諶 亮,李興泉,謝江濤
(四川省地震監(jiān)測中心,四川成都 610041)
隨著蜂窩移動通信技術的不斷更新?lián)Q代,高帶寬、高覆蓋和高穩(wěn)定性無線數(shù)據(jù)通信鏈路廣泛應用,加上布設方便、組網(wǎng)靈活的先天優(yōu)勢,在地震觀測系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。同時,隨著網(wǎng)絡結(jié)構復雜程度提高,技術涉及面更廣,也對地震觀測系統(tǒng)中的臺站實際運行維護提出了挑戰(zhàn)。希望能夠總結(jié)經(jīng)驗以提高臺站數(shù)據(jù)通信質(zhì)量。
四川數(shù)字測震臺網(wǎng)目前共有數(shù)字測震臺站60個,其中29個臺站采用基于2G蜂窩移動通信技術的CDMA VPDN無線數(shù)據(jù)通信鏈路實現(xiàn)臺站數(shù)據(jù)的實時傳輸。CDMA VPDN技術通過引入專網(wǎng)特定撥號域名,將專網(wǎng)用戶中心(LNS)直接接入CDMA分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的ATM IP承載網(wǎng)絡,使分組數(shù)據(jù)網(wǎng)中PDSN能在用戶中心和臺站移動終端之間建立L2TP隧道,實現(xiàn)點對點網(wǎng)絡連接。在CDMA VPDN中,臺站CDMA路由器各項TCP/IP參數(shù)由部署在臺網(wǎng)中心的AAA認證服務器根據(jù)IMSI號與撥號用戶名、密碼綁定進行分配。因此,臺站IP、路由等網(wǎng)絡參數(shù)就將確定下來,并且與臺網(wǎng)中心建立起一個虛擬專網(wǎng)連接(臺網(wǎng)絡拓撲結(jié)構參見圖1)。VPDN撥號技術增加了終端到客戶中心的自有認證手段,可規(guī)劃控制的認證方式(終端撥號流程見圖2),使CDMA分組數(shù)據(jù)網(wǎng)提供類專線的數(shù)據(jù)傳輸服務。相對于過去的CDMA應用來說,CDMA VPDN在保持了CDMA無線移動端接入方便可靠、覆蓋廣等基本特點的基礎上,改善了CDMA移動終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院凸芾硇浴?/p>
圖1 CDMA臺網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構
圖2 CDMA終端VPDN撥號流程
2011年,四川數(shù)字測震臺網(wǎng)29個CDMA無線數(shù)據(jù)鏈路臺站運行率不同程度地降低,部分臺站甚至無法滿足基本運行率95%的要求。臺站數(shù)據(jù)傳輸斷續(xù)實例參見圖3。具體故障現(xiàn)象表現(xiàn)如下:(1)臺站數(shù)據(jù)傳輸斷斷續(xù)續(xù),在臺址背景噪聲較大的日間或記錄地震的情況下斷線情況加重,中心認證服務器撥號認證日志記錄了大量重復撥號信息;(2)情況嚴重的臺站出現(xiàn)網(wǎng)絡終端且CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端無法重撥的死機現(xiàn)象;(3)臺站數(shù)據(jù)傳輸在CDMA路由器重啟或重撥后短時間內(nèi)效果較好,但隨著數(shù)據(jù)傳輸時間累積,效果不同程度下降,直至重撥或死機。通過蒙頂山臺現(xiàn)場實時抓取CDMA路由器無線接口數(shù)據(jù)包發(fā)送情況后發(fā)現(xiàn),每遇見大數(shù)據(jù)包發(fā)送較多時,往往發(fā)生數(shù)據(jù)掉包,多次重傳出問題,多次累積惡化后產(chǎn)生重撥與死機現(xiàn)象。綜合上述故障現(xiàn)象,結(jié)合CDMA 1x分組數(shù)據(jù)網(wǎng)特點初步分析認為,臺站無線數(shù)據(jù)通信鏈路實際通信帶寬不足,面對地震記錄數(shù)據(jù)特有的數(shù)據(jù)量瞬間爆發(fā)式增長,這種情況容易造成無線段網(wǎng)絡擁塞、掛死。在運營商通信網(wǎng)絡進行3G升級后,依據(jù)無線數(shù)據(jù)通信日常需求,就會遇到單個數(shù)據(jù)包較小、總量較大的快速數(shù)據(jù)包交換量,對特大數(shù)據(jù)包支持降低并且容易丟包。CDMA 1x網(wǎng)絡在無線端依然靠占用多組語音信道點頻(每組9.6 k bit/s,有1~16組)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,當網(wǎng)絡部分繁忙、擁擠和基站BTS可供數(shù)據(jù)傳輸點頻有限時就造成臺站數(shù)據(jù)傳輸實際帶寬降低的情況。
圖3 臺站數(shù)據(jù)2小時傳輸斷續(xù)實例
