值達(dá)到 8Mbps，上行最大值達(dá)到19Mbps，采用 64QAM 調(diào)制方式時(shí)，上行傳輸速率的平均值為為 2.57Mbps：采用 QsK 調(diào)制方式時(shí)，上行傳輸速率的平均值為為 1.07Mbps。

4小結(jié)

4G-LTE 技術(shù)應(yīng)用于氣象站網(wǎng)中，能夠使傳輸節(jié)點(diǎn)多且分散、傳輸數(shù)據(jù)量不足等問(wèn)題得到有效解決，從而讓光纖設(shè)備與無(wú)線設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和信息采集中的輔助作用得到最大程度的發(fā)揮，進(jìn)而使氣象觀測(cè)智能化管理水平得到進(jìn)一步提升。此外，采用 4G-LTE 移動(dòng)信息專網(wǎng)，使得信息采集終端的接入方式得到了很大程度的優(yōu)化，信息安全更高，信息傳輸量得到大幅提升，同時(shí)有效節(jié)約了傳輸時(shí)間，并且讓通訊網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本大幅下降。

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作者簡(jiǎn)介：熊杰（1992-）男，助理工程師 ，從事氣象通信工程及裝備管理工作劉承徑（1993-）男，助理工程師，從事氣象觀測(cè)探測(cè)設(shè)備建設(shè)及設(shè)備運(yùn)維工作.