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有限公司，浙江寧波 315101）

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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有限公司，浙江寧波 315101）

摘 要：針對城市軌道交通綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)的構成及特點，介紹綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)的 2 種主流組網(wǎng)方案，對不同方案進行了分析比較，總結部分城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式，并做了簡要說明，最后根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，提出綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)在組網(wǎng)及施工調試階段應注意的一些技術問題。

關鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng)；千兆以太網(wǎng)；骨干網(wǎng)；組網(wǎng)方式；獨立組網(wǎng)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）通過專業(yè)接口裝置，在系統(tǒng)軟件平臺上通過集成或者互聯(lián)的形式，可實現(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。通過綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了全線路的資源共享和信息互通，為運營人員提供一個信息顯示全面、操作便利的人機界面，為城市軌道交通科學和高效的運營組織和管理提供先進的技術手段。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綜合監(jiān)控系統(tǒng)各項性能指標的實現(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特點。

1　綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)構成及特點

綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)（MBN）用于全線各車站、車輛段、停車場、控制中心局域網(wǎng)之間的互聯(lián)，它由設在車站、車輛段、停車場、控制中心等地點的交換機等通信設備及連接設備的光纜構成。

全線各車站、控制中心、車輛段、停車場等作為綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點，每個節(jié)點通常配備主備冗余的2套工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，所有車站、控制中心、車輛段、停車場的服務器、工作站、前端處理機（FEP）等綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要設備都通過網(wǎng)線連接到本地交換機上進行數(shù)據(jù)通信，再通過本地工業(yè)級交換機配置的千兆光纖網(wǎng)絡端口，利用通信系統(tǒng)提供的區(qū)間光纖介質組成全線綜合監(jiān)控系統(tǒng)的千兆骨干網(wǎng)，從而將中央級、車站級和車輛段、停車場綜合監(jiān)控系統(tǒng)等連接成為一個完整的基于網(wǎng)絡的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)應采用數(shù)據(jù)傳輸速率為 1000Mbit/s的工業(yè)級以太網(wǎng)方式構建，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)控實時性和在突發(fā)事故發(fā)生時各系統(tǒng)數(shù)據(jù)量突增的特點，決定了網(wǎng)絡的吞吐量必須足夠大，為了保證系統(tǒng)性能和將來的擴充，各節(jié)點交換機等設備的處理能力都必須預留足夠的富裕量。

由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成、互聯(lián)系統(tǒng)多，系統(tǒng)結構復雜，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)控和維修管理的實時數(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)實時性要求強、數(shù)據(jù)流量大、數(shù)據(jù)流向復雜的特點。

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)方案進行詳細介紹。

2.1方案1：綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)級千兆以太網(wǎng)交換機單獨組網(wǎng)

該組網(wǎng)方案，綜合監(jiān)控系統(tǒng)站級局域網(wǎng)、中央級局域網(wǎng)和全線骨干網(wǎng)均采用冗余工業(yè)級千兆以太網(wǎng)組成單獨的傳輸網(wǎng)絡。組網(wǎng)技術采用以太網(wǎng)標準（802.3）和TCP/IP 協(xié)議。工業(yè)以太網(wǎng)絡正在向開放式、透明的系統(tǒng)發(fā)展。

該組網(wǎng)方案的傳輸層和網(wǎng)絡層的功能皆由綜合監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機完成。通過光纖將各站點和中央的以太網(wǎng)交換機相連，組成全線一個相對封閉的大型局域網(wǎng)絡。該方案既保障各相關系統(tǒng)的相對獨立性和數(shù)據(jù)的安全性，又可使各相關系統(tǒng)共享綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡的資源。此外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用千兆以太網(wǎng)交換機進行單獨組網(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)進行傳輸?shù)南嚓P系統(tǒng)提供了千兆的傳輸帶寬。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨組網(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)級以太網(wǎng)交換機來組建自身站級和中央級局域網(wǎng)，該方案將傳輸網(wǎng)鏈路層功能和網(wǎng)絡層功能分開，由不同硬件設備實現(xiàn)。鏈路層功能由通信傳輸網(wǎng)傳輸設備完成，網(wǎng)絡層功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)交換機完成。綜合監(jiān)控系統(tǒng)全線傳輸通道由通信系統(tǒng)提供 2 個獨立 1000M 傳輸帶寬以太網(wǎng)環(huán)形通道，用于車站、車輛段、停車場等局域網(wǎng)與控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。各車站、車輛段及停車場和控制中心等均作為網(wǎng)絡節(jié)點，每個節(jié)點均采用主備冗余的以太網(wǎng) 3 層交換機（千兆），所有車站、車輛段及停車場、控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要設備都連接到交換機上進行數(shù)據(jù)通信，再通過通信傳輸通道將中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)等連接成為一個完整的監(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

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)級以太網(wǎng)交換機構建環(huán)形拓撲結構，并通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機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)）劃分邏輯上各自獨立的虛擬子網(wǎng)，實現(xiàn)各集成子系統(tǒng)之間邏輯上相對獨立，并為各集成子系統(tǒng)劃分邏輯上各自獨立的虛擬維修子網(wǎng)，實現(xiàn)維修信息與監(jiān)控信息的相對獨立。同時各接入系統(tǒng)通過 FEP 實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)隔離和協(xié)議轉換等功能。

