基于CDMA网络的煤矿瓦斯监控无线数据传输的实现

煤矿瓦斯事故是煤矿安全生产中发生频率高、危害程度大的主要事故源。做好煤矿安全生产管理工作，解决煤矿瓦斯隐患是实现煤矿安全生产状况根本好转的关键一环，也是国家煤矿安全监察局当前部署的重点工作之一。实施统一的"煤矿安全监控系统"对煤矿安全生产的长治久安具有极其重要的意义。

随着CDMA网络无线数据传输技术的日趋成熟，通过基于CDMA网提供的无线数据传输服务，可有效解决煤矿瓦斯监控系统的瓦斯采集数据传输难的问题。宁夏电信基于CDMA无线数据分组网络实现无线数据传输服务，建设宁夏全区煤矿系统瓦斯监控平台，并且通过短信告警服务网关与CDMA短信网关系统对接，实现的短信告警服务功能。

概述

1.基本概念与原理

宁夏利用CDMA无线网络，构建了VPDN虚拟专用拨号网络，形成无线数据传输通道提供数据传输。

VPDN的具体实现是采用隧道技术，即将企业网的数据封装在隧道中进行传输。隧道技术的基本过程是在源局域网与公网的接口处将数据（是OSI七层模型中的网络层数据）作为负载封装在一种可以在公网上传输的数据格式中，在目的局域网与公网的接口处将数据解封装，取出负载。被封装的数据包在互联网上传递时所经过的逻辑路径被称为"隧道"。要使数据顺利地被封装、传送及解封装，通信协议是保证的核心。

VPDN主要是采用第二层隧道协议（L2TP），采用L2TP基于以下几点原因。

其一，对于GRE（通用路由封装协议）及IPSec这些三层隧道协议，区分用户将比较困难；因为在三层（IP层），一般只能通过IP 地址来区分用户。对于VPN来说，用户的地址是可以重复的，这样，三层隧道协议不适合区分用户。

其二，L2TP 是二层（链路层）的隧道协议，是作为PPP 的扩展提出来的。PPP适合区分不同的用户，比如拨号用户、采取专线直连的对端路由器等等，因为PPP 可以得到对端的用户名和更多用户信息。对于拨号用户接入这种情况来说，需要区分不同的VPN 用户，使用L2TP进行VPDN组建是最理想的。

其三，采用L2TP隧道协议，只分配企业网内部IP地址，而PPTP等第二层的隧道协议，要求有正式的IP地址，在拨入拨号服务器时，由拨号服务器提供，再二次拨入企业网关时，由企业网关分配内部网地址。

其四，采用L2TP隧道协议的VPDN网络，通信运营商主要维护运营商和企业之间的二层隧道。不同企业之间的二层隧道是区分开来的，相互独立的二层隧道将保证各企业VPDN网的完全私有性和绝对安全性。

2.网络系统构成

VPDN服务主要由CDMA1x路由器、LAC和LNS(防火墙或者cisco接入路由器如C2600 Series)、AAA和内部服务器构成。

CDMA1x路由器: 连接在远程网络上的访问终端，是VPDN呼叫的发起者。

LAC: 是"第二层隧道协议（L2TP）访问集中器"，在CDMA1x分组网中是PDSN节点。它是L2TP隧道的其中一个端点，也是LNS的对端。LAC处于LNS和Client的中间，负责转发双方的数据包。从LAC发往LNS的数据包需要封装到L2TP隧道中，而从LAC到Client的连接则使用CDMA1x无线分组传输技术。

LNS: 是"第二层隧道协议网络服务器"。它是L2TP隧道的另一个端点，也是LAC的对端。它是PPP会话的逻辑终点，而PPP会话被LAC封装成隧道形式，是从Client端开始的。

