龔永儉 陳 嵩 胡雪琪 馬麗麗

（天津市地震局，天津300201）

引言

天津市地震局寶坻地震臺始建于 1970年，屬國家基準(zhǔn)地震臺，該臺是“首都圈”地震前兆監(jiān)測的一個(gè)重點(diǎn)臺站，承擔(dān)著重要的防震減災(zāi)任務(wù)。寶坻地震臺是以流體和電磁觀測為主的地震前兆綜合觀測臺站，由主臺和高村井、王3井等前兆遠(yuǎn)程子臺組成。高村井遠(yuǎn)程子臺有水位、水溫測項(xiàng)，原使用“九五”觀測儀器，傳輸方式采取電話撥號，期間因通信線纜多次被盜不能及時(shí)修復(fù)而造成通信故障，值班人員不得不驅(qū)車近百里趕往該遠(yuǎn)程子臺用筆記本電腦直接收數(shù)，既增加了人力負(fù)擔(dān)，也在經(jīng)濟(jì)上造成了較大的開銷。2011年6月，高村井遠(yuǎn)程子臺增設(shè)“十五”水位、水溫觀測儀器，改變了先前的傳輸方式，采用了CDMA 1X無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。這種傳輸方式既能夠保證隨時(shí)隨地（需登錄內(nèi)網(wǎng)）在線查看觀測儀器的狀態(tài)和收數(shù)，還能根據(jù)需要采用遠(yuǎn)程方式對儀器重啟、對鐘和調(diào)整參數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率也有了顯著提高。更重要的是這種無線傳輸方式避免了先前因通信線纜被盜導(dǎo)致的不得不去子臺收數(shù)的問題。寶坻地震臺王3井遠(yuǎn)程子臺的水位、水溫和測氦儀器也采用了CDMA 1X無線傳輸方式（龔永儉等，2012）。

任何傳輸鏈路都需要精心的維護(hù)，在長期的運(yùn)行過程中也難免會出現(xiàn)故障，CDMA無線傳輸也不例外。盡管近年來國內(nèi)有學(xué)者對將CDMA傳輸技術(shù)應(yīng)用于測震、強(qiáng)震臺網(wǎng)做過研究（卞真付等，2010；吳衛(wèi)遠(yuǎn)等，2010），也有人提出將CDMA傳輸技術(shù)應(yīng)用于地震前兆遠(yuǎn)程子臺的觀測，但對遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸故障的診斷和排除方法的研究卻很鮮見，為此筆者進(jìn)行了相關(guān)研究。

1 CDMA傳輸技術(shù)在地震前兆遠(yuǎn)程子臺的應(yīng)用

1.1 CDMA 1X無線傳輸技術(shù)簡介

CDMA(Code Division Multiple Access)又稱碼分多址，是在無線通信中使用的技術(shù)，它允許所有的使用者同時(shí)使用全部頻帶，并且把其他使用者發(fā)出的訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞的問題。近年來，CDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在原有CDMA的基礎(chǔ)上升級系統(tǒng)，推出了更為穩(wěn)定的CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)速度更快，容量更高（師杰等，2007），基于這種平臺的應(yīng)用發(fā)展迅猛。CDMA無線傳輸就是基于CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)，在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)提供豐富的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用服務(wù)（胡玉等，2008）。與傳統(tǒng)的基于電路交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，CDMA無線傳輸網(wǎng)絡(luò)具有永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、高速傳輸、支持TCP／IP協(xié)議等特點(diǎn)（卞真付等，2010）。

（1）永遠(yuǎn)在線。只要激活CDMA 1X的無線數(shù)據(jù)應(yīng)用，它就將保持在線，這就類似于一種無線專線網(wǎng)絡(luò)。永遠(yuǎn)在線為實(shí)時(shí)查看前兆遠(yuǎn)程子臺觀測儀器的狀態(tài)、調(diào)整儀器參數(shù)、重啟儀器和收數(shù)提供了技術(shù)支撐。

（2）按流量計(jì)費(fèi)。它是一種面向使用的計(jì)費(fèi)，對于前兆遠(yuǎn)程子臺每天定時(shí)收數(shù)、數(shù)據(jù)量不大且需要隨時(shí)監(jiān)控儀器設(shè)備狀態(tài)等需求，CDMA 1X提供了一種較經(jīng)濟(jì)的傳輸方式。

