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(GTS)區域通信樞紐(RTH)的職責，目前由第三代國際氣象通信系統具體實施。通過對該系統的框架結構和數據傳輸流程的分析，描繪出此系統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的提供支撐。更進一步，介紹了WMO信息系統(WIS)全球信息系統北京中心(GISC Beijing)的傳輸模型，描述該模型如何演化和發展。

　　關鍵詞：全球電信系統;WMO信息系統;氣象通信;分層模型

　　全球電信系統GTS(Global Telecommunication System)是為了構建世界氣象監測網(World Weather Watch)，進行氣象數據和產品的收集、交換、分發，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。國家氣象信息中心作為GTS主干網上的區域通信樞紐RTH(Regional Telecommunication Hub)，與日本、德國、俄羅斯、歐洲氣象衛星組織等10個國外中心建立有國際氣象通信鏈路，對于區域間和區域內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運行的第三代國際氣象通信系統來實現。

　　2007年，第十五屆世界氣象大會批準了WMO信息系統(WIS)計劃，標志著WIS進入實施階段，它將依托目前支撐WWW計劃數據傳輸和服務的全球電信系統(GTS)進行實施和過渡。GTS是WMO現有信息系統中最為成功的部分，但是它基于點對點通信線路和專用傳輸規范進行數據交換，在支持WMO其他計劃的數據傳輸以及為更多用戶提供數據服務方面存在著局限性[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中心北京中心的建立[3-4]。

　　1 WMO GTS和RTH北京

　　1.1 GTS的基礎網絡結構

　　全球電信系統GTS是一個三層的網絡結構，如圖1：

　　● MTN(骨干通信網絡)：由三個世界氣象中心(WMC)和包括北京在內的15個區域通信樞紐(RTH)連接組成，此核心網絡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(區域氣象通信網絡)：由覆蓋全球6個區域的網絡線路組成，保證骨干通信網絡與國家氣象中心(NMC)的互聯互通;

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

　　另外基于衛星的數據收集和分發系統也是GTS重要的組成部分。

　　1.2 GTS的數據傳輸流程

　　根據WMO的要求，GTS傳輸的數據、資料、產品，有統一的編碼規則[5-6]、編報規則[5-8]、通信協議、傳輸路由以及質量保證等規范。GTS是點對點通信線路和專用傳輸規范進行數據交換的最典型實施。觀測數據的從發送端開始，需要經過如下步驟：

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

　　(2)根據公報目錄[7]進行編報。由對應的編報中心負責收集責任范圍內的報告，將這些報告根據觀測類別進行匯集，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GTS手冊[8-9]按照傳輸格式進行統一編報。各RTH負責收集責任區內的各個編報中心的公報，根據通信鏈路的協議要求，選擇編報的字符集，然后將簡式報頭、時次、編報中心、公報正文等內容編成符合GTS規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系的訂正項(使用“BBB”表示)，形成用于傳輸的公報消息(Message);

　　(4)根據GTS手冊的傳輸協議進行傳輸。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GTS手冊的區域劃分及其數據傳輸路徑，RTH依托各自報文轉發或者編輯報發送路由，每類公報根據簡式報頭、時次、編報中心按照控制數據發送給指定RTH或者NMC;

　　(6)傳輸依賴于GTS網絡的基礎網絡結構，根據RTH之間達成的雙邊協議，進行傳輸，包括通信鏈路(Link)、通信協議、通信質量保障等。

　　數據在接收端的處理是發送的逆過程。

　　1.3 第三代國際氣象通信系統的體系結構

　　北京第三代國際氣象通信系統按照GTS技術規范要求[10]，實現了上節所描述的發送處理、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的應用軟件系統由數據收發系統、報文處理系統和業務監控系統組成。其中，支持各類電路、協議的數據接收系統通過GTS電路和Internet收集數據后，由報文處理系統處理、存儲、以及向其它業務系統(如：國內氣象通信系統，實時數據庫系統等)進行分發;同時，報文處理系統按照業務要求，將第三代國際氣象通信系統收集到的國內、外各類資料，提供給數據分發系統，由數據發送軟件完成資料向各條GTS電路和Internet的發送。第三代國際氣象通信系統的數據輸入/輸出、處理過程，系統運行狀態等都可以通過業務監控系統進行監視和控制。國際氣象通信系統中各功能組件之間的協作關系如圖2所示。

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

　　數據收發系統負責報文的接收和發送，同時保證報文處理系統與對外通信鏈路的隔離。數據收發系統與專用連接、公網連接、內網連接等通信網絡相連：專用連接(簡稱專線)是指專門用于RTH北京與其它RTH或者NMC，以及同城系統進行通信的連接;公網連接是指通過Internet線路進行通信的連接，可以使用FTP、HTTP或SMTP協議等，通信與Internet上的其他通信不隔離;內網連接是指國際氣象通信系統與其它系統通信的連接，如國內通信系統、實時數據庫等。業務監控系統實時監視著系統運行狀況，并在出現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的傳輸功能依賴于數據收發系統和通信連接，目前主要基于FTP協議進行傳輸。報文處理系統根據通信伙伴中心和傳輸內容的類別進行了劃分，每個“<伙伴中心，內容類別>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。

　　其中報文處理系統并不一定是收到以后直接轉發，而是先存儲在報文處理緩存庫中，根據控制數據在合適的時刻讀取并編報發送。

　　這種通道式結構反映了報文處理的實質，也是RTH的基本功能：數據的選擇性轉發。換句話說，這種選擇性轉發是將一條輸入通道中的數據，根據控制數據，實時或者延時地進行轉發到一條輸出通道中。這個“輸入通道-控制數據-輸出通道”的模式與網絡路由器“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發，而報文處理系統是延時/定時轉發。

　　在每個這樣的處理管道線中，數據依次經過各級處理，最終封裝成為可供傳輸的格式;每次處理都是依據“<伙伴中心，內容類別>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，去除現有的處理模塊，修改處理模塊的算法等。

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