山西數字測震臺站SDH專線與3G信道互備方案設計

高偉亮，殷偉偉，王卓君，李惠玲，呂 睿

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

隨著地震事業的快速發展，通信業務傳輸的時效性要求越來越高。山西省地震局測震臺站眾多，還有許多無人值守的數字測震臺站，各種地震波形的實時穩定傳輸也需滿足更高的要求。目前，省內地震網絡通信系統存在可靠性低、靈活性差、設備老化、嚴重依賴移動網絡等方面的問題，已不能滿足地震波形實時傳輸的需要。國內三大電信運營商3G網絡穩定性提高和網絡覆蓋范圍的擴大，使采用3G網絡來實現測震臺站備份通信線路成為可能，也可為測震業務高效穩定的運行提供保障。

1 測震通信網絡現狀

山西測震臺網通過 “十五”項目建設，形成省局、市局(綜合臺站)、測震臺站三級網絡，分別為省局到市局的2M SDH專線，省局到綜合臺站2*2M的SDH專線，各測震臺站到市局(中心臺站)2M的SDH數字專線。另外，省局有100 MB的互聯網專線，各市局(綜合臺站)在主線路故障時可以用互聯網通道把觀測數據傳輸到省局。山西測震臺網使用的通信信道主要有SDH光纖線路、Internet VPDN線路、CDMA無線信道。山西省數字測震臺網數據傳輸拓撲圖如第48頁圖1所示。

從圖1看出，從無人值守測震臺站到市局(綜合臺站)信息節點之間為單一鏈路，當傳輸光纜、移動基站、光端設備任何一個發生故障都會導致移動SDH專線故障，并導致無人值守測震臺站數據傳輸中斷。為此，需設計一套穩定的基于3G無線數傳的備份通信傳輸信道，實現現有移動SDH專線信道的備份。當主通道線路故障時，數據會自動、快速地切換到3G無線備份線路上，確保臺站地震資料的不間斷傳輸。

2 VPDN和3G通信技術簡介

VPDN(Visual Private Dial-up Network)又稱虛擬專用(或私有)撥號網，是虛擬專用網(VPN)業務的一種，以撥號接入方式上網，在其之上傳輸數據，并對數據進行封包和加密的一種網絡。它是利用IP網絡的承載功能結合相應的認證和授權機制建立起來的安全VPN，是近年來隨著Internet的發展而迅速發展起來的一種技術。VPDN可以實現將數據流量強制到特定的目的地，并提供必要數據安全支持[1]。

3G(the 3rd Generation)技術指第三代移動通信技術，是支持高速數據傳輸的蜂窩移動通信技術。3G技術能夠同時傳送聲音(通話)及數據信息(電子郵件、即時通信等)，其特點是提供高速數據業務。該系統采用的是中國電信公司推出的CDMA2000 3G移動通信業務，其理論帶寬達7.2 Mb/s，完全可以滿足實際業務需要[1]。

3 測震臺站通信系統備份線路的設計與實現

3.1 系統的基本組成

為實現數據傳輸的連續性及測震臺網系統運行的穩定性，設計以SDH光纖和無線3G組合成主備份鏈路的方式，全部通過TCP/IP網絡方式將測震臺站數據傳輸到臺網中心，此組合基于數據的高速傳輸和低費用的原則，以光纖傳輸為主，3G為輔，通過路由器設置達到雙鏈路備份的要求[2]。

圖1 山西測震臺網數據傳輸拓撲圖Fig.1 Data transmission topology of Shanxi seismic network

成都瑞科RW2650型號3G路由器提供一個廣域網以太網口WAN和三個LAN口，實現數據的主鏈路、備份鏈路的傳輸，兩鏈路之間的自動切換由3G路由器完成。由于光纖傳輸較穩定，設置默認的傳輸方式是光纖傳輸，當其鏈路有故障時，自動切換到無線3G傳輸，待恢復后，又自動切換到光纖傳輸。3G路由器的WAN口連接光收發器，對應的光纖授權該PPP虛擬鏈路上線，并且指定給該用戶唯一的IP地址，3G路由器獲得該IP。此傳輸，LAN口連接測震觀測設備(主要包括數據采集器和地震計)的以太網線。

目前，無人值守測震臺站存在一條運行的有線SDH專線網絡，從省級—市級—站點形成多層次有線專網，在現存的有線網絡架構上補充一條3G無線專網的備份鏈路。該鏈路為VPDN專網，該網絡將從測震臺站中補充一臺3G無線專網路由器，并在省級機房中增加一條與之相通訊的支持VPDN功能的網關設備，在省級機房網絡中配置一臺專網認證服務器，該方案需要的通信設備如表1所示。

在無人值守測震臺站配備一臺成都瑞科RW2650路由器，并購買電信3G服務，用于接入3G無線網絡，并限制公網和語音功能，3G路由器根據設定的APN建立撥號連接。省中心機房與省電信網關之間已經開通一條4M MSTP數據專線，建立靜態路由。

