前兆遠程子臺CDMA 傳輸故障診斷及排除1

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，屬國家基準地震臺，該臺是“首都圈”地震前兆監測的一個重點臺站，承擔著重要的防震減災任務。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井等前兆遠程子臺組成。高村井遠程子臺有水位、水溫測項，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修復而造成通信故障，值班人員不得不驅車近百里趕往該遠程子臺用筆記本電腦直接收數，既增加了人力負擔，也在經濟上造成了較大的開銷。2011年6月，高村井遠程子臺增設“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無線網絡傳輸。這種傳輸方式既能夠保證隨時隨地（需登錄內網）在線查看觀測儀器的狀態和收數，還能根據需要采用遠程方式對儀器重啟、對鐘和調整參數，數據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致的不得不去子臺收數的問題。寶坻地震臺王3井遠程子臺的水位、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，在長期的運行過程中也難免會出現故障，CDMA無線傳輸也不例外。盡管近年來國內有學者對將CDMA傳輸技術應用于測震、強震臺網做過研究（卞真付等，2010；吳衛遠等，2010），也有人提出將CDMA傳輸技術應用于地震前兆遠程子臺的觀測，但對遠程子臺CDMA傳輸故障的診斷和排除方法的研究卻很鮮見，為此筆者進行了相關研究。

1 CDMA傳輸技術在地震前兆遠程子臺的應用

1.1 CDMA 1X無線傳輸技術簡介

CDMA(Code Division Multiple Access)又稱碼分多址，是在無線通信中使用的技術，它允許所有的使用者同時使用全部頻帶，并且把其他使用者發出的訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞的問題。近年來，CDMA網絡運營商在原有CDMA的基礎上升級系統，推出了更為穩定的CDMA 1X網絡系統。CDMA 1X網絡系統速度更快，容量更高（師杰等，2007），基于這種平臺的應用發展迅猛。CDMA無線傳輸就是基于CDMA 1X網絡，在企業內部網提供豐富的數據傳輸應用服務（胡玉等，2008）。與傳統的基于電路交換的數據業務相比，CDMA無線傳輸網絡具有永遠在線、按流量計費、高速傳輸、支持TCP／IP協議等特點（卞真付等，2010）。

（1）永遠在線。只要激活CDMA 1X的無線數據應用，它就將保持在線，這就類似于一種無線專線網絡。永遠在線為實時查看前兆遠程子臺觀測儀器的狀態、調整儀器參數、重啟儀器和收數提供了技術支撐。

（2）按流量計費。它是一種面向使用的計費，對于前兆遠程子臺每天定時收數、數據量不大且需要隨時監控儀器設備狀態等需求，CDMA 1X提供了一種較經濟的傳輸方式。

（3）高速傳輸。CDMA 1X技術的最大特點是高速數據傳輸能力，理論最高傳輸速度為307.2 kbps，實際現在應用傳輸分組數據峰值傳輸速率也高達153.6kbps（周伯揚，2006）。

（4）支持TCP/IP協議。CDMA 1X網絡支持TCP/IP協議，能與“IP到儀器”的地震前兆觀測儀器直接相連，保證應用服務順利實現。

1.2 前兆遠程子臺CDMA傳輸的硬件架構

前兆遠程子臺CDMA傳輸方式通過中國電信CDMA 1X網絡接入Internet網絡，利用VPN技術在Internet網絡上開辟出一條安全、穩定的虛擬隧道，從而實現行業內部網間的傳輸功能和目標（澤仁志瑪等，2009）。構建VPN有軟件和硬件兩套方案，考慮到VPN的加密傳輸機制需要消耗系統資源，軟件處理會影響到網絡性能（吳衛遠等，2010），本文在構建前兆遠程子臺CDMA傳輸鏈路時采用了硬件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井等前兆遠程子臺CDMA傳輸鏈路的建設依托于此前建設完成的天津市地震局強震觀測網絡系統，地震臺站的維護人員只需負責前兆遠程子臺內的傳輸鏈路維護，因此了解前兆遠程子臺CDMA傳輸硬件架構是必須的。前兆遠程子臺CDMA傳輸鏈路由以下儀器設備構成：“十五”前兆觀測儀器（或“九五”前兆觀測儀器接入協議轉換器）、小型交換機（LAN口數要大于或等于該遠程子臺需接入的儀器設備總數）、CDMA無線路由器和足夠長網線（雙絞線）。在設備的選擇方面，重點是路由器的選擇，本文選用了北京映翰通網絡技術有限公司生產的InRouter300CT01型CDMA無線路由器，該型號路由器自帶VPN功能，能夠實現安全穩定的無線傳輸，目前廣泛應用于石油、天然氣、環保、交通、電力等行業。前兆遠程子臺CDMA傳輸設備的連接如圖1所示。

