地震预警数据流监控与分析

王红蕾; 朱宏; 毛国良; 李冬圣; 李振波; 蒋宏毅

doi:10.11899/zzfy20230220

地震预警数据流监控与分析

doi: 10.11899/zzfy20230220

王红蕾^{1, 2,},
朱宏³,
毛国良^{1, 2},
李冬圣^{1, 2},
李振波^{1, 2},
蒋宏毅^{1, 2}

1.
河北省地震局, 石家庄 050021
2.
河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站, 河北邢台 055350
3.
天津市地震局, 天津 300201

基金项目: 中国地震局地震科技星火计划专项（XH23005A）；河北省地震科技星火计划攻关项目（DZ20200326044）；国家地震烈度速报与预警工程（河北子项目）（152004000000163041）

详细信息

作者简介:
王红蕾，女，生于1981年。高级工程师。主要从事地震预警及地震信息网络相关研究。E-mail：wanghlcea@126.com

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出版历程
- 收稿日期: 2022-06-24
- 刊出日期: 2023-06-30

Data Flow Monitoring and Analysis of Earthquake Early Warning System

Wang Honglei^{1, 2
,},
Zhu Hong³,
Mao Guoliang^{1, 2},
Li Dongsheng^{1, 2},
Li Zhenbo^{1, 2},
Jiang Hongyi^{1, 2}

1.
Hebei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China
2.
Hebei Hongshan National Observatory on Thick Sediments and Seismic Hazards, Xingtai 055350, Hebei, China
3.
Tianjin Earthquake Agency, Tianjin 300201, China

摘要

摘要: 为实现地震预警网络环境实时监控与分析，明确各业务系统之间的数据流向和范围，根据地震预警系统业务分区梳理关键业务、网段和终端，并通过数据流分析实现地震预警系统网络流量监控。通过数据包采集与解码技术，实现对主要业务系统关键指标的监控，从而对地震预警系统的网络访问性能、系统服务性能、应用响应性能等关键指标进行综合监控与分析，实现以业务为核心的网络环境监控与支撑。
- 地震预警 /
- 流量分析 /
- 数据包检测 /
- 运维监控
Abstract: This paper studies the data flow monitoring of the Earthquake Early Warning system based on the connection of the core components. We sort out the key servers, network segments and terminals of the EEW system, and then analysis the data flow, extract key indicators by data packet acquisition and decoding technology, so as to comprehensively monitor and analyze the key performance indicators such as network access performance, system service performance and application response performance of the full life cycle of EEW system.
- Earthquake early warning /
- Network traffic analysis /
- Packet analysis /
- Operation and maintenance

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图 1 省中心地震预警网拓扑

Figure 1. Topology of earthquake early warning network for provincial center

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图 2 地震预警业务流程

Figure 2. Diagram of earthquake early warning data flow

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图 3 整体业务流程

Figure 3. EEW system flow chart

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图 4 决策平台数据流交互

Figure 4. Decision modular data flow diagram

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图 5 发布平台数据流交互

Figure 5. Message sending modular data flow diagram

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图 6 数据流分发告警规则

Figure 6. Alarm rules diagram of data flow distribution

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表 1 核心应用

Table 1. List of core applications

业务分区	分系统部署单元	部署方式	IP地址
数据接入区	波形流服务（分流服务）	物理机	10.×.×.5（国家项目台站流）
			10.×.×.6（省项目台站流1）
			10.×.×.7（省项目台站流2）
			10.×.×.8（唐山台站流）
			10.×.×.9（张家口台站流）
			10.×.×.10（背景场台站流）
			10.×.×.11（一般站）
汇集交换区	波形流服务（综合）	物理机	10.×.×.12
	波形流服务（触发流）	物理机	10.×.×.13
	波形流服务（台网中心）	未知	10.×.×.14
	波形流服务（备份中心）	未知	10.×.×.15
	波形流服务（北京局）	未知	10.×.×.16
	波形流服务（天津局）	未知	10.×.×.17
业务处理区	预警处理软件（JEEW）	物理机	10.×.×.18
	预警处理软件（EEW）	物理机	10.×.×.19
	烈度速报	物理机	10.×.×.20
	决策平台	物理机	10.×.×.21
	决策平台（台网中心）	未知	10.×.×.22
数据存储区	数据存储AWS	物理机	10.×.×.23
信息发布区	信息发布子系统	集群	10.×.×.24；10.×.×.25
	消息中间件	主备	10.×.×.26
	消息通道：预警终端政府	集群	10.×.×.27
	消息通道：预警终端学校	集群	10.×.×.28
	消息通道：PC端、通信运营商、新闻媒体通道、特殊行业通道	集群	10.×.×.29
	消息通道：市级转发通道	集群	10.×.×.30；10.×.×.31
	Nginx（负载均衡）	主备	10.×.×.32
	MYSQL（紧急地震信息服务）	主备	10.×.×.12
	预警转发平台（IPTV、广电等预警信息发布）	集群	10.×.×.33
运维监控区	站点监控	集群（负载均衡）	10.×.×.34
	业务系统监控/预警终端	集群（负载均衡）	10.×.×.35
	观测数据监控	主备	10.×.×.36
	NTP	单机	10.×.×.37

