综合监控主流组网方式分析

柏泽钿

（宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315101）



综合监控主流组网方式分析

柏泽钿

（宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315101）

摘 要：针对城市轨道交通综合监控骨干网的构成及特点，介绍综合监控系统骨干网的 2 种主流组网方案，对不同方案进行了分析比较，总结部分城市地铁综合监控系统的组网方式，并做了简要说明，最后根据工程实践经验，提出综合监控系统骨干网在组网及施工调试阶段应注意的一些技术问题。

关键词：综合监控系统；千兆以太网；骨干网；组网方式；独立组网

城市轨道交通综合监控系统（ISCS）通过专业接口装置，在系统软件平台上通过集成或者互联的形式，可实现多专业、多系统的数据采集、信息集成和信息共享。通过综合监控骨干网，综合监控系统实现了全线路的资源共享和信息互通，为运营人员提供一个信息显示全面、操作便利的人机界面，为城市轨道交通科学和高效的运营组织和管理提供先进的技术手段。综合监控骨干网组网方式及系统选型方案直接决定了整个综合监控系统各项性能指标的实现。本文分析综合监控系统骨干网的选型以及主要技术特点。

1　综合监控骨干网构成及特点

综合监控系统骨干网（MBN）用于全线各车站、车辆段、停车场、控制中心局域网之间的互联，它由设在车站、车辆段、停车场、控制中心等地点的交换机等通信设备及连接设备的光缆构成。

全线各车站、控制中心、车辆段、停车场等作为综合监控骨干网的网络节点，每个节点通常配备主备冗余的2套工业级以太网交换机，所有车站、控制中心、车辆段、停车场的服务器、工作站、前端处理机（FEP）等综合监控系统主要设备都通过网线连接到本地交换机上进行数据通信，再通过本地工业级交换机配置的千兆光纤网络端口，利用通信系统提供的区间光纤介质组成全线综合监控系统的千兆骨干网，从而将中央级、车站级和车辆段、停车场综合监控系统等连接成为一个完整的基于网络的计算机监控系统。

综合监控骨干网应采用数据传输速率为 1000Mbit/s的工业级以太网方式构建，不仅要满足综合监控系统全线的数据传输、交换的要求，还需要为其他线路的接入和更高层综合集成系统的接入预留条件。

综合监控系统各集成和互联系统的监控实时性和在突发事故发生时各系统数据量突增的特点，决定了网络的吞吐量必须足够大，为了保证系统性能和将来的扩充，各节点交换机等设备的处理能力都必须预留足够的富裕量。

由于综合监控系统集成、互联系统多，系统结构复杂，并且综合监控系统的骨干网上传输的数据主要是各接入系统用于监控和维修管理的实时数据，因此，综合监控骨干网数据流具有数据实时性要求强、数据流量大、数据流向复杂的特点。

2　综合监控主流组网方案

目前综合监控系统组建骨干网主要有独立组网和利用通信传输通道组网 2 种方式，下面就 2 种组网方案进行详细介绍。

2.1方案1：综合监控系统采用工业级千兆以太网交换机单独组网

该组网方案，综合监控系统站级局域网、中央级局域网和全线骨干网均采用冗余工业级千兆以太网组成单独的传输网络。组网技术采用以太网标准（802.3）和TCP/IP 协议。工业以太网络正在向开放式、透明的系统发展。

该组网方案的传输层和网络层的功能皆由综合监控系统以太网交换机完成。通过光纤将各站点和中央的以太网交换机相连，组成全线一个相对封闭的大型局域网络。该方案既保障各相关系统的相对独立性和数据的安全性，又可使各相关系统共享综合监控系统骨干网络的资源。此外，综合监控系统利用千兆以太网交换机进行单独组网，为综合监控系统及利用综合监控系统骨干网进行传输的相关系统提供了千兆的传输带宽。

综合监控系统单独组网方案示意图如图 1 所示。

2.2方案2：利用通信系统提供的独立信道，组建综合监控的骨干网

综合监控系统采用工业级以太网交换机来组建自身站级和中央级局域网，该方案将传输网链路层功能和网络层功能分开，由不同硬件设备实现。链路层功能由通信传输网传输设备完成，网络层功能由综合监控系统交换机完成。综合监控系统全线传输通道由通信系统提供 2 个独立 1000M 传输带宽以太网环形通道，用于车站、车辆段、停车场等局域网与控制中心综合监控系统局域网之间的互联。各车站、车辆段及停车场和控制中心等均作为网络节点，每个节点均采用主备冗余的以太网 3 层交换机（千兆），所有车站、车辆段及停车场、控制中心的综合监控系统主要设备都连接到交换机上进行数据通信，再通过通信传输通道将中央级综合监控系统、车站级综合监控系统和车辆段综合监控系统等连接成为一个完整的监控系统。

综合监控系统利用通信传输通道示意图如图 2 所示。

2.3小结

不管采用上述何种组网方式，建议综合监控骨干网采用工业级以太网交换机构建环形拓扑结构，并通过综合监控系统以太网交换机所具备的虚拟局域网功能，为综合监控系统本身以及相关接入系统（与综合监控系统的接口为以太网接口的系统）划分逻辑上各自独立的虚拟子网，实现各集成子系统之间逻辑上相对独立，并为各集成子系统划分逻辑上各自独立的虚拟维修子网，实现维修信息与监控信息的相对独立。同时各接入系统通过 FEP 实现系统间的数据通信、数据隔离和协议转换等功能。

