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(cè)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，提出基于3G VPDN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)設(shè)計(jì)方案，分析3G VPDN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)和安全性。該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)也能保證數(shù)據(jù)安全，可為未來(lái)地震烈度速報(bào)及預(yù)警信息項(xiàng)目建設(shè)提供參考依據(jù)。

3G VPDN無(wú)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(jiǎn)稱內(nèi)蒙古局)地震信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由有線和無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，包括60個(gè)光纖通信和56個(gè)無(wú)線通信地震臺(tái)站。各地震臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)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(chǔ)。由于部分前兆觀測(cè)臺(tái)站位置偏僻、觀測(cè)手段單一，有線通信鏈路無(wú)法到達(dá)，據(jù)此，提出無(wú)線傳輸設(shè)計(jì)方案。

地震無(wú)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(guó)電信CDMA 3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和電信SDH光纖組建而成。由于電信CDMA 3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸具有速率快、穩(wěn)定性強(qiáng)、信號(hào)覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，在地震監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)中應(yīng)用較廣。

筆者以內(nèi)蒙古局3G無(wú)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(cè)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)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(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸，在大震應(yīng)急時(shí)發(fā)揮作用。

1 3G -VPDN無(wú)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(hào)專網(wǎng)，是VPN虛擬專網(wǎng)的一種形式，是中國(guó)電信集團(tuán)公司互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上開(kāi)放的基于撥號(hào)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(hào)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(duì)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(shí)性、可移動(dòng)性等特點(diǎn)[2]，由于3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向4G過(guò)渡的原因，兩種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在著相互兼容性差等問(wèn)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(hào)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(cè)數(shù)據(jù)傳輸，完成實(shí)時(shí)傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)的功能。

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

2.1 3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)架構(gòu)

內(nèi)蒙古局3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)采用無(wú)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(tái)3G無(wú)線路由器撥號(hào)連接至電信基站，電信基站通過(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所需設(shè)備有映翰通IP605無(wú)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L(zhǎng)NS服務(wù)，LNS與電信機(jī)房LAC間采用2M SDH光纜連接。地震臺(tái)站使用3G USIM卡撥號(hào)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(guò)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(chǔ)功能。3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 3G無(wú)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(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接至華為路由器；華為路由器作為L(zhǎng)NS(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(wú)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(tái)站節(jié)點(diǎn)接入方式。

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

圖3 地震臺(tái)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(wú)線通信的IP設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古局3G -VPDN無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是以撥號(hào)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(gè)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(kāi)。

3 電信3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)安全性分析

3.1 無(wú)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(guó)軍用抗干擾無(wú)線通訊技術(shù)開(kāi)發(fā)而成，CDMA碼址是偽隨碼，共有4.4萬(wàn)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(tīng)事件報(bào)道[4]。電信CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)的抗干擾技術(shù)為地震觀測(cè)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(shí)，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(wú)線網(wǎng)接入地震信息網(wǎng)絡(luò)[5]。

3.3 域和撥號(hào)用戶認(rèn)證

在電信公司VPDN平臺(tái)中，專為內(nèi)蒙古局用戶建立一個(gè)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(kāi)。

每個(gè)臺(tái)站節(jié)點(diǎn)已分配的3G USIM卡和全域唯一用戶名撥號(hào)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(guò)，實(shí)現(xiàn)握手連接，建立虛擬隧道。其他非本單位用戶無(wú)法連接，為地震觀測(cè)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(yíng)商核心網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)乃接行?，提出基?G無(wú)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(hào)互聯(lián)網(wǎng)上建立一條虛擬IP專用隧道，使終端用戶訪問(wèn)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(xiě)(Layer 2 tunnel protocol Network Server)。LAC端是第二層隧道協(xié)議訪問(wèn)集中器的縮寫(xiě)(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(yíng)商AAA服務(wù)通過(guò)域名確認(rèn)，接入用戶權(quán)限和屬性。

L2TP隧道連接過(guò)程：

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

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

(3) LAC認(rèn)證請(qǐng)求發(fā)送至運(yùn)營(yíng)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(qǐng)求。

(6) LNS對(duì)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(guò)程如圖4所示。

圖4 L2TP隧道建立過(guò)程[5]Fig.4 The L2TP tunnel building process[5]

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

4.1 3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效益

內(nèi)蒙古局3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由開(kāi)始的4個(gè)點(diǎn)擴(kuò)展為56個(gè)節(jié)點(diǎn)用戶，涵蓋地震前兆觀測(cè)、強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)及流動(dòng)地震觀測(cè)等業(yè)務(wù)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用，表明3G無(wú)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(shí)傳輸需求。由于3G無(wú)線網(wǎng)具有攜帶方便、架設(shè)簡(jiǎn)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(jí)地震中發(fā)揮重要作用，幾次余震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均及時(shí)傳送至內(nèi)蒙古局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心。

4.2 運(yùn)行率分析

內(nèi)蒙古局3G無(wú)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(cè)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(tái)站出現(xiàn)運(yùn)行率低的現(xiàn)象，主要故障有：電信基站信號(hào)弱；臺(tái)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(gè)觀測(cè)臺(tái)站的無(wú)線信道狀態(tài)，獲得無(wú)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(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)月運(yùn)行率如表1所示。

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

5 結(jié)語(yǔ)

以內(nèi)蒙古局3G -VPDN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)及安全性做全面闡述，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效益進(jìn)行分析。3G無(wú)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(yíng)商有線信道不可到達(dá)地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。內(nèi)蒙古局2008年開(kāi)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(cè)臺(tái)站和強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站，該系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，效果良好，保證了地震觀測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)、高效傳輸，提高了全區(qū)地震觀測(cè)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(wèn)題，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)與應(yīng)用會(huì)不斷得到解決，為內(nèi)蒙古自治區(qū)地震監(jiān)測(cè)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(jì)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(zhǎng)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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