（3）高速傳輸。CDMA 1X技術(shù)的最大特點(diǎn)是高速數(shù)據(jù)傳輸能力，理論最高傳輸速度為307.2 kbps，實(shí)際現(xiàn)在應(yīng)用傳輸分組數(shù)據(jù)峰值傳輸速率也高達(dá)153.6kbps（周伯揚(yáng)，2006）。

（4）支持TCP/IP協(xié)議。CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)支持TCP/IP協(xié)議，能與“IP到儀器”的地震前兆觀測儀器直接相連，保證應(yīng)用服務(wù)順利實(shí)現(xiàn)。

1.2 前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸?shù)挠布軜?gòu)

前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸方式通過中國電信CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，利用VPN技術(shù)在Internet網(wǎng)絡(luò)上開辟出一條安全、穩(wěn)定的虛擬隧道，從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)部網(wǎng)間的傳輸功能和目標(biāo)（澤仁志瑪?shù)龋?009）。構(gòu)建VPN有軟件和硬件兩套方案，考慮到VPN的加密傳輸機(jī)制需要消耗系統(tǒng)資源，軟件處理會影響到網(wǎng)絡(luò)性能（吳衛(wèi)遠(yuǎn)等，2010），本文在構(gòu)建前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸鏈路時(shí)采用了硬件VPN方式，即使用自帶VPN功能的CDMA無線路由器。

寶坻地震臺王3井等前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸鏈路的建設(shè)依托于此前建設(shè)完成的天津市地震局強(qiáng)震觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，地震臺站的維護(hù)人員只需負(fù)責(zé)前兆遠(yuǎn)程子臺內(nèi)的傳輸鏈路維護(hù)，因此了解前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸硬件架構(gòu)是必須的。前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸鏈路由以下儀器設(shè)備構(gòu)成：“十五”前兆觀測儀器（或“九五”前兆觀測儀器接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換器）、小型交換機(jī)（LAN口數(shù)要大于或等于該遠(yuǎn)程子臺需接入的儀器設(shè)備總數(shù)）、CDMA無線路由器和足夠長網(wǎng)線（雙絞線）。在設(shè)備的選擇方面，重點(diǎn)是路由器的選擇，本文選用了北京映翰通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的InRouter300CT01型CDMA無線路由器，該型號路由器自帶VPN功能，能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定的無線傳輸，目前廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、環(huán)保、交通、電力等行業(yè)。前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸設(shè)備的連接如圖1所示。

圖1 王3井遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸設(shè)備連接框圖Fig. 1 Connection diagram of CDMA transmission equipment used in Wang #3 Well remote sub-station

2 地震前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸故障的診斷及排除

寶坻地震臺王3井和高村井前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸運(yùn)行一年多來，狀況基本良好，在功能、效率和成本方面均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。運(yùn)行過程中也出現(xiàn)過一些故障，均被及時(shí)排除。

2.1 CDMA傳輸故障的診斷流程

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論分析，筆者認(rèn)為導(dǎo)致 CDMA傳輸故障的原因主要有：儀器通訊部分故障、資費(fèi)余額不足、路由器“假死”、路由器死機(jī)、路由器內(nèi)部故障（特別是SIM卡接觸不良）、CDMA信號強(qiáng)度不夠、交換機(jī)故障、傳輸硬件連接斷路等。

根據(jù)傳輸故障原因及排除故障的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者梳理出一個(gè)故障的診斷流程（圖2）。基于大多數(shù)故障均能通過遠(yuǎn)程操作解決，故診斷流程也基本上遵循了“先遠(yuǎn)程，后現(xiàn)場”的原則。實(shí)踐證明，傳輸故障診斷流程是行之有效的，在客觀上也降低了維護(hù)的成本和人力開銷。

2.2 傳輸故障原因的判定和排除方法

（1）儀器通訊部分故障。前兆遠(yuǎn)程子臺某臺儀器不能正常登錄或收數(shù)，有時(shí)并不是路由器或交換機(jī)的問題，而是觀測儀器自身通訊單元故障。要判定是否為儀器通訊故障，可以對同一遠(yuǎn)程子臺的其它儀器進(jìn)行登錄或收數(shù)實(shí)驗(yàn)，如果僅某一臺儀器不正常，而其它儀器均正常，則很有可能是該臺儀器的內(nèi)部通訊部分出現(xiàn)了問題（當(dāng)然也可能是由于該儀器與交換機(jī)連接的網(wǎng)線虛接導(dǎo)致）。如果確定是儀器通訊部分故障，則需要更換通訊芯片等方式解決。