AAA server：AAA是认证、授权和记帐的缩写。AAA服务器负责对Client的身份进行验证。

3.实现过程

远程无线CDMA1x路由器通过CDMA1x网络连入拜访地LAC。LAC服务器通过用户名或接入号码识别出该用户为VPDN用户后，就和用户的目的VPDN服务器（企业内部服务器）建立一条连接，这条连接称为隧道，然后将用户数据包封装成IP报文后从该隧道传送给VPDN服务器，VPDN服务器收到数据包并拆封后就可以读到真正有意义的报文了。具体流程如图1。

瓦斯数据无线传输网络的实现

1.网络建设的主要内容

瓦斯无线数据传输网络重点解决各矿井瓦斯数据传输集中的难题，实现由分布在各市、县级的矿井节点汇聚到区级集中节点构成无线数据传输网络。

煤矿瓦斯采集数据无线传输过程包括：煤矿瓦斯数据通过专用设备（采集终端）进行采集，采集的数据包括矿井瓦斯浓度、温度、通风情况、风扇工作情况等。采集到的数据通过矿井监控网络传输到井上系统计算机，安装在计算机上的协议转换软件进行数据格式和协议转换，转换后的数据通过接口(如RS232接口模块等)接到无线数据通讯终端，并完成数据在无线通信网络上的数据传输。

2、无线数据传输网络简图

煤炭瓦斯监控系统在CDMA网络服务承载上主要有两个部分：CDMA无线数传部分和短信告警服务部分，如图2所示。

数字专线部分：租用2M光纤线路，与煤矿安全监察网络组建的VPDN网络相连，通过CDMA无线网络完成自治区煤矿安全监察局与各煤矿之间的信息上传下达。

矿井数据采集线路及传输部分：煤矿将从井下采集各种安全数据汇总到煤矿传输终端，通过CDMA无线网络传输至电信公司网络中心PDSN设备，再通过2M专线传输到宁夏煤矿安全监察局监控中心。

3.矿井层面的无线传输网络实施

(1)网络规范

煤矿监测监控系统地面主机与现场实时数据采集机之间的数据传输，采用串行口接口方式；从现场数据采集机到上行各节点采用TCP/IP方式传输。

其体系结构为：实时数据采集节点与现场接口层节点之间监测，构成分布式体系结构，网络拓扑结构采用总线形及星形。

访问方式采用主从方式。主从方式就是一个高级别的节点控制所有的信号传输，顺序和时间。除非主节点要求，其他节点不能通信。

实时数据采集通信规范包括：采用RS-232串行数据接口标准；接口支持MODEM通讯方式，支持主动拨号和被动拨号方式；支持CDMA方式数据传输，自动适应厂家数据通过CDMA方式透明数据传输。

(2)瓦斯监控采集设备连接

在煤矿矿井现场，井上、下数据采集通过Super KJ系列井下数据采集设备进行采集，其中采集设备采集到的数据通过协议转换器进行协议转换，转换后的数据通过串口(RS232)接到RW2000-DTU(CDMA无线路由器)，RW2000-DTU完成数据在CDMA无线数据分组网络中透明的数据传输，如图3所示。

瓦斯数据无线传输网络配置方法

1.网络设备连接示意图

瓦斯数据无线传输网络依托CDMA无线数据分组网络，建立基于L2TP协议VPDN方式的无线传输网络接入，如图3所示。

其中，CDMA ROUTER与CDMA专网认证服务器均采用的是成都中联信通科技有限公司生产的CDMA无线互联设备。

2.网络分配说明

客户侧中心CISCO路由器、CDMA专网认证服务器、防火墙在同一网段172.15.241.0/24,特别注意CDMA专网认证服务器的INTERFACE 1接口缺省路由指向防火墙172.15.241.1

运营商光纤的网段为10.150.0.24/30,注意LNS CISCO 28路由器的缺省路由指向联通光纤端10.150.0.25

CDMA ROUTER WAN:为CDMA认证服务器配合LNS固定分配的IP:189.18.20.1/32,它是LNS的虚拟接口。

CDMA ROUTER LAN在网段182.39.228.0/28，井下数据采集服务工作站的缺省路由指向CDMA ROUTER LAN。 作者：中国电信宁夏公司企业信息化部 王超   来源：通信世界周刊