畢節(jié)雷達樓網(wǎng)絡組成及備份方式介紹

陳焰犢，謝 明，趙 虎，龔雪鵬，張 錦

(1.貴州省畢節(jié)市七星關區(qū)氣象局，畢節(jié) 七星關 551700；2.貴州省畢節(jié)市氣象局，畢節(jié) 七星關 551700；3.貴州省水城縣氣象局，貴州 水城 553600)

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畢節(jié)雷達樓網(wǎng)絡組成及備份方式介紹

陳焰犢1，謝 明2，趙 虎3，龔雪鵬2，張 錦3

(1.貴州省畢節(jié)市七星關區(qū)氣象局，畢節(jié) 七星關 551700；2.貴州省畢節(jié)市氣象局，畢節(jié) 七星關 551700；3.貴州省水城縣氣象局，貴州 水城 553600)

該文從光纖接入局域網(wǎng)、無線網(wǎng)橋接入局域網(wǎng)、3G無線上網(wǎng)傳輸3個方面介紹了畢節(jié)雷達樓和畢節(jié)綜合氣象信息樓之間的網(wǎng)絡傳輸方式和網(wǎng)絡備份方式，通過ping命令對3種方式在數(shù)據(jù)傳輸中的平均延時、最大延時、最小延時和掉包率進行測試，并總結了3種方式各自的優(yōu)缺點，對雷達傳輸網(wǎng)絡發(fā)展提出一些展望，同時也為相關業(yè)務技術人員在具體使用中提供一些參考。

雷達；網(wǎng)絡；結構；備份

1 引言

貴州省畢節(jié)市雷達樓于2006年建設完成并投入使用，雷達的使用充分發(fā)揮了其監(jiān)測能力及項目的綜合效益，為畢節(jié)市防災減災工作提供了指導和保障。而穩(wěn)定的雷達信息傳輸網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡備份方式正是保證雷達發(fā)揮其功能和效益的關鍵性因素，因此，雷達的信息網(wǎng)絡保障工作也越來越凸顯其重要性，對信息網(wǎng)絡業(yè)務人員的業(yè)務水平也提出了更高的要求。筆者結合實際工作，對畢節(jié)市雷達樓的信息網(wǎng)絡使用結構和備份情況進行統(tǒng)一的介紹，希望能對其它雷達臺站的雷達信息網(wǎng)絡保障工作提供一定的借鑒和參考。

2 畢節(jié)雷達樓的網(wǎng)絡結構和備份情況

雷達計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，網(wǎng)絡構造也是基于該協(xié)議實現(xiàn)的[1]。畢節(jié)雷達樓建設之初主要采用的是獨立的縣級氣象部門網(wǎng)絡傳輸結構，即到2007年建成的省地4M專線+地縣2M專線模式[2]。在該模式中雷達樓使用省局為縣級氣象部門統(tǒng)一劃分的IP地址，通過獨立的網(wǎng)絡結構形成局域網(wǎng)，再傳輸?shù)绞袣庀缶趾褪庀缶?。但是?012年后，由于畢節(jié)綜合氣象信息樓建設完工并投入使用，綜合氣象信息樓與雷達樓的直線距離只有300 m，雷達樓設備的運行監(jiān)控、雷達資料處理、雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)却蟛糠只A業(yè)務工作都遷移至綜合氣象信息樓內進行，為保障對雷達進行較好地遠程監(jiān)控和管理，同時也將畢節(jié)雷達樓的信息網(wǎng)絡合并到綜合氣象信息樓的市級氣象信息網(wǎng)絡內，為此，畢節(jié)市氣象局為雷達樓的信息網(wǎng)絡架設和網(wǎng)絡備份采取了多種方法。

2.1 采用光纖接入局域網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制

由于雷達數(shù)據(jù)的控制平臺在信息樓內，離雷達站有一定距離，但雷達站工作人員平時是在信息樓業(yè)務平臺上工作，所以為了更好實現(xiàn)對雷達的遠程控制，畢節(jié)雷達站采用光纖直連的方式。在該實現(xiàn)方式中，使用光纖信道和信息復用技術，來完成新一代天氣雷達在本地工作室與遠程終端之間的雙向信息傳輸[3]。即將雷達站信息網(wǎng)絡通過光纖接入綜合氣象信息樓的核心交換機，形成局域網(wǎng)，然后通過信息樓的市局網(wǎng)絡直接將雷達資料傳輸?shù)缴霞墭I(yè)務部門(圖1)。

