柏澤鈿

（寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315101）

?

綜合監(jiān)控主流組網(wǎng)方式分析

柏澤鈿

（寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315101）

摘 要：針對(duì)城市軌道交通綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)的構(gòu)成及特點(diǎn)，介紹綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)的 2 種主流組網(wǎng)方案，對(duì)不同方案進(jìn)行了分析比較，總結(jié)部分城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式，并做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，最后根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)在組網(wǎng)及施工調(diào)試階段應(yīng)注意的一些技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng)；千兆以太網(wǎng)；骨干網(wǎng)；組網(wǎng)方式；獨(dú)立組網(wǎng)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）通過(guò)專業(yè)接口裝置，在系統(tǒng)軟件平臺(tái)上通過(guò)集成或者互聯(lián)的形式，可實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信息集成和信息共享。通過(guò)綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全線路的資源共享和信息互通，為運(yùn)營(yíng)人員提供一個(gè)信息顯示全面、操作便利的人機(jī)界面，為城市軌道交通科學(xué)和高效的運(yùn)營(yíng)組織和管理提供先進(jìn)的技術(shù)手段。綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)組網(wǎng)方式及系統(tǒng)選型方案直接決定了整個(gè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文分析綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)的選型以及主要技術(shù)特點(diǎn)。

1　綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)構(gòu)成及特點(diǎn)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)（MBN）用于全線各車(chē)站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)、控制中心局域網(wǎng)之間的互聯(lián)，它由設(shè)在車(chē)站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)、控制中心等地點(diǎn)的交換機(jī)等通信設(shè)備及連接設(shè)備的光纜構(gòu)成。

全線各車(chē)站、控制中心、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)等作為綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通常配備主備冗余的2套工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)，所有車(chē)站、控制中心、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)的服務(wù)器、工作站、前端處理機(jī)（FEP）等綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備都通過(guò)網(wǎng)線連接到本地交換機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，再通過(guò)本地工業(yè)級(jí)交換機(jī)配置的千兆光纖網(wǎng)絡(luò)端口，利用通信系統(tǒng)提供的區(qū)間光纖介質(zhì)組成全線綜合監(jiān)控系統(tǒng)的千兆骨干網(wǎng)，從而將中央級(jí)、車(chē)站級(jí)和車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)等連接成為一個(gè)完整的基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)應(yīng)采用數(shù)據(jù)傳輸速率為 1000Mbit/s的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)方式構(gòu)建，不僅要滿足綜合監(jiān)控系統(tǒng)全線的數(shù)據(jù)傳輸、交換的要求，還需要為其他線路的接入和更高層綜合集成系統(tǒng)的接入預(yù)留條件。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)各集成和互聯(lián)系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性和在突發(fā)事故發(fā)生時(shí)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)量突增的特點(diǎn)，決定了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量必須足夠大，為了保證系統(tǒng)性能和將來(lái)的擴(kuò)充，各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)等設(shè)備的處理能力都必須預(yù)留足夠的富裕量。

由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成、互聯(lián)系統(tǒng)多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且綜合監(jiān)控系統(tǒng)的骨干網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是各接入系統(tǒng)用于監(jiān)控和維修管理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此，綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)流具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)、數(shù)據(jù)流量大、數(shù)據(jù)流向復(fù)雜的特點(diǎn)。

2　綜合監(jiān)控主流組網(wǎng)方案

目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)組建骨干網(wǎng)主要有獨(dú)立組網(wǎng)和利用通信傳輸通道組網(wǎng) 2 種方式，下面就 2 種組網(wǎng)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1方案1：綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)單獨(dú)組網(wǎng)

該組網(wǎng)方案，綜合監(jiān)控系統(tǒng)站級(jí)局域網(wǎng)、中央級(jí)局域網(wǎng)和全線骨干網(wǎng)均采用冗余工業(yè)級(jí)千兆以太網(wǎng)組成單獨(dú)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)技術(shù)采用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（802.3）和TCP/IP 協(xié)議。工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)正在向開(kāi)放式、透明的系統(tǒng)發(fā)展。

該組網(wǎng)方案的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的功能皆由綜合監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)完成。通過(guò)光纖將各站點(diǎn)和中央的以太網(wǎng)交換機(jī)相連，組成全線一個(gè)相對(duì)封閉的大型局域網(wǎng)絡(luò)。該方案既保障各相關(guān)系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的安全性，又可使各相關(guān)系統(tǒng)共享綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)的資源。此外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用千兆以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行單獨(dú)組網(wǎng)，為綜合監(jiān)控系統(tǒng)及利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)南嚓P(guān)系統(tǒng)提供了千兆的傳輸帶寬。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)組網(wǎng)方案示意圖如圖 1 所示。

