綜合監控主流組網方式分析

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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綜合監控主流組網方式分析

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控骨干網的構成及特點，介紹綜合監控系統骨干網的 2 種主流組網方案，對不同方案進行了分析比較，總結部分城市地鐵綜合監控系統的組網方式，并做了簡要說明，最后根據工程實踐經驗，提出綜合監控系統骨干網在組網及施工調試階段應注意的一些技術問題。

關鍵詞：綜合監控系統；千兆以太網；骨干網；組網方式；獨立組網

城市軌道交通綜合監控系統（ISCS）通過專業接口裝置，在系統軟件平臺上通過集成或者互聯的形式，可實現多專業、多系統的數據采集、信息集成和信息共享。通過綜合監控骨干網，綜合監控系統實現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。綜合監控骨干網組網方式及系統選型方案直接決定了整個綜合監控系統各項性能指標的實現。本文分析綜合監控系統骨干網的選型以及主要技術特點。

1　綜合監控骨干網構成及特點

綜合監控系統骨干網（MBN）用于全線各車站、車輛段、停車場、控制中心局域網之間的互聯，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控骨干網的網絡節點，每個節點通常配備主備冗余的2套工業級以太網交換機，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）等綜合監控系統主要設備都通過網線連接到本地交換機上進行數據通信，再通過本地工業級交換機配置的千兆光纖網絡端口，利用通信系統提供的區間光纖介質組成全線綜合監控系統的千兆骨干網，從而將中央級、車站級和車輛段、停車場綜合監控系統等連接成為一個完整的基于網絡的計算機監控系統。

綜合監控骨干網應采用數據傳輸速率為 1000Mbit/s的工業級以太網方式構建，不僅要滿足綜合監控系統全線的數據傳輸、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的接入預留條件。

綜合監控系統各集成和互聯系統的監控實時性和在突發事故發生時各系統數據量突增的特點，決定了網絡的吞吐量必須足夠大，為了保證系統性能和將來的擴充，各節點交換機等設備的處理能力都必須預留足夠的富裕量。

由于綜合監控系統集成、互聯系統多，系統結構復雜，并且綜合監控系統的骨干網上傳輸的數據主要是各接入系統用于監控和維修管理的實時數據，因此，綜合監控骨干網數據流具有數據實時性要求強、數據流量大、數據流向復雜的特點。

2　綜合監控主流組網方案

目前綜合監控系統組建骨干網主要有獨立組網和利用通信傳輸通道組網 2 種方式，下面就 2 種組網方案進行詳細介紹。

2.1方案1：綜合監控系統采用工業級千兆以太網交換機單獨組網

該組網方案，綜合監控系統站級局域網、中央級局域網和全線骨干網均采用冗余工業級千兆以太網組成單獨的傳輸網絡。組網技術采用以太網標準（802.3）和TCP/IP 協議。工業以太網絡正在向開放式、透明的系統發展。

該組網方案的傳輸層和網絡層的功能皆由綜合監控系統以太網交換機完成。通過光纖將各站點和中央的以太網交換機相連，組成全線一個相對封閉的大型局域網絡。該方案既保障各相關系統的相對獨立性和數據的安全性，又可使各相關系統共享綜合監控系統骨干網絡的資源。此外，綜合監控系統利用千兆以太網交換機進行單獨組網，為綜合監控系統及利用綜合監控系統骨干網進行傳輸的相關系統提供了千兆的傳輸帶寬。

綜合監控系統單獨組網方案示意圖如圖 1 所示。

2.2方案2：利用通信系統提供的獨立信道，組建綜合監控的骨干網

綜合監控系統采用工業級以太網交換機來組建自身站級和中央級局域網，該方案將傳輸網鏈路層功能和網絡層功能分開，由不同硬件設備實現。鏈路層功能由通信傳輸網傳輸設備完成，網絡層功能由綜合監控系統交換機完成。綜合監控系統全線傳輸通道由通信系統提供 2 個獨立 1000M 傳輸帶寬以太網環形通道，用于車站、車輛段、停車場等局域網與控制中心綜合監控系統局域網之間的互聯。各車站、車輛段及停車場和控制中心等均作為網絡節點，每個節點均采用主備冗余的以太網 3 層交換機（千兆），所有車站、車輛段及停車場、控制中心的綜合監控系統主要設備都連接到交換機上進行數據通信，再通過通信傳輸通道將中央級綜合監控系統、車站級綜合監控系統和車輛段綜合監控系統等連接成為一個完整的監控系統。

