地震行业网络TD-LTE无线接入设计

金 鹏 孙庆文 冯志军 贾荣光 刘瑞峰（中国济南250014山东省地震局）



地震行业网络TD-LTE无线接入设计

金 鹏 孙庆文 冯志军 贾荣光 刘瑞峰
（中国济南250014山东省地震局）

摘要基于中国移动TD-LTE（4G）无线技术，设计山东省地震局高速无线地震行业网络，并在地震应急救援综合演练中得到检验，通信效果理想。TD-LTE无线组网技术，能够为地震救援工作提供有效的通讯保障，提高地震救援水平，加强地震灾害防御能力，减轻地震灾害造成的人员伤亡和经济损失。

关键词TD-LTE；4G无线组网；地震应急；地震行业网络；网络设计

0 引言

2010年，山东省地震局着手研发基于3G无线信道的地震行业网络系统，并于同年在山东省进行实验性部署（金鹏，2011）。目前，山东省境内已完成69个3G台站，17套流动观测台和28套3G单兵设备部署，3G无线组网系统在地震应急工作中发挥着显著作用。随着地震应急工作的不断发展，视频、语音等信息在现场指挥和地震应急救援工作中的需求度越来越高，3G系统通信带宽不足问题随之凸显出来。2014年，4G移动通信技术的发布和商用提供了新的技术基础。

1 TD-LTE技术

TD-LTE（Time Division Long Term Evolution）分时长期演进（王方金，2015；李小文，2015），也被称为4G，是以正交频分复用（OFDM）为核心的第4代移动通信技术（张学义，2014；冉俐，2014）。OFDM技术特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以为无线数据通信提供更高性能及更好服务。

对比移动通信系统的数据传输速率，第1代模拟式仅提供语音服务；第2代数位式移动通信系统传输速率仅为9.6 kbps，最高32 kbps；第3代移动通信系统数据传输速率可达2 Mbps；而第4代移动通信系统传输速率则可以达到20 Mbps，最高100 Mbps，是3G无线网络传输速率的10—50倍。

2 技术实现

山东省地震局4G无线地震行业网络系统基于中国移动4G VPN网络建设。在中国移动提供的VPN信道内建立多条GRE隧道承载地震行业网络数据业务，见图1。

图1　山东省地震局4G无线地震行业网络系统Fig.1 The 4G network system of earthquake industry in Earthquake Administration of Shandong Province

2.1 无线节点

在4G无线组网的节点端，采用华为AR1220路由器+华为AR-1LTE-L-S板卡，板卡内配置中国移动4G USIM卡，见图2。

路由器Cellular端口配置移动4G无线拨号程序，通过SAE-GW验证后，获得与USIM卡绑定的私有IP地址，该地址作为与区域中心边界路由器建立隧道的源地址，隧道目的地址为区域中心边界路由器接口地址，节点端的网络数据被封装在已建立的GRE隧道内传输。

图2　华为1220路由器Fig.2 Huawei 1220 router

Cellular端口拨号程序如下

interface Cellular1/0/0

dialer enable-circular

dialer-group 1

apn-profile ******.jn.sd

dialer timer autodial 10

dialer number *99# autodial

ip address negotiate

GRE隧道配置如下

interface Tunnel0/0/0

ip address 10.37.*.* 255.255.255.252

tunnel-protocol gre

source Cellular1/0/0

destination *.*.*.*

2.2 中国移动4G VPN网络

中国移动4G VPN网络采用PTN传输，主要包括SAE-GW系统、移动传输网络和用户侧接入设备。

SAE-GW（System Architecture Evolution GateWay）是4G系统架构演进网关，定义了全IP的分组核心网EPC（Evolved Packet Core），仅有分组域而无电路域，基于全IP结构，控制与承载分离，网络结构扁平化，主要包含MME、SGW、PGW、PCRF等网元（胡键，2014）。

