光纤通信技术在渠道长距供水信息系统中的设计与应用

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

光纤通信技术在渠道长距供水信息系统中的设计与应用

刘晨亮

技术论坛

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

长距离供水渠道地处偏远，点多线长，采用信息化技术手段进行远程集中控制成为必然，光纤通信技术作为远控的基础显得尤为重要。文章介绍了南干渠供水信息系统中建设光纤通信系统的必要性和重要性，以及光纤通信系统结构、系统链路和系统设备选型，以达到无人值班、少人值守、集中控制的设计目标。

渠道；长距供水；信息系统；光纤通信系统；信息安全

0 引 言

渠道供水系统运行管理涉及水文气象、水情水调、控制调节及输水建筑物安全等多方面内容，具有随机性、多目标性、实时性及受许多不确定因素影响等特点。

鉴于长距输水干渠工程的特殊性，客观上要求在长期的运行管理中尽可能减少现场运管人员，工程的管理只有依靠和综合运用通信、计算机网络、相关供水专业的远程测控、视频语音、信息综合分析与管理等先进技术，获取和综合分析处理相关信息，及时全面的掌握整个工程的运行工况，保证工程安全高效的运行[1]。

鉴于以上要求，南干渠采用光纤通信技术为基础，建立起适应长距离输水干渠工程特点的广域测控和信息管理网络，实现了工程管理自动化。

1 工程概述

南干渠沿渠线分布有渠首分水、节制、退水、支渠分水、干管分水各类型闸房48座，地跨巩留和察布查尔两个县级地区。

沿渠架设有35kV输变电线路，布设箱式变电站40座，将各变电站输出的低压电流接入各闸、启闭机及监测设备、照明设备、自动化系统，确保干渠运行用电。

同时利用输变电工程的杆塔，沿渠线建设155M和622M的SDH光传输网，渠道各闸站通过光纤接入光传输网，基于以太网技术解决干渠沿渠各闸房和调度中心之间的通讯问题。

2 系统架构

本系统架构分为传输部分、网络部分和信息安全3类。

2.1 传输系统设计

本工程利用35KV输变电工程的杆塔，采用ADSS电力专用自承式8～16芯光缆落地到各个闸房，按照要求进行光缆接续工作，配备传输网络设备解决干渠沿渠自动化的通讯问题。其中4～12芯作为传输主干光缆，4芯作为沿渠各个自动化站点的交换设备的级联光缆。

光缆进入闸站机柜后，使用小型光缆终端盒接续，采用FC型耦合器以及FC型尾纤进行连接。同时配置一定数量的FC-LC和FC-FC跳纤，供设备之间互连和光缆纤芯的跳接使用。

南干渠传输网为工程区SDH传输骨干网一部分，分为巩留段和察县段两部分。骨干网主要由专用电力线路伴行的OPGW光缆、ADSS光缆线路及分布在电厂、变电站内的光传输设备组成，采用中兴通讯的ZXMPS320设备组成保护环网，传输容量为622M。

巩留段闸房利用沿线电厂和变电所内安装传输系统，将临近闸房网络设备汇接至变电所网络设备后与S320传输设备相连，通过传输网络实现与指挥调度中心进行互联。

察县段传输系统根据环网需求设置海努克变电站核心结点一个，采用2.5G的ZXMP S330设备将整个工程区传输骨干网连接至数据控制调度中心。下设四个分支节点，端站节点使用中兴通讯155M的ZXMP S200设备进行组网，其余闸站通过以太网技术连接至分支节点，从而完成对所有闸站水情、闸门自动化控制、视频监控、内部电话的应用。为保证察县段传输可靠性，在核心节点和端节点架设环形保护网。南干渠传输网拓扑图见图1。

图1 南干渠传输网拓扑图

干渠传输设备均为中兴通讯模块化设备，采用系统主板+插板的架构，根据需要选配STM-16、STM-4、STM-1光接口和E1接口与各节点传输设备进行互联对接[2]。

根据业务需要，配备FE端口以提供对MSTP应用的支持，其中4端口FE的业务板采用虚拟局域网的模式，选1个FE端口给管理区域网络使用，选1个FE端口给控制区域网络使用；6端口FE的业务板采用透传模式，其FE端口只给控制区域网络使用。重要单板都配置了1+1热备份，网管使用中兴通讯网元级网管ZXONM E300实现对一个网络上所有ZXMP系列传输设备的实时管理。