2013年,四川數(shù)字測震臺網(wǎng)涼山彝族自治州7個CDMA無線數(shù)據(jù)鏈路臺站運行率顯著降低,特別是美姑、玄生壩等臺站的數(shù)據(jù)通信幾乎全部中斷。具體故障現(xiàn)象是,臺站數(shù)據(jù)傳輸在每日凌晨網(wǎng)絡閑時運行率相對于日間網(wǎng)絡忙時相差大;現(xiàn)場測試臺站CDMA路由器無線網(wǎng)絡信號強度高,但多次撥號不成功或頻繁撥號。使用定向天線進行選擇性使用特定基站信號之后,運行情況稍有好轉(zhuǎn),但運行率依然無法達到要求。通過玄生壩、美姑臺站實測,同時聯(lián)合涼山彝族自治州電信公司共同查找原因后發(fā)現(xiàn),涼山彝族自治州電信CDMA通信網(wǎng)絡基站無線資源分配方式統(tǒng)一變更為語音優(yōu)先,所以根據(jù)這種變化我們隨即調(diào)整基站設置,之后大部分臺站的數(shù)據(jù)通信質(zhì)量得到恢復。但是,美姑臺因當?shù)赜脩魯?shù)量激增,電信CDMA通信網(wǎng)絡依然無法滿足地震臺站數(shù)據(jù)要求。綜合上述故障現(xiàn)象并且結(jié)合CDMA 1x分組數(shù)據(jù)網(wǎng)特點,初步分析后認為,面對日益增加的無線業(yè)務量,需要占用多組無線點頻的CDMA 1x網(wǎng)絡就會因面臨基站點頻資源不足而造成瓶頸。在運營商通信網(wǎng)絡進行3G升級后,依據(jù)用戶無線數(shù)據(jù)通信日常需求,需要一方面逐步降低2G數(shù)據(jù)通信業(yè)務量,另一方面在保障語音業(yè)務的同時,提高3G數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務服務量占有率。CDMA 1x網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸中因無線信號強弱關系,必然存在地震臺站網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信被擠掉線的情況。
在CDMA 1x系統(tǒng)中,中低速數(shù)據(jù)業(yè)務和語音業(yè)務是碼分復用的,他們共享基站發(fā)射功率、擴頻碼和頻率資源?;就ㄟ^快速閉環(huán)功率控制技術補償因信道衰落帶來的影響,從而獲得較高的頻譜利用效率,對于中低速數(shù)據(jù)及語音業(yè)務而言,這種方式是使整個蜂窩移動網(wǎng)絡同時具備語音與分組數(shù)據(jù)傳輸能力的最佳選擇。但是,對于高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務,這種快速功率控制已經(jīng)無法保證系統(tǒng)獲得較高的頻譜利用率,尤其是當高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務與傳統(tǒng)的語音業(yè)務采用碼分方式來共享頻率和基站功率資源時,系統(tǒng)資源使用效率會降低,從而影響地震臺站網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信業(yè)務運營。綜上所述,四川數(shù)字測震臺網(wǎng)所遇到的兩次CDMA VPDN無線信道臺站大面積通信質(zhì)量下降的問題,究其原因是CDMA 1x數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的問題,根源依然是其以語音通信為主要設計目的而產(chǎn)生的,因此對其又有“2.5G”即“兩代半”等別稱也就不足為奇了。要做到釜底抽薪式地根本解決問題,必然是在保證臺網(wǎng)通信平臺兼容性的基礎上將臺站無線數(shù)據(jù)通信鏈路制式上向第三代(3G)技術演進。
圖4 美姑臺通信升級前后12小時運行率統(tǒng)計
CDMA2000 EV-DO技術為國際3G標準無線數(shù)據(jù)通信制式,它是由CDMA 1x制式進化而來的,故具備良好的向下兼容性。其基本設計思想是將高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務與低速語音及數(shù)據(jù)業(yè)務從資源分配中分離開來,利用單獨載波提供的高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務。而傳統(tǒng)的語音業(yè)務和中低速分組數(shù)據(jù)業(yè)務依然由CDMA2000 1x系統(tǒng)提供,以獲得更高的頻譜利用效率,網(wǎng)絡設計靈活,其覆蓋范圍更廣。因此,通過在地震臺站端使用3G CDMA數(shù)據(jù)通信終端替換原2G設備,于是CDMA 1x無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡存在的根本問題就得到解決。通信終端升級前后美姑臺運行率對比見圖4。
相比較而言,3G蜂窩數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡具備以下4個特點:(1)網(wǎng)絡帶寬高。目前CDMA2000 EV-DO 3G網(wǎng)絡通信制式最高支持2M bit/s下行或1.8 M bit/s上行數(shù)據(jù)傳輸速率,完全能夠滿足地震臺站數(shù)據(jù)傳輸需求。(2)網(wǎng)絡靈活性高。只要存在蜂窩網(wǎng)絡覆蓋的地區(qū)均能實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)快速有效地傳輸。(3)網(wǎng)絡可靠性高。由于蜂窩移動通信系統(tǒng)固有特性,多個基站能夠?qū)崿F(xiàn)相互的補充與備份。(4)網(wǎng)絡安全性高。CDMA碼分多址技術從理論上將不容易產(chǎn)生竊聽、數(shù)據(jù)獲取等情況。而3G無線數(shù)據(jù)技術以其帶寬高、覆蓋廣、功耗低、費用低等特點恰恰彌補了SDH與衛(wèi)星通信存在的弊端。同時,還可以為絕大多數(shù)光纖通信地震臺站提供一種經(jīng)濟、可靠的備份通信手段。
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