2.2 采用無線網(wǎng)橋實現(xiàn)局域網(wǎng)備份

為更有效地保障雷達業(yè)務信息網(wǎng)絡傳輸，在使用光纖直連的方式之外，畢節(jié)雷達站和綜合氣象信息樓之間還采用了無線網(wǎng)橋實現(xiàn)局域網(wǎng)的方式進行了網(wǎng)絡備份。無線網(wǎng)橋顧名思義就是無線網(wǎng)絡的橋接，它可以在兩個或多個網(wǎng)絡之間搭起通信的橋梁(無線網(wǎng)橋亦是無線AP的一種分支)[4]。畢節(jié)雷達站采用的是帶寬為300 M的NB-LINK2490工程用無線網(wǎng)橋設備，該無線網(wǎng)橋的工作頻率是2 312～2 662 mHz，水平極化角是30°，垂直極化角是28°，理論上可以實現(xiàn)距離1 km以上點對點的遠程無線傳輸。使用時只需要在雷達站和綜合氣象信息樓之間各架設一個無線網(wǎng)橋設備，將兩個無線網(wǎng)橋分別接入雷達站和綜合氣象信息樓的局域網(wǎng)，再將兩個無線網(wǎng)橋設備進行點對點地對射，就可以將兩棟樓的局域網(wǎng)進行合并，形成一個整體的局域網(wǎng)，從而實現(xiàn)對雷達樓設備的遠程控制(如圖2)。

圖1 采用光纖接入局域網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制的網(wǎng)絡結構

圖2 采用無線網(wǎng)橋實現(xiàn)局域網(wǎng)備份的方式

2.3 采用3G無線網(wǎng)絡作為雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫浞萃ǖ?/p>

無論是通過直接用光纖接入局域網(wǎng)的方式還是使用無線網(wǎng)橋接入局域網(wǎng)的方式，對于雷達數(shù)據(jù)的上傳都需要通過市局到省局的主線路進行傳輸，一旦主線路中斷就無法保障雷達數(shù)據(jù)的正常上傳，所以在主線路傳輸中斷的情況下還采用了3G無線網(wǎng)絡作為雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫浞萃ǖ馈?/p>

3G技術指第三代移動通信技術，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術，3G技術能夠同時傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，其特點是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務[5]。在雷達傳輸中使用3G無線網(wǎng)絡是指通過電信公司或聯(lián)通公司等單位購買無線上網(wǎng)用的UIM卡，將其裝入專用的3G無線網(wǎng)卡或無線路由，使電腦能夠通過撥號無線登錄互聯(lián)網(wǎng)的目的，再通過VPN撥號連接將雷達數(shù)據(jù)上傳到省局服務器。通過3G上網(wǎng)可以單獨的使用一塊獨立3G無線網(wǎng)卡上網(wǎng)，也可以使用專用的3G無線路由器實現(xiàn)上網(wǎng)，區(qū)別是前者每次只能提供一臺計算機無線上網(wǎng)，后者可以根據(jù)路由器接口數(shù)量同時使多臺計算機無線上網(wǎng)(如圖3)。

3 3種網(wǎng)絡結構在業(yè)務運行中的特點

3.1 光纖接入在業(yè)務運行中的特點

在氣象基礎業(yè)務運行中，采用光纖接入局域網(wǎng)是使用最為廣泛的數(shù)據(jù)傳輸方式，該方式的性能相對穩(wěn)定可靠，不容易受到外界如天氣變化和信號干擾等環(huán)境的影響，網(wǎng)絡信息的傳輸速度快、距離遠，通信容量大，可以有效實現(xiàn)對雷達的遠程控制，也是目前雷達業(yè)務遠程控制中最理想的網(wǎng)絡傳輸方法。另外，光纖架設屬于一次性工程投入，一旦光纖架設好后不用再投資其它費用，也不用租用其它網(wǎng)絡營運商的線路和IP地址，只需接入氣象部門原有的內網(wǎng)線路就可以實現(xiàn)雷達信息的實時傳輸，使用成本相對較低。但是由于光纖存在質地脆，機械強度差的特點，再加上城市現(xiàn)代化建設，光纖埋設后很容易受到城市建設施工的影響，一旦光纖因建筑施工、建設等因素受到破壞，光纖的接續(xù)需要專業(yè)的工具、設備和技術，受破壞的位置也難以判斷，不能夠立即恢復通信。因此在使用光纖進行直連的時候還需要準備其它的網(wǎng)絡通信備份方式以保障雷達業(yè)務的正常運行。