2.2 网络系统设计

南干渠数据网络是依托自身的SDH传输系统为通信平台，利用SDH技术采用全套Cisco的系列设备，包括交换、路由、安全等设备，建设了工程区专网，采用Cisco Solarwinds 网管系统进行专网内的统一网管，通过以太网方式承载工业控制、闸门监控、视频监控、语音通讯等数据传输。

根据传输网络的架构，南干渠海努克变电站是工程区622M传输环网的一个重要节点，同时与指挥调度中心伊宁市基地通过2.5G带宽实现两地传输之间的互联，因此在伊宁基地设置1台带三层路由功能思科中档模块化4503交换机，此交换机满配端口高达116个10/100/1000M自适应端口，带三层路由功能[3]。

在海努克变电站配置1台Cisco 2821路由器，实现南干渠察县段各闸站网络设备的汇集，同时提供不同VLAN间路由交换的作用。

配置1台WS-C2960G-24TC-L千兆交换机，提供主机或终端的网络接入；配置1台山石网科公司千兆级SA-2010防火墙设备，实现控制区域网络与管理区域网络之间的逻辑隔离，同时提供对控制区域服务器的安全防护作用。

南干渠巩留段变电站采用Cisco 2811路由器+(WS-C2960G-24TC-L)交换机配置，其余闸站配置IE3000交换机设备。察县段分支节点配置Cisco 2811路由器+IE3000交换机，其余闸站均配置IE3000交换机。网络拓扑图见图2。

图2 网络拓扑图

不同路由器通过SDH传输系统以MSTP组网方式实现互联，组建各节点局域网。在有光端设备的节点，路由器通过100M以太网口与SDH传输设备的以太网接口相连，通过MSTP技术将多个2M电路捆绑到一起，以实现路由器之间的高带宽和平滑带宽连接。这种组网方式不需要中心节点的路由器具有很高的2M端口密度，从而减少设备的成本投入。

在各闸站交换机与其上级管理交换机之间，采用Trunk方式进行互联，这样可以将各闸门监控点上VLAN信息透传到上级交换机上。为了保证控制系统的带宽不被监控系统挤占，在路由器上运行QOS。

2.3 网络安全设计

根据应用的分类，南干渠在数据网络上建立工业控制区域、视频监控区域、语音通讯区域3个相对独立的区域，这3个区域在数据交换机上有各自相对应的VLAN ID和IP地址。

在各分支节点，均采用路由器+交换机的方式，组建各节点局域网，安全设计采用单臂路由二层Vlan技术将不同的安全区域隔离开，使各安全区域间的相互通信必须经过路由器，这样就可以在路由器上采用ACL过滤技术，实现各安全区域间的安全。

因此，区域间的逻辑隔离是由交换设备利用VLAN技术实现，区域间的互通是由路由设备实现，这样在路由设备上通过相应的访问控制策略，可以自由的限制区域间的互通。同时，通过路由器也起着隔离广播的作用。网络示意图见图3。

图3 网络安全设计示意图

3 结 论

该光纤通信系统建设的目标是建立一个能够适应输水干渠工程特点的广域测控、信息管理网络，完成输水工程水利信息现代化建设，实现输水工程信息采集规范化、自动化和数字化，实现工程管理自动化。

贯彻安全输水、精确量水、工程实时安全检测、科学及时有效调度的指导思想，使该系统高效可靠、先进实用，从而实现干渠输水工程管理的现代化。

通过光纤通信技术的设计与应用，实现了既定目标，大大减少了工程运行维护人员的数量和工作量，实现了“少人值班、无人值守”的目标，取得了较好的应用效果和经济效益。

[1]付恒飞.浅析信息系统在北疆工程渠道运行管理的应用[J].新疆水利，2013(04)：15-17.

[2]程洪波.光纤通信在水库安监系统中的应用[J].海峡科学，2009(04)：66-67.

[3]杨永春，沈俊江，潘自林.SDH光纤同步数字传输网在泵站改造中的应用[J].宁夏工程技术,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

刘晨亮(1981-)，男，新疆伊宁人，工程师，从事水利行业传输、视频监控和远程自动化控制等系统建设及运行管理工作。

TP315；TV

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