煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)生頻率高、危害程度大的主要事故源。做好煤礦安全生產(chǎn)管理工作，解決煤礦瓦斯隱患是實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)狀況根本好轉(zhuǎn)的關(guān)鍵一環(huán)，也是國家煤礦安全監(jiān)察局當(dāng)前部署的重點工作之一。實施統(tǒng)一的“煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”對煤礦安全生產(chǎn)的長治久安具有極其重要的意義。

隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的日趨成熟，通過基于CDMA網(wǎng)提供的無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，可有效解決煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的瓦斯采集數(shù)據(jù)傳輸難的問題。寧夏電信基于CDMA無線數(shù)據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，建設(shè)寧夏全區(qū)煤礦系統(tǒng)瓦斯監(jiān)控平臺，并且通過短信告警服務(wù)網(wǎng)關(guān)與CDMA短信網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)對接，實現(xiàn)的短信告警服務(wù)功能。

概述

1.基本概念與原理

寧夏利用CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了VPDN虛擬專用撥號網(wǎng)絡(luò)，形成無線數(shù)據(jù)傳輸通道提供數(shù)據(jù)傳輸。

VPDN的具體實現(xiàn)是采用隧道技術(shù)，即將企業(yè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)封裝在隧道中進(jìn)行傳輸。隧道技術(shù)的基本過程是在源局域網(wǎng)與公網(wǎng)的接口處將數(shù)據(jù)（是OSI七層模型中的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)）作為負(fù)載封裝在一種可以在公網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式中，在目的局域網(wǎng)與公網(wǎng)的接口處將數(shù)據(jù)解封裝，取出負(fù)載。被封裝的數(shù)據(jù)包在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞時所經(jīng)過的邏輯路徑被稱為“隧道”。要使數(shù)據(jù)順利地被封裝、傳送及解封裝，通信協(xié)議是保證的核心。

VPDN主要是采用第二層隧道協(xié)議（L2TP），采用L2TP基于以下幾點原因。

其一，對于GRE（通用路由封裝協(xié)議）及IPSec這些三層隧道協(xié)議，區(qū)分用戶將比較困難；因為在三層（IP層），一般只能通過IP 地址來區(qū)分用戶。對于VPN來說，用戶的地址是可以重復(fù)的，這樣，三層隧道協(xié)議不適合區(qū)分用戶。

其二，L2TP 是二層（鏈路層）的隧道協(xié)議，是作為PPP 的擴展提出來的。PPP適合區(qū)分不同的用戶，比如撥號用戶、采取專線直連的對端路由器等等，因為PPP 可以得到對端的用戶名和更多用戶信息。對于撥號用戶接入這種情況來說，需要區(qū)分不同的VPN 用戶，使用L2TP進(jìn)行VPDN組建是最理想的。

其三，采用L2TP隧道協(xié)議，只分配企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部IP地址，而PPTP等第二層的隧道協(xié)議，要求有正式的IP地址，在撥入撥號服務(wù)器時，由撥號服務(wù)器提供，再二次撥入企業(yè)網(wǎng)關(guān)時，由企業(yè)網(wǎng)關(guān)分配內(nèi)部網(wǎng)地址。

其四，采用L2TP隧道協(xié)議的VPDN網(wǎng)絡(luò)，通信運營商主要維護(hù)運營商和企業(yè)之間的二層隧道。不同企業(yè)之間的二層隧道是區(qū)分開來的，相互獨立的二層隧道將保證各企業(yè)VPDN網(wǎng)的完全私有性和絕對安全性。

2.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成

VPDN服務(wù)主要由CDMA1x路由器、LAC和LNS(防火墻或者cisco接入路由器如C2600 Series)、AAA和內(nèi)部服務(wù)器構(gòu)成。

CDMA1x路由器: 連接在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的訪問終端，是VPDN呼叫的發(fā)起者。

LAC: 是“第二層隧道協(xié)議（L2TP）訪問集中器”，在CDMA1x分組網(wǎng)中是PDSN節(jié)點。它是L2TP隧道的其中一個端點，也是LNS的對端。LAC處于LNS和Client的中間，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)雙方的數(shù)據(jù)包。從LAC發(fā)往LNS的數(shù)據(jù)包需要封裝到L2TP隧道中，而從LAC到Client的連接則使用CDMA1x無線分組傳輸技術(shù)。

