摘 要：國家氣象信息中心承擔世界氣象組織(WMO)全球電信系統(tǒng)(GTS)區(qū)域通信樞紐(RTH)的職責，目前由第三代國際氣象通信系統(tǒng)具體實施。通過對該系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸流程的分析，描繪出此系統(tǒng)傳輸處理的分層模型。通過此模型能夠為分析、維護和改進國際氣象通信系統(tǒng)的提供支撐。更進一步，介紹了WMO信息系統(tǒng)(WIS)全球信息系統(tǒng)北京中心(GISC Beijing)的傳輸模型，描述該模型如何演化和發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：全球電信系統(tǒng);WMO信息系統(tǒng);氣象通信;分層模型

　　全球電信系統(tǒng)GTS(Global Telecommunication System)是為了構(gòu)建世界氣象監(jiān)測網(wǎng)(World Weather Watch)，進行氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的收集、交換、分發(fā)，并滿足時效性、覆蓋性、一致性、可靠性等要求的氣象通信系統(tǒng)。國家氣象信息中心作為GTS主干網(wǎng)上的區(qū)域通信樞紐RTH(Regional Telecommunication Hub)，與日本、德國、俄羅斯、歐洲氣象衛(wèi)星組織等10個國外中心建立有國際氣象通信鏈路，對于區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)的實時氣象信息傳輸起到了核心作用[1]。RTH北京的主要功能由國家氣象信息中心開發(fā)運行的第三代國際氣象通信系統(tǒng)來實現(xiàn)。

　　2007年，第十五屆世界氣象大會批準了WMO信息系統(tǒng)(WIS)計劃，標志著WIS進入實施階段，它將依托目前支撐WWW計劃數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)的全球電信系統(tǒng)(GTS)進行實施和過渡。GTS是WMO現(xiàn)有信息系統(tǒng)中最為成功的部分，但是它基于點對點通信線路和專用傳輸規(guī)范進行數(shù)據(jù)交換，在支持WMO其他計劃的數(shù)據(jù)傳輸以及為更多用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)方面存在著局限性[2]。2011年5月，第十六次世界氣象大會正式批準世界氣象組織全球信息系統(tǒng)中心北京中心的建立[3-4]。

　　1 WMO GTS和RTH北京

　　1.1 GTS的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　全球電信系統(tǒng)GTS是一個三層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1：

　　● MTN(骨干通信網(wǎng)絡(luò))：由三個世界氣象中心(WMC)和包括北京在內(nèi)的15個區(qū)域通信樞紐(RTH)連接組成，此核心網(wǎng)絡(luò)保證各氣象通信中心(MTCs)之間有效、快速和可信的信息傳輸;

　　● RMTNs(區(qū)域氣象通信網(wǎng)絡(luò))：由覆蓋全球6個區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)線路組成，保證骨干通信網(wǎng)絡(luò)與國家氣象中心(NMC)的互聯(lián)互通;

　　● NMTNs(國家氣象通信網(wǎng)絡(luò))：主要滿足國家層面收集和分發(fā)氣象信息;

　　另外基于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)收集和分發(fā)系統(tǒng)也是GTS重要的組成部分。

　　1.2 GTS的數(shù)據(jù)傳輸流程

　　根據(jù)WMO的要求，GTS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、資料、產(chǎn)品，有統(tǒng)一的編碼規(guī)則[5-6]、編報規(guī)則[5-8]、通信協(xié)議、傳輸路由以及質(zhì)量保證等規(guī)范。GTS是點對點通信線路和專用傳輸規(guī)范進行數(shù)據(jù)交換的最典型實施。觀測數(shù)據(jù)的從發(fā)送端開始，需要經(jīng)過如下步驟：

　　(1)根據(jù)編碼手冊[5-6]進行編碼。將原始觀測數(shù)據(jù)(Raw Data)依照觀測類別所對應(yīng)的編碼格式(FM)，編碼成為報告(Report);

　　(2)根據(jù)公報目錄[7]進行編報。由對應(yīng)的編報中心負責收集責任范圍內(nèi)的報告，將這些報告根據(jù)觀測類別進行匯集，并附上該類型的簡式報頭(Abbreviated Heading，使用“TTAAii”表示)、觀測時次(適用“YYGGgg”表示)以及編報中心的代號(使用“CCCC”表示)，形成公報(Bulletin);

　　(3)根據(jù)GTS手冊[8-9]按照傳輸格式進行統(tǒng)一編報。各RTH負責收集責任區(qū)內(nèi)的各個編報中心的公報，根據(jù)通信鏈路的協(xié)議要求，選擇編報的字符集，然后將簡式報頭、時次、編報中心、公報正文等內(nèi)容編成符合GTS規(guī)范的傳輸格式的公報，其中還包括了用于確保傳輸順序的流水號和確保修訂關(guān)系的訂正項(使用“BBB”表示)，形成用于傳輸?shù)墓珗笙?Message);

　　(4)根據(jù)GTS手冊的傳輸協(xié)議進行傳輸。對于目前廣泛使用的FTP方式，這個步驟還需對公報進行累積打包，而后生成文件(File);