圖1 王3井遠程子臺CDMA傳輸設備連接框圖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井和高村井前兆遠程子臺CDMA傳輸運行一年多來，狀況基本良好，在功能、效率和成本方面均達到了預期目標。運行過程中也出現過一些故障，均被及時排除。

2.1 CDMA傳輸故障的診斷流程

根據經驗和理論分析，筆者認為導致 CDMA傳輸故障的原因主要有：儀器通訊部分故障、資費余額不足、路由器“假死”、路由器死機、路由器內部故障（特別是SIM卡接觸不良）、CDMA信號強度不夠、交換機故障、傳輸硬件連接斷路等。

根據傳輸故障原因及排除故障的實踐經驗，筆者梳理出一個故障的診斷流程（圖2）。基于大多數故障均能通過遠程操作解決，故診斷流程也基本上遵循了“先遠程，后現場”的原則。實踐證明，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。前兆遠程子臺某臺儀器不能正常登錄或收數，有時并不是路由器或交換機的問題，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，可以對同一遠程子臺的其它儀器進行登錄或收數實驗，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部通訊部分出現了問題（當然也可能是由于該儀器與交換機連接的網線虛接導致）。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）資費余額不足。CDMA傳輸方式中的電信資費一般采用預付費，當資費余額不足時將會被CDMA運營商斷網。判斷是否為資費余額不足，最簡單的方法是通過電信運營商的網站在線查詢，輸入CDMA路由器所嵌入的SIM卡的卡號及向運營商申請的密碼即可。如確系資費余額不足，應及時補繳，補繳后幾個小時內傳輸會恢復正常。

（3）路由器“假死”。在使用ping命令對路由器的連通狀態進行檢查時，往往會出現路由器能夠“ping”通，但遠程子臺的所有儀器均不能正常收數，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，不要著急趕往遠程子臺，先試試遠程重啟路由器。步驟如下：①點擊Windows左下角“開始”，選擇“運行”，輸入“cmd”，進入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：密碼在輸入時不在屏幕上顯示；⑤當登錄成功，出現圖3界面時輸入字母“Z”，等待幾分鐘后，CDMA無線路由器即可完成重啟。遠程重啟路由器后CDMA傳輸往往能夠恢復暢通。

圖2 遠程子臺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。由于長時間連續通電工作，CDMA無線路由器可能會出死機現象，致使不能實現正常的傳輸。這種情況在實踐中不多見。如果出現遠程子臺全部儀器不能連通，且不能遠程登錄到無線路由器上實現遠程重啟，可懷疑是路由器死機問題導致。路由器死機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）路由器內部故障。路由器內部故障主要有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，這主要是因為 CDMA無線路由器工作環境不良，導致SIM卡的表面或路由器安裝SIM卡位置的觸點被氧化。出現這種情況，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，以清除SIM卡及觸點表面的氧化層，然后將SIM卡重新裝入路由器，即可恢復。如果上述方法不能解決，則很可能是路由部件損壞導致，須更換一臺新的路由器來解決。有時通過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均不成功，而且在此期間偶爾還會出現傳輸順暢能登錄儀器的瞬間，這種情況往往也是路由器內部故障所導致。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，如有備用路由器，可以先假定路由器內部損壞，更換一臺新的路由器試試。實踐證明這種“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行相關設置，步驟如下：①連接路由器與計算機。打開路由器的外包裝，裝好天線和SIM卡，用網線將CDMA路由器連接到一臺計算機上；②配置計算機。進入“網絡連接”，配置計算機的TCP/IP協議。路由器默認的IP地址為192.168.2.1，計算機的IP地址需要設置成192.168.2.xxx(xxx取值范圍為2至254)，保持與路由器在同一網段。子網掩碼一般為255.255.255.0，默認網關為192.168.2.1，DNS服務器可向移動運營商咨詢；③配置路由器。在連接路由器的計算機上打開IE瀏覽器，在地址欄輸入http://192.168.2.1，進入路由器主頁，輸入用戶名和密碼（出廠時默認為 adm/123456），進入“網絡設置”中的“LAN設置”，按照省局規定的該遠程子臺的 IP地址等參數，將參數作相應的修改，然后保存設置。配置好的路由器即可接入到遠程子臺CDMA傳輸鏈路中。