圖3 采用3G無線網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫浞萃ǖ?/p>

3.2 無線網(wǎng)橋在業(yè)務運行中的特點

無線網(wǎng)橋通常應用在工程型遠距離無線局域網(wǎng)環(huán)境搭建中，因此在氣象業(yè)務中很少應用到。它安裝簡單，只需要將兩端設備分別接入局域網(wǎng)并且實現(xiàn)對射即可，無需專業(yè)技術人員和工具，實現(xiàn)起來比較容易，但必須保證兩個局域網(wǎng)的IP地址和無線網(wǎng)橋上設置的IP地址在同一個地址段。另外采用無線網(wǎng)橋進行傳輸，不需要工程架設費用，再加上無線網(wǎng)橋設備價格便宜，只要一次性投入設備購置費用，后期也不用另外租用通信營運商的線路和IP地址，利用氣象部門的內網(wǎng)線路和IP地址就可以實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的實時傳輸，是雷達站和綜合氣象信息樓之間實現(xiàn)網(wǎng)絡連接的幾種方式中成本最低的。但是在測試中筆者也發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)橋會受到一些外界環(huán)境因素的干擾，如在雷雨天氣或有電磁輻射干擾的地方，無線網(wǎng)橋的傳輸效率會大打折扣，傳輸能力也不穩(wěn)定，甚至會出現(xiàn)傳輸延時較大和掉包的情況，而且使用無線網(wǎng)橋搭建局域網(wǎng)時會受到建筑環(huán)境的限制，兩個無線網(wǎng)橋中間不能有建筑物或其它物體遮擋，否則就不能形成有效的局域網(wǎng)連接。因此相對使用光纖進行直連的方式，無線網(wǎng)橋更適合用戶在兩棟有一定距離但是無阻擋的業(yè)務樓房之間搭建局域網(wǎng)時使用，也適合構建氣象業(yè)務中的臨時性點對點近距離無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。

3.3 3G移動通信在業(yè)務運行中的特點

3G無線網(wǎng)絡設備安裝簡單，信號覆蓋范圍廣，移動能力強，可以在任何有手機3G網(wǎng)絡信號的地方接入互聯(lián)網(wǎng)，因此該方式目前也是氣象地面測報數(shù)據(jù)和預報產(chǎn)品上傳的網(wǎng)絡備份和戶外氣象設備數(shù)據(jù)讀取、氣象應急車戶外通信等氣象業(yè)務最常用的網(wǎng)絡傳輸方式。另外隨著通信營運商技術發(fā)展，3G網(wǎng)絡的無線上網(wǎng)還可以根據(jù)實際需求升級為4G網(wǎng)絡的無線上網(wǎng)，根據(jù)目前對畢節(jié)市七星關區(qū)市內最新移動4G網(wǎng)絡進行單機測試，在4G網(wǎng)絡內傳輸數(shù)據(jù)速率上下行可以達到6.0 Mb/s以上，其傳輸速度和穩(wěn)定性遠遠大于3G網(wǎng)絡，4G無線網(wǎng)絡的接入方法和使用3G無線路由器的接入方法一樣，只是目前支持4G移動網(wǎng)絡的基站還比較少，因此4G網(wǎng)絡的使用還不具備普遍性，但隨著信息技術的升級和發(fā)展，相信4G移動網(wǎng)絡將為氣象信息數(shù)據(jù)的傳輸提供更快捷、更穩(wěn)定和更有效的網(wǎng)絡保障。

但是由于網(wǎng)絡營運商提供服務的局限性，3G無線上網(wǎng)方式受到營運商提供網(wǎng)絡信號限制，目前無論是從使用的帶寬，還是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣榷紵o法滿足氣象業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，再加上使用無線信號容易受到外界環(huán)境因素的干擾，在雷雨天氣或有電磁干擾的地方傳輸效率都會大打折扣。而且使用3G無線上網(wǎng)目前只能使用網(wǎng)絡營運商提供的按月包流量業(yè)務，每個月都要支付一定的費用，3G無線網(wǎng)卡和3G無線路由又屬于低端網(wǎng)絡耗材，更換頻率高，所以這種上網(wǎng)方式的使用成本較高。業(yè)務人員也需要對VPN連接的設置、氣象數(shù)據(jù)傳輸備份通道和聯(lián)網(wǎng)流程等非常熟悉，需要加強相關業(yè)務培訓。

