国际气象通信系统传输模型研究

　　摘 要：国家气象信息中心承担世界气象组织(WMO)全球电信系统(GTS)区域通信枢纽(RTH)的职责，目前由第三代国际气象通信系统具体实施。通过对该系统的框架结构和数据传输流程的分析，描绘出此系统传输处理的分层模型。通过此模型能够为分析、维护和改进国际气象通信系统的提供支撑。更进一步，介绍了WMO信息系统(WIS)全球信息系统北京中心(GISC Beijing)的传输模型，描述该模型如何演化和发展。

　　关键词：全球电信系统;WMO信息系统;气象通信;分层模型

　　全球电信系统GTS(Global Telecommunication System)是为了构建世界气象监测网(World Weather Watch)，进行气象数据和产品的收集、交换、分发，并满足时效性、覆盖性、一致性、可靠性等要求的气象通信系统。国家气象信息中心作为GTS主干网上的区域通信枢纽RTH(Regional Telecommunication Hub)，与日本、德国、俄罗斯、欧洲气象卫星组织等10个国外中心建立有国际气象通信链路，对于区域间和区域内的实时气象信息传输起到了核心作用[1]。RTH北京的主要功能由国家气象信息中心开发运行的第三代国际气象通信系统来实现。

　　2007年，第十五届世界气象大会批准了WMO信息系统(WIS)计划，标志着WIS进入实施阶段，它将依托目前支撑WWW计划数据传输和服务的全球电信系统(GTS)进行实施和过渡。GTS是WMO现有信息系统中最为成功的部分，但是它基于点对点通信线路和专用传输规范进行数据交换，在支持WMO其他计划的数据传输以及为更多用户提供数据服务方面存在着局限性[2]。2011年5月，第十六次世界气象大会正式批准世界气象组织全球信息系统中心北京中心的建立[3-4]。

　　1 WMO GTS和RTH北京

　　1.1 GTS的基础网络结构

　　全球电信系统GTS是一个三层的网络结构，如图1：

　　● MTN(骨干通信网络)：由三个世界气象中心(WMC)和包括北京在内的15个区域通信枢纽(RTH)连接组成，此核心网络保证各气象通信中心(MTCs)之间有效、快速和可信的信息传输;

　　● RMTNs(区域气象通信网络)：由覆盖全球6个区域的网络线路组成，保证骨干通信网络与国家气象中心(NMC)的互联互通;

　　● NMTNs(国家气象通信网络)：主要满足国家层面收集和分发气象信息;

　　另外基于卫星的数据收集和分发系统也是GTS重要的组成部分。

　　1.2 GTS的数据传输流程

　　根据WMO的要求，GTS传输的数据、资料、产品，有统一的编码规则[5-6]、编报规则[5-8]、通信协议、传输路由以及质量保证等规范。GTS是点对点通信线路和专用传输规范进行数据交换的最典型实施。观测数据的从发送端开始，需要经过如下步骤：

　　(1)根据编码手册[5-6]进行编码。将原始观测数据(Raw Data)依照观测类别所对应的编码格式(FM)，编码成为报告(Report);

　　(2)根据公报目录[7]进行编报。由对应的编报中心负责收集责任范围内的报告，将这些报告根据观测类别进行汇集，并附上该类型的简式报头(Abbreviated Heading，使用“TTAAii”表示)、观测时次(适用“YYGGgg”表示)以及编报中心的代号(使用“CCCC”表示)，形成公报(Bulletin);

　　(3)根据GTS手册[8-9]按照传输格式进行统一编报。各RTH负责收集责任区内的各个编报中心的公报，根据通信链路的协议要求，选择编报的字符集，然后将简式报头、时次、编报中心、公报正文等内容编成符合GTS规范的传输格式的公报，其中还包括了用于确保传输顺序的流水号和确保修订关系的订正项(使用“BBB”表示)，形成用于传输的公报消息(Message);

　　(4)根据GTS手册的传输协议进行传输。对于目前广泛使用的FTP方式，这个步骤还需对公报进行累积打包，而后生成文件(File);