圖1　綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨組網(wǎng)方案示意圖

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

表1 總結了近年來全國各地新開通及在建地鐵線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案。通過此表可看出 2 種組網(wǎng)方式均比較常見，雖然部分城市由于開通或在建線路較少，采用了同樣的組網(wǎng)方式，但放眼全國來看，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 的相關性能比較見表 2。

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

（1）綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨組網(wǎng)方案，網(wǎng)絡層次少，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　全國新開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，單獨組網(wǎng)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡帶寬利用率高，實際帶寬遠高于利用通信通道方案，可以大大降低網(wǎng)絡擁塞可能性。

（3）由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和互聯(lián)的系統(tǒng)中環(huán)境及設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）等子系統(tǒng)的調試需建立在相關機電系統(tǒng)調試完成的基礎上，綜合監(jiān)控系統(tǒng)進場調試時間晚，且綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和互聯(lián)的系統(tǒng)多，調試任務重，因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)調試時間特別緊。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、BAS 的深度集成，且區(qū)間消防聯(lián)動控制的實現(xiàn)需由中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)下達控制命令，因此，消防驗收必須以綜合監(jiān)控系統(tǒng)全線網(wǎng)絡的暢通為前提條件。由于，通信系統(tǒng)的設備安裝必須建立在車站和控制中心空調投入運行的前提下，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)施工進度延遲，綜合監(jiān)控系統(tǒng)調試時間壓力會更大，而且調試時需與通信系統(tǒng)設計、供貨、施工單位進行協(xié)調和配合，降低了調試的效率。綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨立構建千兆工業(yè)交換以太網(wǎng)，能方便綜合監(jiān)控系統(tǒng)的調試和維修。

（4）綜合監(jiān)控系統(tǒng)單獨組建千兆以太網(wǎng)，可以為將來建立應急指揮中心等預留綜合監(jiān)控系統(tǒng)接入的條件，為將來新增自動化系統(tǒng)全線組網(wǎng)及接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)預留網(wǎng)絡傳輸條件。

（5）考慮到中央實時服務器需利用綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)接收全線范圍內實時數(shù)據(jù)，對綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)絡存在一定的依賴性，且混合式系統(tǒng)維修管理方案需要為各集成系統(tǒng)提供邏輯上相對獨立的維修通道。為保證系統(tǒng)的實時性和可靠性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)級千兆以太網(wǎng)交換機單獨組網(wǎng)，使綜合監(jiān)控及相關系統(tǒng)專享綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)絡資源，能滿足以上系統(tǒng)服務器配置和維修方案對網(wǎng)絡的要求，綜合監(jiān)控單獨組網(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)及施工調試建議

通過參與蘇州、寧波等地地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)調試，總結遇到的問題，提出建議如下。

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

（2）獨立組網(wǎng)時，地鐵建設單位應在各車站施工條件具備時督促施工單位及系統(tǒng)集成商進行綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)的組網(wǎng)調試工作，如若利用通信傳輸通道組網(wǎng)，也要確保通信施工進度，不能影響綜合監(jiān)控系統(tǒng)調試進度，為后續(xù)車站系統(tǒng)調試及綜合聯(lián)調工作奠定基礎。

（3）組網(wǎng)時盡量采用 3 層組網(wǎng)方案，交換機應具備路由或3層交換功能，并將不同車站、不同專業(yè)之間的設備劃分在不同的網(wǎng)段，利用 3 層路由進行通信，以隔離廣播域，保證系統(tǒng)的可靠性。

（4）組網(wǎng)完成進行網(wǎng)絡劃分時盡量利用 VLAN 技術，為不同的子系統(tǒng)構成不同的子網(wǎng)，以滿足系統(tǒng)的安全性要求，進行有效的廣播隔離，提高網(wǎng)絡系統(tǒng)的效率。

（5）如在建線路存在延長線或分段開通的情況，考慮到分段開通系統(tǒng)調試時不應影響既有線路的運營，建議采用綜合監(jiān)控獨立組網(wǎng)的方式，以便靈活處理，方便延長線及后開通線路的系統(tǒng)調試工作的進行。

6　結束語

基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)對實時性、可靠性、可擴展性的高標準要求及業(yè)主對價格因素考慮，推薦采用工業(yè)級千兆以太網(wǎng)交換機進行綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干網(wǎng)組網(wǎng)。但對于不同的系統(tǒng)組網(wǎng)方式選擇，結合實際工程特點，對子系統(tǒng)接口方式、功能及數(shù)據(jù)類型、施工分包方式、系統(tǒng)聯(lián)調要求以及價格等因素進行綜合考慮，選用合適的網(wǎng)絡設備及網(wǎng)絡方案，才能發(fā)揮綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡的能力，提升綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率。

參考文獻

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責任編輯 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

中圖分類號：U231.8∶U231.5

作者簡介：柏澤鈿（1986—），男，工程師

收稿日期2015-10-28