綜合監控系統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方式，建議綜合監控骨干網采用工業級以太網交換機構建環形拓撲結構，并通過綜合監控系統以太網交換機所具備的虛擬局域網功能，為綜合監控系統本身以及相關接入系統（與綜合監控系統的接口為以太網接口的系統）劃分邏輯上各自獨立的虛擬子網，實現各集成子系統之間邏輯上相對獨立，并為各集成子系統劃分邏輯上各自獨立的虛擬維修子網，實現維修信息與監控信息的相對獨立。同時各接入系統通過 FEP 實現系統間的數據通信、數據隔離和協議轉換等功能。

圖1　綜合監控系統單獨組網方案示意圖

3　綜合監控系統組網方案統計

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控系統組網方案。通過此表可看出 2 種組網方式均比較常見，雖然部分城市由于開通或在建線路較少，采用了同樣的組網方式，但放眼全國來看，2 種方式均為綜合監控主流組網方式。

4　方案比選

組網方案 1、方案 2 的相關性能比較見表 2。

綜合監控系統利用通信光纖單獨組網有以下優勢。

（1）綜合監控系統單獨組網方案，網絡層次少，可減少故障環節。

圖2　綜合監控系統利用通信傳輸通道組網示意圖

表1　全國新開通及在建地鐵的綜合監控系統組網方案

表2　組網方案 1、方案 2 的相關性能比較

（2）由于綜合監控系統的信息采用短幀發送，因此，單獨組網以太網的網絡帶寬利用率高，實際帶寬遠高于利用通信通道方案，可以大大降低網絡擁塞可能性。

（3）由于綜合監控系統集成和互聯的系統中環境及設備監控系統（BAS）等子系統的調試需建立在相關機電系統調試完成的基礎上，綜合監控系統進場調試時間晚，且綜合監控系統集成和互聯的系統多，調試任務重，因此，綜合監控系統調試時間特別緊。由于綜合監控系統實現對火災自動報警系統（FAS）、BAS 的深度集成，且區間消防聯動控制的實現需由中央級綜合監控系統下達控制命令，因此，消防驗收必須以綜合監控系統全線網絡的暢通為前提條件。由于，通信系統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，如果綜合監控系統公用通信系統全線骨干傳輸網施工進度延遲，綜合監控系統調試時間壓力會更大，而且調試時需與通信系統設計、供貨、施工單位進行協調和配合，降低了調試的效率。綜合監控系統獨立構建千兆工業交換以太網，能方便綜合監控系統的調試和維修。

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

（5）考慮到中央實時服務器需利用綜合監控骨干網接收全線范圍內實時數據，對綜合監控骨干網絡存在一定的依賴性，且混合式系統維修管理方案需要為各集成系統提供邏輯上相對獨立的維修通道。為保證系統的實時性和可靠性，綜合監控系統采用工業級千兆以太網交換機單獨組網，使綜合監控及相關系統專享綜合監控骨干網絡資源，能滿足以上系統服務器配置和維修方案對網絡的要求，綜合監控單獨組網方案是與之較為匹配的組網方案。

5　綜合監控骨干網組網及施工調試建議

通過參與蘇州、寧波等地地鐵綜合監控系統組網調試，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，如采用獨立組網方式構建綜合監控骨干網，為便于施工管理，建議將綜合監控組網的布線及調試工作交由同一參建單位，由專業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集成商進行綜合監控骨干網的組網調試工作，如若利用通信傳輸通道組網，也要確保通信施工進度，不能影響綜合監控系統調試進度，為后續車站系統調試及綜合聯調工作奠定基礎。

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

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

（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調試時不應影響既有線路的運營，建議采用綜合監控獨立組網的方式，以便靈活處理，方便延長線及后開通線路的系統調試工作的進行。

6　結束語

基于綜合監控系統對實時性、可靠性、可擴展性的高標準要求及業主對價格因素考慮，推薦采用工業級千兆以太網交換機進行綜合監控系統骨干網組網。但對于不同的系統組網方式選擇，結合實際工程特點，對子系統接口方式、功能及數據類型、施工分包方式、系統聯調要求以及價格等因素進行綜合考慮，選用合適的網絡設備及網絡方案，才能發揮綜合監控系統網絡的能力，提升綜合監控系統的運行效率。

參考文獻

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[4] 郭詮水，王寶智.全新計算機網絡工程教程[M].北京：北京希望電子出版社，2001.

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