图1　综合监控系统单独组网方案示意图

3　综合监控系统组网方案统计

表1 总结了近年来全国各地新开通及在建地铁线路的综合监控系统组网方案。通过此表可看出 2 种组网方式均比较常见，虽然部分城市由于开通或在建线路较少，采用了同样的组网方式，但放眼全国来看，2 种方式均为综合监控主流组网方式。

4　方案比选

组网方案 1、方案 2 的相关性能比较见表 2。

综合监控系统利用通信光纤单独组网有以下优势。

（1）综合监控系统单独组网方案，网络层次少，可减少故障环节。

图2　综合监控系统利用通信传输通道组网示意图

表1　全国新开通及在建地铁的综合监控系统组网方案

表2　组网方案 1、方案 2 的相关性能比较

（2）由于综合监控系统的信息采用短帧发送，因此，单独组网以太网的网络带宽利用率高，实际带宽远高于利用通信通道方案，可以大大降低网络拥塞可能性。

（3）由于综合监控系统集成和互联的系统中环境及设备监控系统（BAS）等子系统的调试需建立在相关机电系统调试完成的基础上，综合监控系统进场调试时间晚，且综合监控系统集成和互联的系统多，调试任务重，因此，综合监控系统调试时间特别紧。由于综合监控系统实现对火灾自动报警系统（FAS）、BAS 的深度集成，且区间消防联动控制的实现需由中央级综合监控系统下达控制命令，因此，消防验收必须以综合监控系统全线网络的畅通为前提条件。由于，通信系统的设备安装必须建立在车站和控制中心空调投入运行的前提下，如果综合监控系统公用通信系统全线骨干传输网施工进度延迟，综合监控系统调试时间压力会更大，而且调试时需与通信系统设计、供货、施工单位进行协调和配合，降低了调试的效率。综合监控系统独立构建千兆工业交换以太网，能方便综合监控系统的调试和维修。

（4）综合监控系统单独组建千兆以太网，可以为将来建立应急指挥中心等预留综合监控系统接入的条件，为将来新增自动化系统全线组网及接入综合监控系统预留网络传输条件。

（5）考虑到中央实时服务器需利用综合监控骨干网接收全线范围内实时数据，对综合监控骨干网络存在一定的依赖性，且混合式系统维修管理方案需要为各集成系统提供逻辑上相对独立的维修通道。为保证系统的实时性和可靠性，综合监控系统采用工业级千兆以太网交换机单独组网，使综合监控及相关系统专享综合监控骨干网络资源，能满足以上系统服务器配置和维修方案对网络的要求，综合监控单独组网方案是与之较为匹配的组网方案。

5　综合监控骨干网组网及施工调试建议

通过参与苏州、宁波等地地铁综合监控系统组网调试，总结遇到的问题，提出建议如下。

（1）由于各地建设模式的不同，施工项目分包形式也有所不同，如采用独立组网方式构建综合监控骨干网，为便于施工管理，建议将综合监控组网的布线及调试工作交由同一参建单位，由专业的通信施工人员进行施工调试，以减少施工接口，保证施工质量。

（2）独立组网时，地铁建设单位应在各车站施工条件具备时督促施工单位及系统集成商进行综合监控骨干网的组网调试工作，如若利用通信传输通道组网，也要确保通信施工进度，不能影响综合监控系统调试进度，为后续车站系统调试及综合联调工作奠定基础。

（3）组网时尽量采用 3 层组网方案，交换机应具备路由或3层交换功能，并将不同车站、不同专业之间的设备划分在不同的网段，利用 3 层路由进行通信，以隔离广播域，保证系统的可靠性。

（4）组网完成进行网络划分时尽量利用 VLAN 技术，为不同的子系统构成不同的子网，以满足系统的安全性要求，进行有效的广播隔离，提高网络系统的效率。

（5）如在建线路存在延长线或分段开通的情况，考虑到分段开通系统调试时不应影响既有线路的运营，建议采用综合监控独立组网的方式，以便灵活处理，方便延长线及后开通线路的系统调试工作的进行。

6　结束语

基于综合监控系统对实时性、可靠性、可扩展性的高标准要求及业主对价格因素考虑，推荐采用工业级千兆以太网交换机进行综合监控系统骨干网组网。但对于不同的系统组网方式选择，结合实际工程特点，对子系统接口方式、功能及数据类型、施工分包方式、系统联调要求以及价格等因素进行综合考虑，选用合适的网络设备及网络方案，才能发挥综合监控系统网络的能力，提升综合监控系统的运行效率。

参考文献

[1] 李金龙.城市轨道交通综合监控组网方案[J].都市快轨交通，2012，25（5）：122-126.

[2] 赵驰.轨道交通综合监控系统骨干网的设计和选型探讨[J].广东科技，2010（14）：129-130.

[3] 郭向勇，吴光斌，赵怡滨.千兆位以太网组网技术[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4] 郭诠水，王宝智.全新计算机网络工程教程[M].北京：北京希望电子出版社，2001.

责任编辑 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

中图分类号：U231.8∶U231.5

作者简介：柏泽钿（1986—），男，工程师

收稿日期2015-10-28