　　(5)根据GTS手册的区域划分及其数据传输路径，RTH依托各自报文转发或者编辑报发送路由，每类公报根据简式报头、时次、编报中心按照控制数据发送给指定RTH或者NMC;

　　(6)传输依赖于GTS网络的基础网络结构，根据RTH之间达成的双边协议，进行传输，包括通信链路(Link)、通信协议、通信质量保障等。

　　数据在接收端的处理是发送的逆过程。

　　1.3 第三代国际气象通信系统的体系结构

　　北京第三代国际气象通信系统按照GTS技术规范要求[10]，实现了上节所描述的发送处理、接收处理以及中间存储、报文编辑等功能。第三代国际气象通信系统的应用软件系统由数据收发系统、报文处理系统和业务监控系统组成。其中，支持各类电路、协议的数据接收系统通过GTS电路和Internet收集数据后，由报文处理系统处理、存储、以及向其它业务系统(如：国内气象通信系统，实时数据库系统等)进行分发;同时，报文处理系统按照业务要求，将第三代国际气象通信系统收集到的国内、外各类资料，提供给数据分发系统，由数据发送软件完成资料向各条GTS电路和Internet的发送。第三代国际气象通信系统的数据输入/输出、处理过程，系统运行状态等都可以通过业务监控系统进行监视和控制。国际气象通信系统中各功能组件之间的协作关系如图2所示。

　　第三代国际气象通信系统的核心是报文处理系统，承担GTS规范和路由要求的格式检查、报文存储、报文转发、报文编辑、编报打包等诸多任务，主要基于文件工作。报文的转发、编辑主要依赖于控制数据[11]，据此在特定时刻执行某项任务，而处理中的报文则放在报文处理缓存库中。

　　数据收发系统负责报文的接收和发送，同时保证报文处理系统与对外通信链路的隔离。数据收发系统与专用连接、公网连接、内网连接等通信网络相连：专用连接(简称专线)是指专门用于RTH北京与其它RTH或者NMC，以及同城系统进行通信的连接;公网连接是指通过Internet线路进行通信的连接，可以使用FTP、HTTP或SMTP协议等，通信与Internet上的其他通信不隔离;内网连接是指国际气象通信系统与其它系统通信的连接，如国内通信系统、实时数据库等。业务监控系统实时监视着系统运行状况，并在出现异常和问题的时候告警，同时提供给操作员人机交互的界面。

　　第三代国际气象通信系统的传输功能依赖于数据收发系统和通信连接，目前主要基于FTP协议进行传输。报文处理系统根据通信伙伴中心和传输内容的类别进行了划分，每个“<伙伴中心，内容类别>对”都定义为一个逻辑通道(LCN)。例如，字符码资料与RTH东京之间的传输定义为“11”通道，二进制编码资料与NMC平壤之间的传输定義为“76”通道。因此报文处理的整个过程就是在该特定通道中进行的变换过程。

　　其中报文处理系统并不一定是收到以后直接转发，而是先存储在报文处理缓存库中，根据控制数据在合适的时刻读取并编报发送。

　　这种通道式结构反映了报文处理的实质，也是RTH的基本功能：数据的选择性转发。换句话说，这种选择性转发是将一条输入通道中的数据，根据控制数据，实时或者延时地进行转发到一条输出通道中。这个“输入通道-控制数据-输出通道”的模式与网络路由器“输入线路-路由表-输出线路”的模式十分接近;不同之处是路由器可以认为是只进行实时转发，而报文处理系统是延时/定时转发。

　　在每个这样的处理管道线中，数据依次经过各级处理，最终封装成为可供传输的格式;每次处理都是依据“<伙伴中心，内容类别>对”对报文格式进行的变换，可以看成是一个管道线;整个报文处理管道线序列就构成了一个流水线一样的处理流程。管道线中每个处理步骤，都是针对特定“<伙伴中心，内容类别>对”进行变换的处理模块，可以加入新的处理模块，去除现有的处理模块，修改处理模块的算法等。

　　推荐阅读：气象装备社会化保障的发展建议

　　

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 国际气象通信系统传输模型研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/qixiangxue/52828.html