表1 有線無線互備方案設備表Table 1 Device table for wired and wireless schemes

該方案主要需解決兩個關鍵問題，第一是3G路由器VPDN專網的上線；第二是在現存的有線網絡中已經存在網絡通訊，加載備份3G無線VPDN網絡后，如何正確切換路由通信。

3.1.1 3G路由器VPDN專網的上線解決方案

該網絡3G路由器撥入電信運營商無線網絡，由運營商直接將驗證信息使用L2TP協議封裝并發送至省級的VPDN接入路由器，與VPDN接入路由器(LNS)協商L2TP成功并建立PPP虛擬鏈路，卡信息和用戶名密碼由LNS轉發至專網認證服務器，由專網認證服務器確認用戶合法后，LNS路由器時，LNS至3G路由器的PPP鏈路成功建立。在線網絡失效時，如何切換至VPDN并建立可靠的路由通信，需在市級機房中現存的有線網絡中設置一臺PPTP服務器，拓撲圖如第49頁圖2所示。

圖2 臺站有線SDH專網和3G路由器拓撲圖Fig.2 Topology of wired SDH network and 3G routers in stations

由圖2看出，當站點至市級網絡的有線網絡運行時，使用PPTP撥號的方式連接撥入站點接入路由器，形成一條PPP通訊鏈路，省級通過市級網絡到該PPP通訊鏈路，完成IP路由通訊。

3.1.2 路由切換解決方案

當有線鏈路失去連接時，PPTP鏈接也失效，此時3G路由器自動激活3G網絡撥號，通過VPDN進入省級LNS，LNS表示L2TP網絡服務器(L2TP Network Server)是PPP端系統上用于處理L2TP協議服務器端部分的設備。此時LNS服務器上的路由指向轉為VPDN網絡的PPP鏈路。路由指向的關鍵設置在于靜態路由的設置可以精確指定3G路由器的IP，但同時也設置一個大范圍的路由指向到市級網絡中，市級的PPTP路由器也作對應的設置，精確指定3G路由器的IP，同時也設置一個大范圍的路由指向到省級網絡中。臺站SDH專線故障后，切換到3G網的拓撲圖如第50頁圖3所示。

使用該方案在省級網絡中實現VPDN的配置，對路由指向進行一定程度的規劃后可以實行。

3.2 雙線備份3G無線路由器RW2650W配置

3.2.1 LAN口配置

在無人值守測震臺交換機增加一個以太口連接RW2650，把LAN口與測震臺站交換機相連，并配置IP地址：10.14.x. x/255.255.255.0，IP地址與交換機端口的地址在同一網段。

