光纖通信技術在渠道長距供水信息系統中的設計與應用

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，烏魯木齊 830000)

光纖通信技術在渠道長距供水信息系統中的設計與應用

劉晨亮

技術論壇

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，烏魯木齊 830000)

長距離供水渠道地處偏遠，點多線長，采用信息化技術手段進行遠程集中控制成為必然，光纖通信技術作為遠控的基礎顯得尤為重要。文章介紹了南干渠供水信息系統中建設光纖通信系統的必要性和重要性，以及光纖通信系統結構、系統鏈路和系統設備選型，以達到無人值班、少人值守、集中控制的設計目標。

渠道；長距供水；信息系統；光纖通信系統；信息安全

0 引 言

渠道供水系統運行管理涉及水文氣象、水情水調、控制調節及輸水建筑物安全等多方面內容，具有隨機性、多目標性、實時性及受許多不確定因素影響等特點。

鑒于長距輸水干渠工程的特殊性，客觀上要求在長期的運行管理中盡可能減少現場運管人員，工程的管理只有依靠和綜合運用通信、計算機網絡、相關供水專業的遠程測控、視頻語音、信息綜合分析與管理等先進技術，獲取和綜合分析處理相關信息，及時全面的掌握整個工程的運行工況，保證工程安全高效的運行[1]。

鑒于以上要求，南干渠采用光纖通信技術為基礎，建立起適應長距離輸水干渠工程特點的廣域測控和信息管理網絡，實現了工程管理自動化。

1 工程概述

南干渠沿渠線分布有渠首分水、節制、退水、支渠分水、干管分水各類型閘房48座，地跨鞏留和察布查爾兩個縣級地區。

沿渠架設有35kV輸變電線路，布設箱式變電站40座，將各變電站輸出的低壓電流接入各閘、啟閉機及監測設備、照明設備、自動化系統，確保干渠運行用電。

同時利用輸變電工程的桿塔，沿渠線建設155M和622M的SDH光傳輸網，渠道各閘站通過光纖接入光傳輸網，基于以太網技術解決干渠沿渠各閘房和調度中心之間的通訊問題。

2 系統架構

本系統架構分為傳輸部分、網絡部分和信息安全3類。

2.1 傳輸系統設計

本工程利用35KV輸變電工程的桿塔，采用ADSS電力專用自承式8～16芯光纜落地到各個閘房，按照要求進行光纜接續工作，配備傳輸網絡設備解決干渠沿渠自動化的通訊問題。其中4～12芯作為傳輸主干光纜，4芯作為沿渠各個自動化站點的交換設備的級聯光纜。

光纜進入閘站機柜后，使用小型光纜終端盒接續，采用FC型耦合器以及FC型尾纖進行連接。同時配置一定數量的FC-LC和FC-FC跳纖，供設備之間互連和光纜纖芯的跳接使用。

南干渠傳輸網為工程區SDH傳輸骨干網一部分，分為鞏留段和察縣段兩部分。骨干網主要由專用電力線路伴行的OPGW光纜、ADSS光纜線路及分布在電廠、變電站內的光傳輸設備組成，采用中興通訊的ZXMPS320設備組成保護環網，傳輸容量為622M。

鞏留段閘房利用沿線電廠和變電所內安裝傳輸系統，將臨近閘房網絡設備匯接至變電所網絡設備后與S320傳輸設備相連，通過傳輸網絡實現與指揮調度中心進行互聯。

察縣段傳輸系統根據環網需求設置海努克變電站核心結點一個，采用2.5G的ZXMP S330設備將整個工程區傳輸骨干網連接至數據控制調度中心。下設四個分支節點，端站節點使用中興通訊155M的ZXMP S200設備進行組網，其余閘站通過以太網技術連接至分支節點，從而完成對所有閘站水情、閘門自動化控制、視頻監控、內部電話的應用。為保證察縣段傳輸可靠性，在核心節點和端節點架設環形保護網。南干渠傳輸網拓撲圖見圖1。

圖1 南干渠傳輸網拓撲圖

干渠傳輸設備均為中興通訊模塊化設備，采用系統主板+插板的架構，根據需要選配STM-16、STM-4、STM-1光接口和E1接口與各節點傳輸設備進行互聯對接[2]。

根據業務需要，配備FE端口以提供對MSTP應用的支持，其中4端口FE的業務板采用虛擬局域網的模式，選1個FE端口給管理區域網絡使用，選1個FE端口給控制區域網絡使用；6端口FE的業務板采用透傳模式，其FE端口只給控制區域網絡使用。重要單板都配置了1+1熱備份，網管使用中興通訊網元級網管ZXONM E300實現對一個網絡上所有ZXMP系列傳輸設備的實時管理。

2.2 網絡系統設計

南干渠數據網絡是依托自身的SDH傳輸系統為通信平臺，利用SDH技術采用全套Cisco的系列設備，包括交換、路由、安全等設備，建設了工程區專網，采用Cisco Solarwinds 網管系統進行專網內的統一網管，通過以太網方式承載工業控制、閘門監控、視頻監控、語音通訊等數據傳輸。

