茨淮新河灌區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)探討

馬 倩

一、現(xiàn)狀和需求分析

茨淮新河是二十世紀(jì)七十年代興建的一條大型人工河道，屬于治淮戰(zhàn)略性骨干工程。該工程橫跨阜陽市、蒙城市、淮南市、蚌埠市等四市七縣。茨淮新河灌區(qū)是安徽省皖北地區(qū)最大的灌區(qū)，在茨淮新河灌區(qū)當(dāng)前的水利發(fā)展任務(wù)中，大力開展水利信息化和現(xiàn)代化建設(shè)，已成為一項重要而緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)。

為滿足傳輸灌區(qū)內(nèi)工程日常信息的要求，需將工程區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，互聯(lián)互通。其中，主要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括茨淮新河工程管理局、闞疃樞紐、上橋樞紐、插花樞紐、鳳臺永幸河灌區(qū)管理處、茨河鋪樞紐和需要監(jiān)控的二級抽水站和引水涵閘等現(xiàn)地站點。

二、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求

（一）安全性需求

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對于網(wǎng)絡(luò)的安全性要求較高。網(wǎng)絡(luò)一旦遭到病毒或其他形式的攻擊，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，將直接影響各級信息中心和泵、閘站的正常工作。

（二）可靠性需求

系統(tǒng)本身需要極高的可靠性，應(yīng)盡量減少因為通信線路、通信設(shè)備的影響而導(dǎo)致的系統(tǒng)中斷，尤其是在洪澇災(zāi)害的關(guān)鍵時刻，不能因為系統(tǒng)的問題影響對工程的監(jiān)控。

（三）經(jīng)濟(jì)性需求

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)在滿足安全可靠的前提下，盡量節(jié)省建設(shè)和維護(hù)成本。

三、通信帶寬分析

傳輸通道的帶寬是通信系統(tǒng)有效性的重要指標(biāo)。通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)必須基于對傳輸帶寬的合理分析和預(yù)測，在滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸需求的同時，又要盡可能減少未使用的帶寬資源和投資的浪費。

（一）監(jiān)測信息量的帶寬估算

主要是水位、雨量、水量、泵閘站工情等監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，帶寬估算約為128kb/s。

（二）視頻信息量的帶寬估算

主要是各視頻采集點的圖像數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。

視頻數(shù)據(jù)采用H.265 編碼格式（1080P），單路視頻及控制帶寬估算約為2Mbps。按照每個現(xiàn)地節(jié)點同時上傳1 路視頻信號的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，帶寬約為2Mbps。

根據(jù)上述的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量估算，數(shù)據(jù)峰值約為2.128Mbps，若考慮各種業(yè)務(wù)之間的集中系數(shù)（即各應(yīng)用系統(tǒng)不會同時出現(xiàn)峰值帶寬的占用），以及水雨情采集點、視頻采集點的陸續(xù)增加，各現(xiàn)地站的帶寬需求不低于20M。

4G 無線傳輸節(jié)點，需要瀏覽時才打開視頻回傳上載，一般每小時1.2G 以內(nèi)，平均每天累積訪問5小時，每月按200G 計算。

（三）視頻會商帶寬估算

視頻會商傳輸1 路1080p 視頻圖像和音頻數(shù)據(jù)，帶寬占用4Mbps。

四、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

（一）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)置

根據(jù)茨淮新河灌區(qū)目前的感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)內(nèi)容以及網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)置包含以下節(jié)點：安徽省水利廳、上橋樞紐、茨淮新河工程管理局以及局蚌埠基地、闞疃樞紐、插花樞紐、茨河鋪樞紐、鳳臺永幸河灌區(qū)管理處、二級灌排泵站。通過租用公網(wǎng)專線、無線網(wǎng)絡(luò)作為灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要建設(shè)方式，茨淮新河管理局范圍內(nèi)使用自建光纜。

（二）網(wǎng)絡(luò)劃分

由于通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要涉及計算機(jī)監(jiān)控數(shù)據(jù)、量測水?dāng)?shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、灌區(qū)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，從功能和安全性上考慮分為三個網(wǎng)絡(luò)。

一是工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。主要包含實時自動化監(jiān)控數(shù)據(jù)，主要覆蓋節(jié)點包含上橋樞紐上橋抽水站和上橋節(jié)制閘。

二是業(yè)務(wù)專網(wǎng)。主要包括瀏覽計算機(jī)監(jiān)控數(shù)據(jù)、量測水?dāng)?shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、灌區(qū)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)。覆蓋節(jié)點包含省水利廳大數(shù)據(jù)中心、茨淮新河工程管理局、蚌埠基地、沿茨泵站和鳳臺永幸河灌區(qū)管理處。

三是互聯(lián)網(wǎng)。主要包括灌區(qū)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、灌區(qū)基本工程信息的瀏覽。覆蓋節(jié)點包含茨淮新河工程管理局。

（三）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采取核心層+匯聚層+接入層三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

第一層核心層：省水利廳、管理局是數(shù)據(jù)的核心使用層。共2 個核心層節(jié)點。

第二層匯聚層：主要樞紐工程是數(shù)據(jù)的匯集層；茨河鋪樞紐、插花樞紐、闞疃樞紐、鳳臺永幸河灌區(qū)管理處、上橋抽水站、上橋節(jié)制閘、蚌埠基地等接入層節(jié)點共7 個匯聚層節(jié)點。

第三層接入層：主要為現(xiàn)地站點、二級灌排泵站和引水涵閘，是數(shù)據(jù)的直接接入點，包含工情、水情、水量、視頻監(jiān)測現(xiàn)地站點。

五、通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案

（一）專網(wǎng)互聯(lián)方案

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)、業(yè)務(wù)專網(wǎng)組成，網(wǎng)絡(luò)相互獨立建設(shè)，但網(wǎng)絡(luò)之間還有必要的數(shù)據(jù)溝通。

現(xiàn)地監(jiān)控網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)之間通過工業(yè)物理隔離裝置實現(xiàn)互聯(lián)，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)連接圖

（二）與互聯(lián)網(wǎng)接入方式

在管理局和蚌埠基地設(shè)立互聯(lián)網(wǎng)接口，為管理局提供100M/50M 互聯(lián)網(wǎng)訪問通道。

六、結(jié)語

灌區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的目的就是要實現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)水利工程的網(wǎng)絡(luò)鏈接和信息互聯(lián)互通。以茨淮新河灌區(qū)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用光纖、4G、有線專線等通信技術(shù)，初步建成茨淮新河灌區(qū)通信骨干網(wǎng)，實時監(jiān)控各樞紐、泵站、閘等工程信息，為精準(zhǔn)防汛抗旱調(diào)度、水資源調(diào)度、灌區(qū)工程管理等業(yè)務(wù)提供高效的信息支持，為茨淮新河灌區(qū)實現(xiàn)現(xiàn)代化管理提供了重要保障■