3.2.2 撥號接口設置

在撥號接口的基本設置中修改接入點為cezhen0xx@sxdzj.133vpdn.sx，在高級設置中去掉勾選項“識別無效DNS”，其他設置默認。

3.2.3 路由器設置

以成都瑞科RW2650路由器為例，增加配置如下：

(1) 配置主鏈路。

Router(config)# link 1

//進入1號虛擬撥號池界面

Router(config-link)# protocol pptp

//進入PPTP撥號模式

Router(config-pptp-link)# peer 10.14.30.1

//設定PPTP服務器地址

Router(config-pptp-link)# exit

//退回虛擬撥號池界面

Router(config-link)# username cezhen

//配置PPTP撥號用戶名

Router(config-link)# password cezhen

//配置PPTP撥號密碼

Router(config-link)# redial always

//始終LCP協商

Router(config-link)# Dialer-member 1

//適配到D1 接口

Router(config-link)# backup-link 0

//設定LINK 0為備份線路

Router(config-link)# open

//回車后立即啟用該撥號配置

Router(config)# int d 1

//進入撥號D0接口配置模式

Router(config-if-Dialer)# compress mppc

//命令開啟無線傳輸中的MPPC數據壓縮功能

Router(config-if-Dialer)# nat outside

//命令開啟NAT功能

Router(config-if-Dialer)# route default

//使用默認路由

Router(config-if-Dialer)# exit

//退回到配置模式

(2) 配置備份鏈路。

Router(config)# link 0

//進入0號虛擬撥號池界面

Router(config-link)# protocol mode

//進入無線撥號模式

Router(config-modem-link)# prefmode 3G-Preferred

//EVDO無線撥號設置為3G兼容模式

Router(config-modem-link)# exit

//退回虛擬撥號池界面

Router(config-link)# username cezhen024@sxdzj.133vpdn.sx

//配置無線撥號用戶名

Router(config-link)# password cezhen

//配置無線撥號密碼

Router(config-link)# Dialer-member 0

//適配到D 0 接口

Router(config-link)# exit

//退回到配置模式

Router(config)# int d 0

//進入撥號D0接口配置模式

Router(config-if-Dialer)# compress mppc

//開啟無線傳輸中的MPPC數據壓縮功能

Router(config-if-Dialer)# nat outside

//命令開啟NAT功能

Router(config-if-Dialer)# route default

//使用默認路由

Router(config-if-Dialer)# exit

//退回到配置模式

Router(config)#ip route 10.14.30.1

255.255.255.255 10.14.16.254//到PPTP服務器的靜態路由，下一跳為有線網關

3.3 中心端LNS服務器配置

在LNS服務器上開通PPTPVPN服務，以Cisco Router為例，增加如下配置。

SXQZ>en

SXQZ# configure terminal

SXQZ(config)# #vpdn enable

//開啟VPDN功能

SXQZ(config)#vpdn-group pptp

//創建VPDN組

SXQZ(config-vpdn)# accept-dialin

//定義允許撥入

SXQZ(config-vpdn-acc-in)# protocol pptp

//設置使用PPTP協議

SXQZ(config-vpdn-acc-in)# virtual-template 2 //關聯虛擬撥號模板

SXQZ(config-vpdn-acc-in)#interface Loopback2

SXQZ(config-if)# ip address 12.0.0.253

255.255.255.255 //為虛擬撥號指定一個IP地址，與Local Pool同一網段

SXQZ(config-if)#interface Virtual-Template2 //創建虛擬撥號模板

SXQZ(config-if)# ip unnumbered Loopback2

SXQZ(config-if)# peer default ip address pool pptp //指定撥號用戶虛擬IP地址池

SXQZ(config-if)# compress mppc

SXQZ(config-if)# ppp authentication chap pap //定義撥號用戶的驗證方式

SXQZ(config-if)#ip local pool pptp 12.0.1.10 12.0.1.30 //定義撥號用戶虛擬IP地址池

SXQZ (config)#exit

SXQZ #wr 至此中心端Cisco Router PPTP

VPN配置結束

4 主備鏈路測試

4.1 SDH主鏈路正常測試

Router(config-)#show interface dialer 1 檢查是否獲得地址(主鏈路連接正常應該獲得地址)

Router(config-)#show interface dialer 0 檢查是否獲得地址(主鏈路連接正常應該關閉，主鏈路連接不正常則獲得地址，見圖4)

圖4 主鏈路連接正常獲得地址測試圖Fig.4 The address test when the main chain line is normal

從圖4看出，當主鏈路SDH專網連接正常時，通過SHOW命令，dailer 1獲得地址。與此同時，通過PING命令，PING核心路由器的IP地址，也可以PING通。

從第52頁圖5看出，用PING和TRACERT命令跟蹤測震業務服務器得到的結果表明，測震專業設備(數據采集器+地震計)通過3G無線路由器可以和測震業務服務器通信，傳輸測震實時數據流。

4.2 主鏈路失效，啟用備份鏈路測試

切斷移動SDH光端機和協轉設備的電源，模擬SDH專線主通道故障，查看網絡狀態，從測震臺站交換機上連接筆記本電腦，用PING命令、TRACERT跟蹤命令跟蹤省局測震業務服務器和核心路由器，得到如下結果，說明到省局的3G線路暢通。

主鏈路無法連接后，將自動啟動備份鏈路撥號，dialer 0 口就開始撥號并獲得地址：

Router# show inter dialer 0

從第52頁圖6測試結果表明，當主鏈路無法連接后，將自動啟動備份鏈路撥號，dialer 0口就開始撥號并獲得地址。在測震臺站接入交換機上連接筆記本，通過PING命令PING通核心路由器。

4.3 主鏈路恢復，備份鏈路自動切換到主鏈路測試

將移動SDH專線的光端機和協轉電源接通，模擬移動SDH專線鏈路恢復正常時，測震臺站數據能否從3GVPDN網絡中切換到通過移動SDH專線鏈路傳輸，進行測試(見第52頁圖7)。

圖5 主鏈路連接正常跟蹤測震服務器圖Fig.5 Tracking seismological server when the main chain line is normal

圖6 主鏈路失效啟用備份鏈路圖Fig.6 Backup line when the main chain line is failure

圖7 備份鏈路切換到主鏈路圖Fig.7 Backup link switch to main chain line

由圖7看出，通過PING命令PING核心路由器，當移動SDH專線恢復正常后，測震臺站3G備份鏈路能自動切換到移動SDH專線主鏈路，保證測震業務數據的可靠傳輸。

5 結語

通過以上設計，實現了SDH光纖傳輸為主、無線3G為輔的雙鏈路備份傳輸，達到主輔互備的目的，其特點是穩定、連續不中斷，費用也不高。隨著地震觀測技術、儀器的不斷發展，地震資料越來越豐富，資料傳輸質量和及時性的要求越來越高。3G無線傳輸技術可實現測震臺站通信線路的備份，為測震業務高效穩定地完成提供保障。

[1] 聶恩旺,董保華.基于3G無線VPDN網絡備份通信線路的實現[J].現代電子技術,2013(23):49-51.

[2] 李 強，陳 敏，張 銳，等.重慶地震臺網雙鏈路備份傳輸方案及成效口[J].地震地磁觀測與研究，2010，31(6)：78-80.