根據傳輸網絡的架構，南干渠海努克變電站是工程區622M傳輸環網的一個重要節點，同時與指揮調度中心伊寧市基地通過2.5G帶寬實現兩地傳輸之間的互聯，因此在伊寧基地設置1臺帶三層路由功能思科中檔模塊化4503交換機，此交換機滿配端口高達116個10/100/1000M自適應端口，帶三層路由功能[3]。

在海努克變電站配置1臺Cisco 2821路由器，實現南干渠察縣段各閘站網絡設備的匯集，同時提供不同VLAN間路由交換的作用。

配置1臺WS-C2960G-24TC-L千兆交換機，提供主機或終端的網絡接入；配置1臺山石網科公司千兆級SA-2010防火墻設備，實現控制區域網絡與管理區域網絡之間的邏輯隔離，同時提供對控制區域服務器的安全防護作用。

南干渠鞏留段變電站采用Cisco 2811路由器+(WS-C2960G-24TC-L)交換機配置，其余閘站配置IE3000交換機設備。察縣段分支節點配置Cisco 2811路由器+IE3000交換機，其余閘站均配置IE3000交換機。網絡拓撲圖見圖2。

圖2 網絡拓撲圖

不同路由器通過SDH傳輸系統以MSTP組網方式實現互聯，組建各節點局域網。在有光端設備的節點，路由器通過100M以太網口與SDH傳輸設備的以太網接口相連，通過MSTP技術將多個2M電路捆綁到一起，以實現路由器之間的高帶寬和平滑帶寬連接。這種組網方式不需要中心節點的路由器具有很高的2M端口密度，從而減少設備的成本投入。

在各閘站交換機與其上級管理交換機之間，采用Trunk方式進行互聯，這樣可以將各閘門監控點上VLAN信息透傳到上級交換機上。為了保證控制系統的帶寬不被監控系統擠占，在路由器上運行QOS。

2.3 網絡安全設計

根據應用的分類，南干渠在數據網絡上建立工業控制區域、視頻監控區域、語音通訊區域3個相對獨立的區域，這3個區域在數據交換機上有各自相對應的VLAN ID和IP地址。

在各分支節點，均采用路由器+交換機的方式，組建各節點局域網，安全設計采用單臂路由二層Vlan技術將不同的安全區域隔離開，使各安全區域間的相互通信必須經過路由器，這樣就可以在路由器上采用ACL過濾技術，實現各安全區域間的安全。

因此，區域間的邏輯隔離是由交換設備利用VLAN技術實現，區域間的互通是由路由設備實現，這樣在路由設備上通過相應的訪問控制策略，可以自由的限制區域間的互通。同時，通過路由器也起著隔離廣播的作用。網絡示意圖見圖3。

圖3 網絡安全設計示意圖

3 結 論

該光纖通信系統建設的目標是建立一個能夠適應輸水干渠工程特點的廣域測控、信息管理網絡，完成輸水工程水利信息現代化建設，實現輸水工程信息采集規范化、自動化和數字化，實現工程管理自動化。

貫徹安全輸水、精確量水、工程實時安全檢測、科學及時有效調度的指導思想，使該系統高效可靠、先進實用，從而實現干渠輸水工程管理的現代化。

通過光纖通信技術的設計與應用，實現了既定目標，大大減少了工程運行維護人員的數量和工作量，實現了“少人值班、無人值守”的目標，取得了較好的應用效果和經濟效益。

[1]付恒飛.淺析信息系統在北疆工程渠道運行管理的應用[J].新疆水利，2013(04)：15-17.

[2]程洪波.光纖通信在水庫安監系統中的應用[J].海峽科學，2009(04)：66-67.

[3]楊永春，沈俊江，潘自林.SDH光纖同步數字傳輸網在泵站改造中的應用[J].寧夏工程技術,2011，10(04)：359-361.

Design and Application of Optical Fiber Communication Technology in Water Supply Information System in Long Distance Channel

LIU Chen-liang

(Xinjiang Yili River Basin Development and Construction Management Bureau，Urumqi 830000，China)

Long distance water supply channel is located in a remote place，and characteristic of more water supply points and long distance.Remote centralized control becomes inevitable，especially using the optical fiber communication technology as the foundation of remote control.This paper introduces the importance and necessity of the construction of optical fiber communication system，and optical fiber communication system structure，system link and system equipment type selection in the South Main Canal of water information system in order to achieve the design goal of unmanned，unattended operation，centralized control.

channel；long distance water supply；information system；optical communication systems；information security

1007-7596(2015)01-0022-03

2014-04-12

劉晨亮(1981-)，男，新疆伊寧人，工程師，從事水利行業傳輸、視頻監控和遠程自動化控制等系統建設及運行管理工作。

TP315；TV

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