论在地震记录GPRS远程采集中的传输质量控制方案 廖铁军 (重庆工学院网络中心，重庆 400050) 摘要：本文详细论述了利用GPRS平台实现地震记录远程、实时传输；如何利用相关服务质量（QoS）实现数据不丢包，不变形和降低延时；如何利用数据控管技术达到数据传输的可靠性、完整性和安全性。为GPRS应用平台在地震记录采集中提供了一套优异的、适用的无线解决方案，极具推广价值。 关键词：传输质量(QoS)、远程采集、GPRS、地震记录、数据安全 Discussion Transfer QoS Control Project of GPRS Remote Collection in Earthquake Track Records Tiejun Liao (Network Center of Chongqing Institute of Technology, Chongqing 400050) Abstract: The discourse discusses earthquake remote and real-time transferring by GPRS platform. How to use quality of service implements that earthquake track records don’t lose and transmute, debase delay. How to use integrated data control and management accomplishes reliability, integrality and security. So that it provides a perfect solution in earthquake track records by GRPS platform. Key word: QoS; Remote Gathering; GPRS; Earthquake Track Records; Data Security 1. 引言 我国是全球大陆地震灾害最严重的国家，严重的地震灾害给人民生命财产和国民经济带来重大损失。仅新中国成立以来的50多年地震造成的死亡人数已接近40万。据不完全统计，经济损失平均每年16亿元。减轻地震灾害直接关系到国家的发展、社会的稳定和人民生命财产的安全。 在国内，由于地震监测台站大多地处偏僻，有线传输网络无法全部覆盖，同时有线网络费用较高。目前，绝大多数地震监测台站在记录采集方面采用电话拨号传输地震波的段传输模式，这样无法实现地震记录的自动实时传输，也无法实现及时确定震源和震级；在存储方面，数据采集本地采用一定时间的连续记录模式，一般为连续五天，这样为监测中心应用大容量自动存储技术带来极大不便；在数据共享方面，由于只对地震波记录长期保存，而对于整个地震记录既无法长期保存，也无法提供实时共享支持；在移动监测方面，更是无法按自己需求实时性地远程调取指定监测台站数据，就失去了移动监测中心存在的价值。 “十五”规划，中国局明确要求所属监测台网必须实现实时、全记录不间断传输，并将建立与地震记录采集相适应的无线应用平台。现有的无线传输多采用传输质量较高的卫星传输方式，但卫星传输费用较高，运营费用压力较大，广泛推广不易。随着通信技术、网络技术和计算机技术的发展，尤其是GPRS网络的成熟，结合有线网络的优势建立基于GPRS的地震记录传输应用平台成为地震记录实时采集、远程传输、移动监测和数据共享的优秀解决方案。如何在GPRS传输平台上实现地震记录不丢包，不变形，减小延时和保证数据的可靠性、完整性和安全性就成为急需解决的核心问题。 2. 设计目标 无论是震前还是震后数据收集与分析，确定震源和震极有高度的实效性，因此记录远程采集系统中对基于GPRS无线传输平台需要解决五个方面的问题： 1) 地震记录不丢包 2) 图形不变形 3) 传输延时小于50ms，正常情况小于10ms 4) 地震记录实时共享 5) 数据具有可靠性、完整性和安全性 3. 系统结构及流程 地震记录GRPS远程采集系统由五大子系统组成：数据采集子系统、数据传输子系统、数据控管子系统、移动监测中心和数据共享子系统。如下图所示： 图1 系统流程及结构 Fig. 1 The diagram of system flow and structure 3.1 数据采集子系统 数据采集子系统是地震记录的源，由各种震前和震后数字采集仪器组成。其功能如下： 1) 通过各种专用探测仪器收集地壳和地质变化数据，参照GPS时钟，经过固定编码格式实时向串口转发相关记录。 