LNS: 是“第二層隧道協(xié)議網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器”。它是L2TP隧道的另一個端點，也是LAC的對端。它是PPP會話的邏輯終點，而PPP會話被LAC封裝成隧道形式，是從Client端開始的。

AAA server：AAA是認(rèn)證、授權(quán)和記帳的縮寫。AAA服務(wù)器負(fù)責(zé)對Client的身份進(jìn)行驗證。

3.實現(xiàn)過程

遠(yuǎn)程無線CDMA1x路由器通過CDMA1x網(wǎng)絡(luò)連入拜訪地LAC。LAC服務(wù)器通過用戶名或接入號碼識別出該用戶為VPDN用戶后，就和用戶的目的VPDN服務(wù)器（企業(yè)內(nèi)部服務(wù)器）建立一條連接，這條連接稱為隧道，然后將用戶數(shù)據(jù)包封裝成IP報文后從該隧道傳送給VPDN服務(wù)器，VPDN服務(wù)器收到數(shù)據(jù)包并拆封后就可以讀到真正有意義的報文了。具體流程如圖1。

瓦斯數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)

1.網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要內(nèi)容

瓦斯無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)重點解決各礦井瓦斯數(shù)據(jù)傳輸集中的難題，實現(xiàn)由分布在各市、縣級的礦井節(jié)點匯聚到區(qū)級集中節(jié)點構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

煤礦瓦斯采集數(shù)據(jù)無線傳輸過程包括：煤礦瓦斯數(shù)據(jù)通過專用設(shè)備（采集終端）進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)包括礦井瓦斯?jié)舛?、溫度、通風(fēng)情況、風(fēng)扇工作情況等。采集到的數(shù)據(jù)通過礦井監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄舷到y(tǒng)計算機，安裝在計算機上的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)格式和協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過接口(如RS232接口模塊等)接到無線數(shù)據(jù)通訊終端，并完成數(shù)據(jù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸。

2、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)簡圖

煤炭瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)在CDMA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)承載上主要有兩個部分：CDMA無線數(shù)傳部分和短信告警服務(wù)部分，如圖2所示。

數(shù)字專線部分：租用2M光纖線路，與煤礦安全監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)組建的VPDN網(wǎng)絡(luò)相連，通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)完成自治區(qū)煤礦安全監(jiān)察局與各煤礦之間的信息上傳下達(dá)。

礦井?dāng)?shù)據(jù)采集線路及傳輸部分：煤礦將從井下采集各種安全數(shù)據(jù)匯總到煤礦傳輸終端，通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至電信公司網(wǎng)絡(luò)中心PDSN設(shè)備，再通過2M專線傳輸?shù)綄幭拿旱V安全監(jiān)察局監(jiān)控中心。

3.礦井層面的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)實施

(1)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范

煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)地面主機與現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集機之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用串行口接口方式；從現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集機到上行各節(jié)點采用TCP/IP方式傳輸。

其體系結(jié)構(gòu)為：實時數(shù)據(jù)采集節(jié)點與現(xiàn)場接口層節(jié)點之間監(jiān)測，構(gòu)成分布式體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線形及星形。

訪問方式采用主從方式。主從方式就是一個高級別的節(jié)點控制所有的信號傳輸，順序和時間。除非主節(jié)點要求，其他節(jié)點不能通信。

實時數(shù)據(jù)采集通信規(guī)范包括：采用RS-232串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)；接口支持MODEM通訊方式，支持主動撥號和被動撥號方式；支持CDMA方式數(shù)據(jù)傳輸，自動適應(yīng)廠家數(shù)據(jù)通過CDMA方式透明數(shù)據(jù)傳輸。

(2)瓦斯監(jiān)控采集設(shè)備連接

在煤礦礦井現(xiàn)場，井上、下數(shù)據(jù)采集通過Super KJ系列井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行采集，其中采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過串口(RS232)接到RW2000-DTU(CDMA無線路由器)，RW2000-DTU完成數(shù)據(jù)在CDMA無線數(shù)據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)中透明的數(shù)據(jù)傳輸，如圖3所示。

瓦斯數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)配置方法

1.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接示意圖

瓦斯數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)依托CDMA無線數(shù)據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)，建立基于L2TP協(xié)議VPDN方式的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)接入，如圖3所示。

其中，CDMA ROUTER與CDMA專網(wǎng)認(rèn)證服務(wù)器均采用的是成都中聯(lián)信通科技有限公司生產(chǎn)的CDMA無線互聯(lián)設(shè)備。