（2）資費(fèi)余額不足。CDMA傳輸方式中的電信資費(fèi)一般采用預(yù)付費(fèi)，當(dāng)資費(fèi)余額不足時(shí)將會被CDMA運(yùn)營商斷網(wǎng)。判斷是否為資費(fèi)余額不足，最簡單的方法是通過電信運(yùn)營商的網(wǎng)站在線查詢，輸入CDMA路由器所嵌入的SIM卡的卡號及向運(yùn)營商申請的密碼即可。如確系資費(fèi)余額不足，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)繳，補(bǔ)繳后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)傳輸會恢復(fù)正常。

（3）路由器“假死”。在使用ping命令對路由器的連通狀態(tài)進(jìn)行檢查時(shí)，往往會出現(xiàn)路由器能夠“ping”通，但遠(yuǎn)程子臺的所有儀器均不能正常收數(shù)，也不能通過IE登錄到儀器主頁的情況，這往往是路由器“假死”造成的。遇到這種情況，不要著急趕往遠(yuǎn)程子臺，先試試遠(yuǎn)程重啟路由器。步驟如下：①點(diǎn)擊Windows左下角“開始”，選擇“運(yùn)行”，輸入“cmd”，進(jìn)入Dos命令模式；②輸入“telnet xxx.xxx.xxx.xxx (注：路由器的IP地址)”；③輸入標(biāo)號，選擇提示的語種；④輸入用戶名和密碼。注意：密碼在輸入時(shí)不在屏幕上顯示；⑤當(dāng)?shù)卿洺晒?，出現(xiàn)圖3界面時(shí)輸入字母“Z”，等待幾分鐘后，CDMA無線路由器即可完成重啟。遠(yuǎn)程重啟路由器后CDMA傳輸往往能夠恢復(fù)暢通。

圖2 遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸故障診斷流程圖Fig. 2 Flowchart of CDMA transmission failure diagnosis for remote sub-station

（4）路由器死機(jī)。由于長時(shí)間連續(xù)通電工作，CDMA無線路由器可能會出死機(jī)現(xiàn)象，致使不能實(shí)現(xiàn)正常的傳輸。這種情況在實(shí)踐中不多見。如果出現(xiàn)遠(yuǎn)程子臺全部儀器不能連通，且不能遠(yuǎn)程登錄到無線路由器上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程重啟，可懷疑是路由器死機(jī)問題導(dǎo)致。路由器死機(jī)一般可以通過切斷電源幾秒鐘，然后重新接通電源的方式解決。

（5）路由器內(nèi)部故障。路由器內(nèi)部故障主要有SIM卡接觸不良和路由器部件損壞等故障。SIM卡接觸不良較為常見，這主要是因?yàn)?CDMA無線路由器工作環(huán)境不良，導(dǎo)致SIM卡的表面或路由器安裝SIM卡位置的觸點(diǎn)被氧化。出現(xiàn)這種情況，可以將SIM卡從路由器里取出，在表面稍粗糙的布料或在紙張上輕輕摩擦SIM卡和路由器安裝SIM卡位置的觸點(diǎn)，以清除SIM卡及觸點(diǎn)表面的氧化層，然后將SIM卡重新裝入路由器，即可恢復(fù)。如果上述方法不能解決，則很可能是路由部件損壞導(dǎo)致，須更換一臺新的路由器來解決。有時(shí)通過ping命令可以連通路由器，但卻不能用IE登陸全部儀器的主頁或者對所有儀器收數(shù)均不成功，而且在此期間偶爾還會出現(xiàn)傳輸順暢能登錄儀器的瞬間，這種情況往往也是路由器內(nèi)部故障所導(dǎo)致。這種情況筆者遇到過2次，通過更換一臺新的路由器解決了問題。在無法確定是否為路由器故障時(shí)，如有備用路由器，可以先假定路由器內(nèi)部損壞，更換一臺新的路由器試試。實(shí)踐證明這種“替換法”是行之有效的。需要注意的是，在更換新的路由器前要對路由器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，步驟如下：①連接路由器與計(jì)算機(jī)。打開路由器的外包裝，裝好天線和SIM卡，用網(wǎng)線將CDMA路由器連接到一臺計(jì)算機(jī)上；②配置計(jì)算機(jī)。進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)連接”，配置計(jì)算機(jī)的TCP/IP協(xié)議。路由器默認(rèn)的IP地址為192.168.2.1，計(jì)算機(jī)的IP地址需要設(shè)置成192.168.2.xxx(xxx取值范圍為2至254)，保持與路由器在同一網(wǎng)段。子網(wǎng)掩碼一般為255.255.255.0，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為192.168.2.1，DNS服務(wù)器可向移動運(yùn)營商咨詢；③配置路由器。在連接路由器的計(jì)算機(jī)上打開IE瀏覽器，在地址欄輸入http://192.168.2.1，進(jìn)入路由器主頁，輸入用戶名和密碼（出廠時(shí)默認(rèn)為 adm/123456），進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”中的“LAN設(shè)置”，按照省局規(guī)定的該遠(yuǎn)程子臺的 IP地址等參數(shù)，將參數(shù)作相應(yīng)的修改，然后保存設(shè)置。配置好的路由器即可接入到遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸鏈路中。

