Earthworm系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李曉銳，常 姣，劉國俊，張 娜，姚林鵬

(1.山西省地震局夏縣中心地震臺(tái)，山西 夏縣 044400；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030021)

0 引言

Earthworm系統(tǒng)是由USGS(美國地質(zhì)調(diào)查局)資助開發(fā)的一套開源地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模塊化、跨平臺(tái)、高擴(kuò)展性、魯棒性等特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)需求，加載相應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)特定功能[1]。

目前，山西區(qū)域測(cè)震臺(tái)網(wǎng)使用的專用軟件是中國地震局自行開發(fā)研制的臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Jopens，Jopens系統(tǒng)的流服務(wù)模塊(Jopens/SSS)可以向用戶提供實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)服務(wù)。實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)流的使用和共享遵循中國地震局自主開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流交換協(xié)議NetSeis/IP。文章以C語言為編程語言，按照Earthworm系統(tǒng)模塊的編寫要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了從Jopens/SSS流服務(wù)器接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的功能，為Earthworm系統(tǒng)在山西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。

1 netseisip2ew模塊簡(jiǎn)介

netseisip2ew模塊是Earthworm系統(tǒng)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)接入模塊，屬于數(shù)據(jù)獲取功能部分，主要實(shí)現(xiàn)了三大功能：遵循NetSeisIP協(xié)議與Jopens/SSS流服務(wù)器建立TCP/IP連接，并從其中獲取實(shí)時(shí)波形miniSEED數(shù)據(jù)流；解析獲取的實(shí)時(shí)波形miniSEED數(shù)據(jù)流，對(duì)用戶指定SCNL(S：臺(tái)站代碼；C：分量代碼；N：臺(tái)網(wǎng)代碼；L：位置代碼)的miniSEED數(shù)據(jù)包通過steim2算法解壓縮[2]和數(shù)據(jù)包重組，生成符合Earthworm通信協(xié)議的TYPE_TRACEBUF消息；將生成的TYPE_TRACEBUF消息推送至預(yù)先設(shè)置的一塊共享內(nèi)存(即：Earthworm系統(tǒng)的WAVE_RING消息環(huán))中。netseisip2ew模塊在整個(gè)Earthworm系統(tǒng)中的位置如圖1所示，scn2scnl模塊實(shí)現(xiàn)消息協(xié)議的轉(zhuǎn)換，wave_serverV實(shí)現(xiàn)波形服務(wù)器功能，Swarm軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)波形的可視化顯示[3]，可以驗(yàn)證netseisip2ew模塊是否工作正常。此外，netseisip2ew模塊還需實(shí)現(xiàn)Earthworm系統(tǒng)對(duì)其模塊的基本功能要求，如，狀態(tài)信息報(bào)告、“節(jié)拍”信號(hào)發(fā)送等。

圖1 Earthworm系統(tǒng)配置簡(jiǎn)圖Fig.1 Earthworm system configuration diagram

2 netseisip2ew模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體流程設(shè)計(jì)

在Earthworm系統(tǒng)中，所有功能模塊都是通過startstop系統(tǒng)控制模塊來啟動(dòng)和結(jié)束的，模塊在啟動(dòng)時(shí)首先讀取相應(yīng)的配置文件(*.d)，根據(jù)配置文件獲取的信息來控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。為了實(shí)現(xiàn)netseisip2ew模塊的三大功能，按照Earthworm系統(tǒng)模塊的編寫要求設(shè)計(jì)netseisip2ew模塊的總體流程(見第32頁圖2)。

圖2 netseisip2ew模塊總體流程圖Fig.2 Overall flow chart of netseisip2ew module

2.2 模塊關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn)

模塊的關(guān)鍵功能是實(shí)現(xiàn)遵循NetSeis/IP協(xié)議與Jopens/SSS流服務(wù)器建立TCP/IP連接。Jopen/SSS流服務(wù)使用用戶名和密碼認(rèn)證的方式訪問，共分為服務(wù)端和專用客戶端兩部分。NetSeisIP協(xié)議的服務(wù)模型如圖3所示[4]。

圖3 NetSeis/IP協(xié)議服務(wù)模型Fig.3 NetSeis/IP protocol service model

要實(shí)現(xiàn)與Jopen/SSS流服務(wù)器的連接，需要分如下幾步：(1) 由客戶端發(fā)起TCP/IP連接；(2) 通過用戶名和密碼登錄Jopen/SSS流服務(wù)器；(3) 設(shè)置數(shù)據(jù)流類型；(4) 設(shè)置傳輸模式(程序?yàn)閷?shí)時(shí)RT模式)；(5) 建立數(shù)據(jù)連接；(6) 通知Jopen/SSS流服務(wù)器發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流(見圖4)。

圖4 關(guān)鍵功能流程圖Fig.4 Flow chart of key functions

3 運(yùn)行結(jié)果

netseisip2ew模塊代碼編譯完成后，配置Earthworm系統(tǒng)的startstop_unix.d，使得系統(tǒng)啟動(dòng)相應(yīng)的功能模塊，在Linux系統(tǒng)終端輸入“startstop”命令，啟動(dòng)Earthworm系統(tǒng)，正常啟動(dòng)后的界面如第33頁圖5所示?？吹絾?dòng)了所需的4個(gè)Earthworm功能模塊，各模塊狀態(tài)均正常(Alive)。啟動(dòng)Swarm-2.6.3軟件，配置連接Earthworm系統(tǒng)的wave_server波形服務(wù)器，可以看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)波形圖(見第33頁圖6)，證明netseisip2ew模塊功能正常，可滿足設(shè)計(jì)需求。

圖5 Earthworm系統(tǒng)正常啟動(dòng)狀態(tài)Fig.5 Normal startup state of Earthworm system

圖6 實(shí)時(shí)波形展示圖Fig.6 Real time waveform display

4 結(jié)語

按照Earthworm系統(tǒng)對(duì)功能模塊編寫規(guī)范的要求，采用C語言為主要編程語言，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了從Jopen/SSS流服務(wù)器接收實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)流，并將波形數(shù)據(jù)經(jīng)處理后輸出到Earthworm系統(tǒng)等功能的netseisip2ew模塊。netseisip2ew模塊為Earthworm系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)源，為Earthworm系統(tǒng)在山西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。