4 3種網(wǎng)絡結構在雷達資料傳輸中的網(wǎng)絡測試

在保證網(wǎng)絡運行平穩(wěn)的前提下，雷達拼圖數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r通過在雷達樓計算機采用 “ping 省局服務IP地址 -n 100”的命令分別對3種網(wǎng)絡結構傳輸速率進行測試，其測試結果如表1。

表1 3種網(wǎng)絡結構的數(shù)據(jù)傳輸速率測試對比

在測試對比表中可以看到，3種網(wǎng)絡結構中光纖直連的方式是最穩(wěn)定的，而無線網(wǎng)橋和3G無線通信傳輸延時都比光纖直連的延時高，并且會受到天氣過程的影響。在雷雨天氣進行測試時發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)橋的連接方式大約會出現(xiàn)1%～5%的掉包和超過300 ms的延時，而3G無線通信不但在雷雨天氣中會受到影響，當進行大容量的數(shù)據(jù)傳輸，特別是利用3G無線路由使多臺計算機同時進行數(shù)據(jù)傳輸時，其傳輸速率會出現(xiàn)較大的延時，掉包現(xiàn)象比使用無線網(wǎng)橋的情況更加嚴重。因此無論無線網(wǎng)橋和3G無線通信技術的安裝和使用有多么方便都不能取代光纖直連的方式作為雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞?，而只能作為備份網(wǎng)絡使用。

5 結束語

在以上介紹的3種雷達站網(wǎng)絡傳輸方式中，采用光纖直接接入局域網(wǎng)的方式為畢節(jié)雷達數(shù)據(jù)傳輸提供了快捷、穩(wěn)定的網(wǎng)絡傳輸渠道，采用無線網(wǎng)橋接入局域網(wǎng)的方式作為光纖的備份通道為畢節(jié)雷達數(shù)據(jù)傳輸提供了安全、可靠的網(wǎng)絡連接保障，采用3G無線網(wǎng)絡的傳輸方式雖然還存在傳輸速度慢，傳輸信號不穩(wěn)定，可使用的帶寬小等很多缺點，但是作為一種相對獨立，而且不用通過市局網(wǎng)絡中轉即可接入省局備份傳輸通道的網(wǎng)絡備份方式又是不可或缺的，并且隨著4G無線網(wǎng)絡的發(fā)展，3G無線網(wǎng)絡所存在的缺點也都將會逐漸得到解決。

當前現(xiàn)代化信息技術的發(fā)展飛速，氣象部門對信息網(wǎng)絡安全、穩(wěn)定、高速等要求越來越高，信息網(wǎng)絡傳輸?shù)姆绞揭苍絹碓蕉鄻踊?、便捷化，因此業(yè)務人員只有在實踐中不斷探索和積累經(jīng)驗，逐步提高對網(wǎng)絡運行中出現(xiàn)的各種問題的處理及維護能力，根據(jù)實際情況選擇更合適的網(wǎng)絡傳輸方式和保障方式、才能更好地保障氣象信息業(yè)務的穩(wěn)定運行和正常傳輸，真正地發(fā)揮氣象信息網(wǎng)絡在氣象服務工作中的優(yōu)勢和核心地位。

[1] 易永力，楊慶紅， 周士茹，等.傳輸網(wǎng)絡結構對多普勒天氣雷達的影響[J].氣象水文海洋儀器，2012，(01)：39-40.

[2] 潘紹美，閔利平，黃平，等.縣級氣象網(wǎng)絡結構的改進與優(yōu)化[J].貴州氣象，2009，(04)：37-38.

[3] 邵竹生，許盛海.現(xiàn)代通信技術在氣象雷達中的應用[J].雷達科學與技術，2003，(03)：17-20.

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2015-01-16

陳焰犢(1985—)，男，工程師，主要從事綜合氣象業(yè)務工作。

1003-6598(2015)06-0069-04

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