2.2方案2：利用通信系統(tǒng)提供的獨(dú)立信道，組建綜合監(jiān)控的骨干網(wǎng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)來(lái)組建自身站級(jí)和中央級(jí)局域網(wǎng)，該方案將傳輸網(wǎng)鏈路層功能和網(wǎng)絡(luò)層功能分開(kāi)，由不同硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)。鏈路層功能由通信傳輸網(wǎng)傳輸設(shè)備完成，網(wǎng)絡(luò)層功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)完成。綜合監(jiān)控系統(tǒng)全線傳輸通道由通信系統(tǒng)提供 2 個(gè)獨(dú)立 1000M 傳輸帶寬以太網(wǎng)環(huán)形通道，用于車(chē)站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)等局域網(wǎng)與控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。各車(chē)站、車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)和控制中心等均作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均采用主備冗余的以太網(wǎng) 3 層交換機(jī)（千兆），所有車(chē)站、車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)、控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備都連接到交換機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，再通過(guò)通信傳輸通道將中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車(chē)輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)等連接成為一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用通信傳輸通道示意圖如圖 2 所示。

2.3小結(jié)

不管采用上述何種組網(wǎng)方式，建議綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)采用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)所具備的虛擬局域網(wǎng)功能，為綜合監(jiān)控系統(tǒng)本身以及相關(guān)接入系統(tǒng)（與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口為以太網(wǎng)接口的系統(tǒng)）劃分邏輯上各自獨(dú)立的虛擬子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各集成子系統(tǒng)之間邏輯上相對(duì)獨(dú)立，并為各集成子系統(tǒng)劃分邏輯上各自獨(dú)立的虛擬維修子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)維修信息與監(jiān)控信息的相對(duì)獨(dú)立。同時(shí)各接入系統(tǒng)通過(guò) FEP 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)隔離和協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能。

圖1　綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)組網(wǎng)方案示意圖

3　綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案統(tǒng)計(jì)

表1 總結(jié)了近年來(lái)全國(guó)各地新開(kāi)通及在建地鐵線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案。通過(guò)此表可看出 2 種組網(wǎng)方式均比較常見(jiàn)，雖然部分城市由于開(kāi)通或在建線路較少，采用了同樣的組網(wǎng)方式，但放眼全國(guó)來(lái)看，2 種方式均為綜合監(jiān)控主流組網(wǎng)方式。

4　方案比選

組網(wǎng)方案 1、方案 2 的相關(guān)性能比較見(jiàn)表 2。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用通信光纖單獨(dú)組網(wǎng)有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)組網(wǎng)方案，網(wǎng)絡(luò)層次少，可減少故障環(huán)節(jié)。

圖2　綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用通信傳輸通道組網(wǎng)示意圖

表1　全國(guó)新開(kāi)通及在建地鐵的綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案

表2　組網(wǎng)方案 1、方案 2 的相關(guān)性能比較

（2）由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的信息采用短幀發(fā)送，因此，單獨(dú)組網(wǎng)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率高，實(shí)際帶寬遠(yuǎn)高于利用通信通道方案，可以大大降低網(wǎng)絡(luò)擁塞可能性。

（3）由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和互聯(lián)的系統(tǒng)中環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）等子系統(tǒng)的調(diào)試需建立在相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)調(diào)試完成的基礎(chǔ)上，綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間晚，且綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和互聯(lián)的系統(tǒng)多，調(diào)試任務(wù)重，因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間特別緊。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、BAS 的深度集成，且區(qū)間消防聯(lián)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)需由中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)控制命令，因此，消防驗(yàn)收必須以綜合監(jiān)控系統(tǒng)全線網(wǎng)絡(luò)的暢通為前提條件。由于，通信系統(tǒng)的設(shè)備安裝必須建立在車(chē)站和控制中心空調(diào)投入運(yùn)行的前提下，如果綜合監(jiān)控系統(tǒng)公用通信系統(tǒng)全線骨干傳輸網(wǎng)施工進(jìn)度延遲，綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間壓力會(huì)更大，而且調(diào)試時(shí)需與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、供貨、施工單位進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合，降低了調(diào)試的效率。綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立構(gòu)建千兆工業(yè)交換以太網(wǎng)，能方便綜合監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試和維修。

（4）綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)組建千兆以太網(wǎng)，可以為將來(lái)建立應(yīng)急指揮中心等預(yù)留綜合監(jiān)控系統(tǒng)接入的條件，為將來(lái)新增自動(dòng)化系統(tǒng)全線組網(wǎng)及接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)傳輸條件。