　　(5)根據(jù)GTS手冊的區(qū)域劃分及其數(shù)據(jù)傳輸路徑，RTH依托各自報文轉(zhuǎn)發(fā)或者編輯報發(fā)送路由，每類公報根據(jù)簡式報頭、時次、編報中心按照控制數(shù)據(jù)發(fā)送給指定RTH或者NMC;

　　(6)傳輸依賴于GTS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)RTH之間達成的雙邊協(xié)議，進行傳輸，包括通信鏈路(Link)、通信協(xié)議、通信質(zhì)量保障等。

　　數(shù)據(jù)在接收端的處理是發(fā)送的逆過程。

　　1.3 第三代國際氣象通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

　　北京第三代國際氣象通信系統(tǒng)按照GTS技術(shù)規(guī)范要求[10]，實現(xiàn)了上節(jié)所描述的發(fā)送處理、接收處理以及中間存儲、報文編輯等功能。第三代國際氣象通信系統(tǒng)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)、報文處理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)組成。其中，支持各類電路、協(xié)議的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)通過GTS電路和Internet收集數(shù)據(jù)后，由報文處理系統(tǒng)處理、存儲、以及向其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)(如：國內(nèi)氣象通信系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等)進行分發(fā);同時，報文處理系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)要求，將第三代國際氣象通信系統(tǒng)收集到的國內(nèi)、外各類資料，提供給數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)發(fā)送軟件完成資料向各條GTS電路和Internet的發(fā)送。第三代國際氣象通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入/輸出、處理過程，系統(tǒng)運行狀態(tài)等都可以通過業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。國際氣象通信系統(tǒng)中各功能組件之間的協(xié)作關(guān)系如圖2所示。

　　第三代國際氣象通信系統(tǒng)的核心是報文處理系統(tǒng)，承擔GTS規(guī)范和路由要求的格式檢查、報文存儲、報文轉(zhuǎn)發(fā)、報文編輯、編報打包等諸多任務(wù)，主要基于文件工作。報文的轉(zhuǎn)發(fā)、編輯主要依賴于控制數(shù)據(jù)[11]，據(jù)此在特定時刻執(zhí)行某項任務(wù)，而處理中的報文則放在報文處理緩存庫中。

　　數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)負責報文的接收和發(fā)送，同時保證報文處理系統(tǒng)與對外通信鏈路的隔離。數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)與專用連接、公網(wǎng)連接、內(nèi)網(wǎng)連接等通信網(wǎng)絡(luò)相連：專用連接(簡稱專線)是指專門用于RTH北京與其它RTH或者NMC，以及同城系統(tǒng)進行通信的連接;公網(wǎng)連接是指通過Internet線路進行通信的連接，可以使用FTP、HTTP或SMTP協(xié)議等，通信與Internet上的其他通信不隔離;內(nèi)網(wǎng)連接是指國際氣象通信系統(tǒng)與其它系統(tǒng)通信的連接，如國內(nèi)通信系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫等。業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)視著系統(tǒng)運行狀況，并在出現(xiàn)異常和問題的時候告警，同時提供給操作員人機交互的界面。

　　第三代國際氣象通信系統(tǒng)的傳輸功能依賴于數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)和通信連接，目前主要基于FTP協(xié)議進行傳輸。報文處理系統(tǒng)根據(jù)通信伙伴中心和傳輸內(nèi)容的類別進行了劃分，每個“<伙伴中心，內(nèi)容類別>對”都定義為一個邏輯通道(LCN)。例如，字符碼資料與RTH東京之間的傳輸定義為“11”通道，二進制編碼資料與NMC平壤之間的傳輸定義為“76”通道。因此報文處理的整個過程就是在該特定通道中進行的變換過程。

　　其中報文處理系統(tǒng)并不一定是收到以后直接轉(zhuǎn)發(fā)，而是先存儲在報文處理緩存庫中，根據(jù)控制數(shù)據(jù)在合適的時刻讀取并編報發(fā)送。

　　這種通道式結(jié)構(gòu)反映了報文處理的實質(zhì)，也是RTH的基本功能：數(shù)據(jù)的選擇性轉(zhuǎn)發(fā)。換句話說，這種選擇性轉(zhuǎn)發(fā)是將一條輸入通道中的數(shù)據(jù)，根據(jù)控制數(shù)據(jù)，實時或者延時地進行轉(zhuǎn)發(fā)到一條輸出通道中。這個“輸入通道-控制數(shù)據(jù)-輸出通道”的模式與網(wǎng)絡(luò)路由器“輸入線路-路由表-輸出線路”的模式十分接近;不同之處是路由器可以認為是只進行實時轉(zhuǎn)發(fā)，而報文處理系統(tǒng)是延時/定時轉(zhuǎn)發(fā)。

　　在每個這樣的處理管道線中，數(shù)據(jù)依次經(jīng)過各級處理，最終封裝成為可供傳輸?shù)母袷?每次處理都是依據(jù)“<伙伴中心，內(nèi)容類別>對”對報文格式進行的變換，可以看成是一個管道線;整個報文處理管道線序列就構(gòu)成了一個流水線一樣的處理流程。管道線中每個處理步驟，都是針對特定“<伙伴中心，內(nèi)容類別>對”進行變換的處理模塊，可以加入新的處理模塊，去除現(xiàn)有的處理模塊，修改處理模塊的算法等。

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