（6）信號強度不夠。研究表明，當CDMA的導頻強度低于-15dB并持續T5m以上時，就會導致掉話（李亮，2010），從而造成傳輸上的故障。前兆遠程子臺往往地處較偏僻的鄉村，CDMA信號的覆蓋本身就不太穩定，加之在繁忙時段該地區的手機用戶通話和上網等應用較多，出現“競爭”現象，導致傳輸故障。這種情況可以采用在遠程子臺使用CDMA手機進行檢測，如CDMA手機顯示信號不強，則可以判定為遠程子臺CDMA的信號強度不夠。如遇信號強度不夠，應盡量避開信號“競爭”時段使用傳輸功能，必要時也可聯系當地 CDMA運營商尋求幫助解決途徑。

（7）交換機故障。交換機在長期的運行中也可能出現死機或是損壞，需要斷電重啟或是更換新的交換機。“替換法”對于交換機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。傳輸硬件均通過網線連接，端口為 RJ45接口，在長期使用過程中可能會出現網絡的RJ45插頭與導線連接松動虛脫或是RJ45插頭與儀器設備的網絡接口接觸不實，從而導致傳輸故障。這種故障原因可以通過對網線逐一檢查判定，并可通過重新插牢RJ45插頭或是更換合格的網線來排除。

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

3 結束語

將CDMA傳輸技術應用于地震前兆觀測中是近年來才興起。由于CDMA傳輸方式在技術和成本上有著明顯的優勢，相信在未來也會有更為廣泛的應用前景。了解CDMA傳輸的相關知識，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，在出現傳輸故障后迅速排除故障，是保證地震前兆觀測數據可靠、完整、連續產出的基礎和關鍵。盡管本文是對地震前兆遠程子臺CDMA傳輸故障診斷和排除的經驗總結，但對于使用CDMA傳輸的測震和強震遠程子臺也同樣適用，對于其他無線傳輸方式（例如：GPRS）也具有一定的參考意義。

卞真付，郭巍，孫晶巖，2010. 基于CDMA1X／GPRS網絡采用VPN技術組建強地震觀測網絡系統. 地震地磁觀測與研究，31（2）：95—100.

龔永儉，陳嵩，2012． 淺談地震臺站信息節點的維護管理——以天津市寶坻地震臺為例. 高原地震，24（3）：48—53.

胡玉，李國佑，2008． 無線技術在前兆臺站中的應用. 高原地震，20（2）：54—56.

李亮，2010． 淺析CDMA掉話原因及優化方法. 科技信息，（24）：347.

師杰，程冬焱，2007. CDMA無線遠程傳輸技術在山西地震網絡系統中的應用. 山西地震,（3）：37—40.

吳衛遠，周銀興，2010. CDMA無線傳輸在烏江數字地震臺網的實施. 地震地磁觀測與研究，31（6）：82—86.

澤仁志瑪，李志雄，周克昌等，2009． 利用CDMA IX+VPN技術實現十三陵地震前兆觀測系統信息集成. 地震，29（3）：86—92.

周伯揚，2006. CDMA網絡技術. 北京：國防工業出版社.