（5）考慮到中央實(shí)時(shí)服務(wù)器需利用綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)接收全線范圍內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)絡(luò)存在一定的依賴性，且混合式系統(tǒng)維修管理方案需要為各集成系統(tǒng)提供邏輯上相對(duì)獨(dú)立的維修通道。為保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)單獨(dú)組網(wǎng)，使綜合監(jiān)控及相關(guān)系統(tǒng)專享綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)絡(luò)資源，能滿足以上系統(tǒng)服務(wù)器配置和維修方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，綜合監(jiān)控單獨(dú)組網(wǎng)方案是與之較為匹配的組網(wǎng)方案。

5　綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)組網(wǎng)及施工調(diào)試建議

通過(guò)參與蘇州、寧波等地地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)調(diào)試，總結(jié)遇到的問(wèn)題，提出建議如下。

（1）由于各地建設(shè)模式的不同，施工項(xiàng)目分包形式也有所不同，如采用獨(dú)立組網(wǎng)方式構(gòu)建綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)，為便于施工管理，建議將綜合監(jiān)控組網(wǎng)的布線及調(diào)試工作交由同一參建單位，由專業(yè)的通信施工人員進(jìn)行施工調(diào)試，以減少施工接口，保證施工質(zhì)量。

（2）獨(dú)立組網(wǎng)時(shí)，地鐵建設(shè)單位應(yīng)在各車(chē)站施工條件具備時(shí)督促施工單位及系統(tǒng)集成商進(jìn)行綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)的組網(wǎng)調(diào)試工作，如若利用通信傳輸通道組網(wǎng)，也要確保通信施工進(jìn)度，不能影響綜合監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)度，為后續(xù)車(chē)站系統(tǒng)調(diào)試及綜合聯(lián)調(diào)工作奠定基礎(chǔ)。

（3）組網(wǎng)時(shí)盡量采用 3 層組網(wǎng)方案，交換機(jī)應(yīng)具備路由或3層交換功能，并將不同車(chē)站、不同專業(yè)之間的設(shè)備劃分在不同的網(wǎng)段，利用 3 層路由進(jìn)行通信，以隔離廣播域，保證系統(tǒng)的可靠性。

（4）組網(wǎng)完成進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分時(shí)盡量利用 VLAN 技術(shù)，為不同的子系統(tǒng)構(gòu)成不同的子網(wǎng)，以滿足系統(tǒng)的安全性要求，進(jìn)行有效的廣播隔離，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效率。

（5）如在建線路存在延長(zhǎng)線或分段開(kāi)通的情況，考慮到分段開(kāi)通系統(tǒng)調(diào)試時(shí)不應(yīng)影響既有線路的運(yùn)營(yíng)，建議采用綜合監(jiān)控獨(dú)立組網(wǎng)的方式，以便靈活處理，方便延長(zhǎng)線及后開(kāi)通線路的系統(tǒng)調(diào)試工作的進(jìn)行。

6　結(jié)束語(yǔ)

基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴(kuò)展性的高標(biāo)準(zhǔn)要求及業(yè)主對(duì)價(jià)格因素考慮，推薦采用工業(yè)級(jí)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)組網(wǎng)。但對(duì)于不同的系統(tǒng)組網(wǎng)方式選擇，結(jié)合實(shí)際工程特點(diǎn)，對(duì)子系統(tǒng)接口方式、功能及數(shù)據(jù)類(lèi)型、施工分包方式、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)要求以及價(jià)格等因素進(jìn)行綜合考慮，選用合適的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)方案，才能發(fā)揮綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的能力，提升綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李金龍.城市軌道交通綜合監(jiān)控組網(wǎng)方案[J].都市快軌交通，2012，25（5）：122-126.

[2] 趙馳.軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)的設(shè)計(jì)和選型探討[J].廣東科技，2010（14）：129-130.

[3] 郭向勇，吳光斌，趙怡濱.千兆位以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4] 郭詮水，王寶智.全新計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程教程[M].北京：北京希望電子出版社，2001.

責(zé)任編輯 冒一平

Analysis of Main Networking Mode of Integrated Supervisory Control System

Bai Zedian

Abstract:According to the composition and characteristics of the backbone network of the integrated supervisory control system (ISCS) on urban rail transit, the paper makes an introduction of two mainstream networking schemes of the ISCS backbone network, and different schemes are analyzed and compared. It summarizes the ISCS networking mode in some cities metro, and makes a brief description. On the basis of engineering practice, the final part of the paper puts forward some technical problems of the ISCS backbone network in network construction and commissioning period and attentions should be paid to.

Keywords:ISCS, gigabit Ethernet, backbone network, networking mode, independent networking

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.8∶U231.5

作者簡(jiǎn)介：柏澤鈿（1986—），男，工程師

收稿日期2015-10-28