2.網(wǎng)絡(luò)分配說明

客戶側(cè)中心CISCO路由器、CDMA專網(wǎng)認(rèn)證服務(wù)器、防火墻在同一網(wǎng)段172.15.241.0/24,特別注意CDMA專網(wǎng)認(rèn)證服務(wù)器的INTERFACE 1接口缺省路由指向防火墻172.15.241.1

運營商光纖的網(wǎng)段為10.150.0.24/30,注意LNS CISCO 28路由器的缺省路由指向聯(lián)通光纖端10.150.0.25

CDMA ROUTER WAN:為CDMA認(rèn)證服務(wù)器配合LNS固定分配的IP:189.18.20.1/32,它是LNS的虛擬接口。

CDMA ROUTER LAN在網(wǎng)段182.39.228.0/28，井下數(shù)據(jù)采集服務(wù)工作站的缺省路由指向CDMA ROUTER LAN。

3.LNS配置說明

Router#sh run

aaa new-model

aaa authentication login default local

aaa authentication ppp default group radius   //認(rèn)證方式為RADIUS

aaa accounting network default start-stop group radius  //計費為RADIUS

aaa session-id common           //以上aaa配置

ip dhcp-server 172.15.241.41  //IP地址交給RADIUS 172.15.241.41

vpdn enable

vpdn-group vpdn

! Default L2TP VPDN group

accept-dialin

protocol l2tp

virtual-template 1          //    指定到虛接口

lcp renegotiation always        // 總是重新協(xié)商

l2tp tunnel password 0 Jt&*3bk   //有關(guān)l2TP VPDN的配置

interface FastEthernet0/0

description "link to local area

ip address 172.15.241.40 255.255.255.0

duplex auto

speed auto                     //  網(wǎng)絡(luò)接口F0/0配置

interface FastEthernet0/1

description link-to-Unicom

ip address 10.150.0.26 255.255.255.252

ip mtu 800                      // 為防止L2TP包過大設(shè)置該值

duplex auto

speed auto                       //網(wǎng)絡(luò)接口F0/1配置

interface Virtual-Template1      // 虛接口配置

ip unnumbered FastEthernet0/0

peer default ip address dhcp     //地址方式為RADIUS分配

compress mppc                    //重要，MPPC協(xié)議支持

ppp authentication chap pap      //認(rèn)證口令方式

ip classless

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.150.0.25    //LNS路由器缺省指向運營商光纖端

ip route 182.39.7.115 255.255.255.255 172.15.241.1

ip route 182.39.7.136 255.255.255.255 172.15.241.1

ip route 182.39.11.4 255.255.255.255 172.15.241.1

ip route 182.39.161.3 255.255.255.255 172.15.241.1

ip route 182.39.228.0 255.255.255.240 189.18.20.1  //精確路由

radius-server host 172.15.241.41 auth-port 1812 acct-port 1813 key cdmacdma

radius-server retransmit 0

以上是有關(guān)RADIUS的主要配置。host 172.15.241.41表示RADIUS的IP地址； auth-port 1812表示認(rèn)證端口；acct-port 1813表示計費端口；key cdmacdma 表示LNS和RADIUS之間的認(rèn)證口令，也是CDMA認(rèn)證服務(wù)器要用到的LNS密碼。

4、CDMA認(rèn)證服務(wù)器配置說明

本應(yīng)用中采用的CDMA認(rèn)證服務(wù)器是成都中聯(lián)信通科技有限公司的CDMA專用認(rèn)證服務(wù)器，具體配置部分如下。

接口1配置：在“端口配置”的“Interface 1地址”菜單里配置IP地址為172.15.241.41，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為172.15.241.1；

Radius服務(wù)配置：LNS密碼主要保證和LNS互相協(xié)商的密碼，這里是cdmacdma。和CISCO路由器保持一致；認(rèn)證端口缺省為1812；計費端口缺省為1813。

RADIUS用戶配置：主要有IMSI、用戶名、密碼及IP地址四個部分構(gòu)成。其中IMSI 是全球移動網(wǎng)絡(luò)中惟一的客戶識別碼，也是CDMA認(rèn)證服務(wù)器無線身份識別的ID；用戶名及密碼為每個無線終端分配一個登錄名及密碼，并且要求用戶名惟一；IP地址為每個無線終端分配惟一的IP地址，該地址是由服務(wù)端中心強制分配下去的，無線終端無權(quán)協(xié)商或者要求。