（6）信號強(qiáng)度不夠。研究表明，當(dāng)CDMA的導(dǎo)頻強(qiáng)度低于-15dB并持續(xù)T5m以上時(shí)，就會導(dǎo)致掉話（李亮，2010），從而造成傳輸上的故障。前兆遠(yuǎn)程子臺往往地處較偏僻的鄉(xiāng)村，CDMA信號的覆蓋本身就不太穩(wěn)定，加之在繁忙時(shí)段該地區(qū)的手機(jī)用戶通話和上網(wǎng)等應(yīng)用較多，出現(xiàn)“競爭”現(xiàn)象，導(dǎo)致傳輸故障。這種情況可以采用在遠(yuǎn)程子臺使用CDMA手機(jī)進(jìn)行檢測，如CDMA手機(jī)顯示信號不強(qiáng)，則可以判定為遠(yuǎn)程子臺CDMA的信號強(qiáng)度不夠。如遇信號強(qiáng)度不夠，應(yīng)盡量避開信號“競爭”時(shí)段使用傳輸功能，必要時(shí)也可聯(lián)系當(dāng)?shù)?CDMA運(yùn)營商尋求幫助解決途徑。

（7）交換機(jī)故障。交換機(jī)在長期的運(yùn)行中也可能出現(xiàn)死機(jī)或是損壞，需要斷電重啟或是更換新的交換機(jī)?！疤鎿Q法”對于交換機(jī)故障的判定和解決也是完全適用的。盡管在工作中還沒遇到過交換機(jī)故障的情況，但并不能因此忽視它。

（8）傳輸硬件連接斷路。傳輸硬件均通過網(wǎng)線連接，端口為 RJ45接口，在長期使用過程中可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的RJ45插頭與導(dǎo)線連接松動虛脫或是RJ45插頭與儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口接觸不實(shí)，從而導(dǎo)致傳輸故障。這種故障原因可以通過對網(wǎng)線逐一檢查判定，并可通過重新插牢RJ45插頭或是更換合格的網(wǎng)線來排除。

圖3 遠(yuǎn)程重啟CDMA無線路由器截圖Fig. 3 Snapshot of resetting CDMA wireless router on remote

3 結(jié)束語

將CDMA傳輸技術(shù)應(yīng)用于地震前兆觀測中是近年來才興起。由于CDMA傳輸方式在技術(shù)和成本上有著明顯的優(yōu)勢，相信在未來也會有更為廣泛的應(yīng)用前景。了解CDMA傳輸?shù)南嚓P(guān)知識，掌握CDMA傳輸中故障的診斷及常見故障原因的判定和排除方法，在出現(xiàn)傳輸故障后迅速排除故障，是保證地震前兆觀測數(shù)據(jù)可靠、完整、連續(xù)產(chǎn)出的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。盡管本文是對地震前兆遠(yuǎn)程子臺CDMA傳輸故障診斷和排除的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，但對于使用CDMA傳輸?shù)臏y震和強(qiáng)震遠(yuǎn)程子臺也同樣適用，對于其他無線傳輸方式（例如：GPRS）也具有一定的參考意義。

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