用户侧接入设备采用华为PTN910分组传送设备和思科2901路由器。光纤接入山东省地震局核心机房，采用双链路冗余模式，保证网络安全与稳定，见图3。

2.3 区域中心边界路由器

山东省地震局4G无线地震行业网络系统的区域中心边界路由器采用思科2901路由器，使用千兆以太电口与中国移动边界路由器互联，并将该端口作为与无线节点建立隧道的源地址，GRE隧道的目的地址为各无线节点端USIM卡获取的IP地址（Wei Luo，2006；Richard Deal，2007）。区域中心边界路由器GRE隧道配置如下

interface Tunnel0

ip address 10.37.*.* 255.255.255.252

tunnel source GigabitEthernet0/0

tunnel destination 10.37.*.*

图3　中国移动4G VPN网络Fig.3 China Mobile 4G VPN network

3 技术难点

在4G无线组网系统设计的试验过程中，遇到的主要技术难点为系统兼容性和IP地址规划问题。

3.1 系统兼容性

节点设备选择华为AR1220路由器+华为AR-1LTE-L-S板卡，实际测试发现此套设备无法正确识别中国移动4G USIM卡，经反复试验，将路由器IOS版本升级为V200R006C10，路由器正常工作。

3.2 IP地址规划

合理的IP地址规划，能够节约有限的IP地址资源，简化网络结构设计。经与中国移动山东省分公司的网络工程师协商，在“移动”4G VPN地址池中为山东省地震局预留3个C的10.37.*.*地址，此IP地址规划在配置4G单兵设备时更加方便。

4 实际应用

在潍坊昌邑市潍北靶场进行山东省2015年地震应急救援综合演练中，首次使用了4G无线组网系统，图4为现场应急指挥车中使用4G无线组网系统的现场指挥大屏照片。4G设备Cellular端口信息代码如下

＜Huawei＞display Cellular 1/0/0 all

//显示信息部分省略

Current Network Connection = LTE(LTE)

Mobile Country Code (MCC) = 460

Mobile Network Code (MNC) = 00

Mobile Operator Information = CHINA MOBILE

图4　山东省2015年地震应急救援综合演练Fig.4 Earthquake emergency rescue comprehensive exercise in Shandong Province, 2015

//显示信息部分省略

Current RSSI = -53 dBm

Current RSRP = -79 dBm

Current RSRQ = -4 dB

Current SINR ＞= 30 dB (good)

此次演练过程中通信系统信号稳定，传输的视频会议图像清晰、语音流畅。

5 结束语

TD-LTE（4G）作为一种最新的无线接入手段，已经在实际使用中展现出其技术优势。4G无线组网系统，能够有效的保障地震救援过程中的数据、语音、视频信息高速、稳定的传输，对于提高地震救援水平，保护人民群众生命、财产安全，加强地震灾害防御能力，减轻地震灾害造成的人员伤亡和经济损失，保障社会稳定具有积极作用。

参考文献

胡键. LTE环境下MME/SAE GW功能测试与分析报告[J]. 计算机光盘软件与应用，2011，1：56-57.

金鹏，孙庆文，张琴. 浅析3G技术在地震行业网络中的应用[J].地震地磁观测与研究，2011，32（2）：112-115.

李小文，李阳，韩娜娜. TD-LTE系统安全性的研究与实现[J].自动化仪表，2015，36（2）：45-52.

冉俐，吴舟，田桂平. OFDM——第四代移动通信核心技术分析[J].消费电子，2014：88-89.

王方金. 基于TD-LTE技术实现企业客户视频传输业务的研究与应用[J].电信工程技术与标准化，2015，28（3）：44-47.

张学义. OFDM技术原理与应用分析[J].信息通信，2014，135（3）：219-220.

Richard Deal，姚军玲. Cisco VPN完全配置指南[M]. 北京：人民邮电出版社，2007.

Wei Luo，Carlos Pignataro. 第二层VPN体系结构[M].北京：人民邮电出版社，2006.

Seismic network design based on TD-LTE wireless access

Jin Peng，Sun Qingwen，Feng Zhijun，Jia Rongguang and Liu Ruifeng
(Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan 250014，China)

Abstract

Based on TD-LTE wireless technology of China Mobile (4G)， the high-speed wireless access network for Earthquake Administration of Shandong Province is designed. The communication effect has been tested in the emergency rescue comprehensive drill. TD-LTE wireless networking technology can provide communication security for earthquake relief work effectively， and improve the level of earthquake relief， and strengthen earthquake disaster defense capability， and mitigate casualties and economic losses caused by earthquake disaster.

Key words:TD-LTE，4G wireless network，earthquake emergency，earthquake industry network，network design

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 028

基金项目：2015年度山东省地震局合同制科研项目（项目编号：15Y95）

作者简介：金鹏（1977—），男，山东济南人，工程师，硕士研究生，主要从事地震行业网络管理与维护工作

本文收到日期：2015-07-09