2) 该仪器将串口转发的实时数据在本仪器内按一定周期覆盖存储，达到数据备份之功效。 3) 接收串口传输的数据请求，将存储器内的相关数据重新向串口发送，也就是丢包重传。 3.2 数据传输子系统 数据传输子系统由GPRS无线网络和有线专网组成，实现数据的远程传输。其功能如下： 1) 按设置的传输速率和最大传输单元透明地将数据采集子系统发送的实时地震记录传输到指定IP地址的数据控管中心，或者通过APN功能点对点地传到指定的GPRS数据接收终端（DTU）。 2) 对传输的数据进行IP和DTU标识（ID）封装后，通过GSSN将无线网络（GSM）转发到有线专网（Leased Line）。 3) 通过目的IP地址实现数据控管中心和数据传输单元(DTU)之间双向透明传输。 4) 将数据业务中心（DSC）回传的数据重传指令转发到数据采集子系统。 3.3 数据控管子系统 数据控管子系统即数据业务中心（DSC），是地震记录基于GPRS远程采集质量控制的核心。其功能如下： 1) 实现互联网接收多台远程数据传输单元（DTU）传输来的数据，并通过解封装还原为数据采集仪器串口转发的相同数据。 2) 自动实现数据策略判别，判断数据在传输过程中是否丢包或数据出错。如果丢包或数据出错，就向数据传输单元（DTU）发送请求重传指令；如果正常则向地震处理系统和数据共享系统转发数据。 3) 通过用户设置，按指定速率和转发端口输出到地震处理系统和移动中心。 4) 数据控管子系统向移动中心发射指定台站的地震记录，同时接收移动中心发射的丢包重传指令。 5) 数据中心再次将接收到的各数据传输单元发送的数据进行IP封装，同时向本地和异地地震处理系统提供实时数据。 3.4 移动监测中心 移动监测中心接收数据控管中心转发来的实时数据，实时分析地壳或地质变化。这是地震记录基于GPRS远程传输应用平台的亮点之一。其功能如下： 1) 根据移动中心需要向数据控管中心发射选择监测台站需求，当数据控管中心接收到该指令后就创建与移动中心的连接，同时转发指定监测台站的实时数据。 2) 通过控制软件，根据用户需要可以随时更换监测台站。 3) 移动监测中心可以获取数据中心实时地震记录，也可以获取历史地震波记录。 3.5 共享子系统 数据共享子系统综合应用各种传输平台向中国局或其他兄弟局提供数据共享。其功能如下： 1) 通过IP封装多帧拷贝机制提供实时数据共享，且利用VCOM技术实现虚拟串口方式向第三方地震分析软件提供实时地震记录。这样对第三方地震分析软件不需作任何改动。 2) 通过文件传输协议（FTP）方式共享地震波数据(event文件)或地震记录(trace文件)。 前者可以向国家局和各兄弟局提供实时数据，后者则只能提供历史文件。 4. 传输质量控制 移动环境下QoS策略的发展趋势是在核心网采用DiffServ，在无线接入网既可采用IntServ也可采用DiffServ；无线接入网内用信令协议支持动态资源分配；资源分配信令可以和移动主机位置管理信令相结合，加快资源分配过程，减少信令开销。另外，动态资源分配可以将接纳控制和无线分组调度技术结合，更好地解决QoS问题。地震记录采集速率为0.6kbps，每小时2.11M，每月1.5G，相对流量较大，且实时性要求极高。而GPRS运用UDP协议提高带宽利用率，仅靠现有的GPRS平台QoS无法达到应用要求。因此提出一些新的可行性解决方案迫在眉睫。 4.1 数据编码与存储 由于GPRS应用平台通常采用UDP协议实现公网传输，本身不带重传机制，就无法解决丢包问题。经过研究与实际应用证明，可以采用三种途径解决丢包和时延问题。由于地震处理系统采用了以数据采集设备封装的GPS时钟作为唯一时钟，所以逻辑上延时为零，从而有效地解决了时延问题。 4.1.1 数据编码 地震记录是地震数据采集仪将收集的各种地壳和地质运动相关数据和GPS时钟数据进行编码构成的连续记录。以GPS时钟和采样速率就可标识数据的序列，可判断在某一时间序列内是否丢包，以及确定某一时间或某一时段的具体记录。数据编码如图所示： 图2 封装与解封装 Fig. 1 The diagram of encapsulation and de-encapsulation 1) 封装 数据源在本系统中经过三次封装，达到了数据传输的有序、定位、共享和减小时延。 第一次封装：由数据采集仪器将收集的地壳和地质变化数据按固定格式进行编码，加上长度和GPS时钟，按每秒约768字节发送。 第二次封装：数据采集设备上传的数据在GPRS数据传输单元（DTU）进行传输编码，加入域名解析，进入数据控管子系统的进程号，数据控管子系统所在的目的主机IP地址，数据传输单元唯一标识号(ID)，上层数据及上层数据的长