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表 2 预警业务网段划分

Table 2. Network segments of EEW system

地址段划分	业务分区	VLAN	网关
10.×.0.0/24	专线预警发布区（接入政府专线）	2100	10.×.0.254
10.×.1.0/24	互联网对外发布区	2101	10.×.1.254
10.×.2.0/24	DMZ区	2102	10.×.2.254
10.×.7.0/24	预警数据交换区	2107	10.×.7.254
10.×.8.0/24	预警数据处理区	2108	10.×.8.254
10.×.9.0/24	预警数据存储与备份区	2109	10.×.9.254
10.×.10.0/24	预警运行监控与展示区	2110	10.×.10.254
10.×.11.0/24	预警数据信息服务区	2111	10.×.11.254
10.×.13.0/24	预警系统安全管理区	2113	10.×.13.254
10.×.63.0/24	测试区	2163	10.×.63.254

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表 3 预警台站网段划分

Table 3. Network segments of EEW stations

地市	台站数	网段	总带宽/Mbps
廊坊	9	15.×.4.0/22	18
保定	17	15.×.8.0/22	34
邢台	16	15.×.12.0/22	32
唐山	13	15.×.16.0/22	26
沧州	13	15.×.20.0/22	26
邯郸	15	15.×.24.0/22	30
衡水	11	15.×.28.0/22	22
承德	5	15.×.32.0/22	10
石家	4	15.×.36.0/22	8
张家口	34	15.×.40.0/22	68

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表 4 监控指标

Table 4. Network monitoring metrics

监控类别	监控指标名称
网络性能	数据流量（上行和下行）	3次握手平均RTT （客户端、服务端）	ACK时延（客户端、服务端）	丢包率	重传率	丢包重传比
应用性能	响应时间	超时比例	交易次数	交易响应率
主机性能	会话数量	连接状态	服务器窗口尺寸	客户端窗口尺寸

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表 5 主要应用监控指标

Table 5. Monitoring metrics of core applications

类别	监控指标	波形流服务（综合）	台网中心流交换	广东流服务（备份）	北京流交换	波形流服务（分流）	流服务（一般站）	决策系统
连接类型		长连接	长连接	长连接	长连接	长连接	短连接	短连接
网络性能	比特率/Mbps	142.84	21.85	22.49	19.30	6.20	9.54	0.064
	上行比特率/Mbps	1.79	20.07	20.45	16.28	2.14	8.37	0.032
	下行比特率/Mbps	141.05	1.79	2.05	3.02	4.06	1.18	0.032
	客户端平均ACK时延/ms	2.85	1 693.50	0.00	1.86	1.27	282.38	29.08
	服务器平均ACK时延/ms	1.18	15.95	39.41	0.00	26.04	34.30	33.10
	TCP重传率/%	0.09	0	0.03	0	0	0.39	0
应用性能	平均响应时间/ms	0.39	0	0	0	0	1.48	0.31
应用性能	服务器响应平均传输时间/ms	0.05	0	0	0	0	137.73	1.13
主机性能	活动会话数	10	1	1	1	134	552	10
	客户端平均窗口大小/KB	662.78	1.00	1.00	164.92	9.38	18.82	382.75
	服务器平均窗口大小/KB	37.33	5.45	25.48	64.19	8.32	62.77	56.84
注：监控时间段为2022年3月15日08:05—2022年3月15日08:10。

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表 6 台站链路监控指标

Table 6. Monitoring metrics of station links

地市	台站数	数据流量/Kbps	上行流量/Kbps	上行丢包数/个	TCP重传率/%	客户端3次握手平均RTT/ms	服务器3次握手平均RTT/ms	平均ACK 时延/ms
廊坊	9	161.78	141.77	1 386	0	13.33	0.01	20.73
张家口	34	492.07	453.99	44	0	16.70	75.95	38.07
保定	17	324.12	288.55	2 278	0.01	71.19	1.29	19.47
邢台	16	285.91	250.55	2 856	0	8.11	0.17	20.54
唐山	13	251.64	231.60	1 862	0	165.34	1.29	25.08
沧州	13	229.89	203.44	9 675	0.01	45.67	0.59	20.24
邯郸	15	218.83	201.43	0	0	82.60	0.22	39.12
衡水	11	207.44	184.05	1 539	0	4.24	0.43	19.72
承德	5	89.99	83.03	217	0.01	11.66	4.62	27.13
石家庄	4	81.67	73.84	549	0.02	1.27	0.28	18.11

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