工业以太网交换机在 区域交通信号控制系统中的典型应用--控制网



工业以太网交换机在
区域交通信号控制系统中的典型应用
企业： 日期：2010-11-11
领域：运动控制 点击数：2710
                                 

    作者简介：邓波鑫(1983-)，男，湖北人，本科，资深技术支持工程师，具有多年工业网络构建及现场施工经验。曾参与陕西西汉高速隧道监控、宝牛高速隧道监控、深圳湾大桥机电监控项目、福建泉三高速隧道监控、福建浦南高速隧道监控、北京城区配网工程、北京交管局电子警察项目、京津高铁、武汉火车站等国家重点工程。

    摘要：

    城市发展交通智能信号灯，减少道路拥堵，最终达到智能化区域交通信号控制系统。工业以太网交换机在区域交通信号控制系统网络中稳定性、高可靠性、高安全性成为关键中的关键。本文结合目前城市交通信号控制和交通监控状况的需求，阐述了欧迈特（OMATE）工业以太网交换机在北京城区交通信号控制系统中的典型应用情况，及优化智能交通信号控制系统的网络解决方案。

    关键词：欧迈特公司工业以太网交换机GOE210;Jiffy-Ring瞬间环网冗余技术.POE工业以太网收发器OAMTE1100P;以太网远程供电技术(POE)

    １背景

    智能交通信号灯迎合实现绿色经济的时代潮流，为了解决这个问题，提出智能交通信号灯及网络技术，会根据路口车辆多少，自动调节时间，可减少等候时间在75%以上，从而大大节省人们的出行时间，减少路口的无效等候，使出行更快捷。

    ２系统需求

    对区域交通信号控制系统中网络传输设备的需求：

    （1）为适应高温、湿热环境，要求工业以太网交换机按照宽温、防尘等设计；工作温度：-40～80℃，存储温度：-40～85℃，存储湿度：0%～95%，无凝结。

    （2）根据路口机柜环境恶劣，要求工业以太网交换机具有较强的抗电磁干扰能力及长时间的平均无故障时间等。

    （3）要求设备结构紧凑，便于安装于路口机柜内。

    （4）为了保障通信的可靠性，要求建立千兆或百兆冗余的环网，具有快速自愈功能。通信网络出故障时，能够自动平滑的切换到冗余备份线路，自愈时间小于30ms。

    （5）为了保证远程监控的数据安全性，工业以太网交换机需要有全面的网络安全设置。

    （6）提供给高清视频传输和以太网远程供电的网络设备，具备以太网供电技术（POE），支持馈电DC48V；适应高温、湿热环境，要求工作温度：-40～80℃，存储温度：-40～85℃，存储湿度：0%～95%，无凝结。

    ３网络设计方案

    区域交通信号控制系统传输网络既有其普遍性也有其特殊性，在组网方案中主要考虑以下几个方面：

    （1）充分考虑多个业务的系统特点，技术上遵循先进性、实用性与成熟可靠性并重的原则，形成功能齐全的网络解决方案。
    （2）能够适应户外恶劣的环境要求，如超常的温湿度范围、震动/抖动、瞬时电压/电流、尘埃和电磁干扰等。
    （3）因网络规模庞大，组网方案采用清晰的区域网络结构，从最根本的网络结构设计上简化网络的维护及管理，实现故障点的快速隔离和定位，确保系统的稳定运行。
    （4）组网方案自身必须具备一定的故障排除及快速自愈功能，能够针对设备故障、链路故障进行自我诊断及快速排除，并实时报警。
    （5）对网络进行人工维护、扩容、或故障修复时应该做到影响最小化，做到维护及扩容对系统运行无影响；故障修复只对相关网络设备的连接终端有一定的影响。
    （6）网络设备选取具备高实时性和稳定性的工业级产品。
    （7）组网方案必须具备兼容性，能够无缝连接不同厂商的网络设备，具备高性价比。
    （8）考虑到路口现场对可靠性的高要求，一般采用环网设计，避免了因单点故障对网络传输的重大影响。

    根据网络传输设备的需求及区域交通信号控制智能化，结合欧迈特公司工业以太网交换机性价比及网络可靠性的综合考虑，选用GOE210千兆工业以太网交换机构成区域冗余环网，保证系统稳定，可靠，安全传输；选用OMATE1100P工业以太网光纤收发器，实现以太网远程供电，并将路口的4个方向集中至现场工控机。提出如下解决网络方案,如图1所示。

                     

                                             图1 网络架构图

    3.1方案说明

    区域交通信号控制网络传输设备选用欧迈特千兆工业以太网交换机GOE210，安装于各区域路口信号机柜中并构建千兆冗余环网，启用Jiffy Ring瞬间环网冗余协议，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms。千兆工业以太网交换机构建环网的同时，利用主节点的GOE210的上联千兆光口与各区域的三层以太网交换机通过光纤连接。采用GOE210的VLAN功能将信号控制、高清视频监控及综合环境监控等业务隔离，并将GOE210的各业务接入端口（交换机端口）采取相应带宽限制设置；同时禁用其他未接入业务的端口，为了防止误接入导致交换网络的中断等等安全问题。

    选用欧迈特POE工业以太网光纤收发器OMATE1100P提供于高清视频传输和以太网供电，将路口的各方向集中传至现场工控机内作为本地存储，再将工控机中的抓拍图片、视频录像和少部分的实时视频上传监控中心。GOE210和OMATE1100P采用IP40防护等级设计，便于安装于路口机柜或机箱内，能适应如强电磁干扰、尘土、高温、低温、潮湿、振动、静电等恶劣的工作环境。

    3.2方案优越性

    3.2.1高安全

    提供完整的安全体系结构，覆盖了系统的各个层面，采用了包括认证、授权、端口绑定、VLAN等系列的安全措施，确保网络的安全性。千兆工业以太网交换机GOE210和工业以太网收发器OMATE1100P电源均为AC220V，无需外接适配器，避免了电源适配器故障所造成的网络通信异常。电源接口也做了防水处理，配备有旋紧螺母。

    3.2.2高效率

    提供高品质QoS保证，为不同的业务提供不同优先级服务，根据优先级确定带宽，保证了整个网络数据传送的高效率。以及对相应的业务端口设置带宽限制。

    3.2.3高可靠性

    支持业内领先的Jiffy Ring瞬间环网冗余技术、高品质工业产品、冗余电源设计、端到端可管理技术，满足了系统对于可靠性的要求。

    3.2.4易维护网络

    除提供方便的Web方式访问外，还支持SNMP、RMON管理，方便与第三方设备实现全网统一管理。

    4 设备特点

    4.１GOE210千兆工业以太网交换机

    4.1.1区域交通信号控制系统中网络设备安装于各区域路口信号机柜中。对区域交通信号控制系统中网络设备的需求：

    （1）提供至少6个10/100自适应的电口；端口符合IEEE802.3相关协议；支持全半双工手动配置和自协商模式。
    （2）提供至少3个1000M的光接口（固定式和模块化均可）；至少1个单模单纤1000M光口,2个单模双纤1000M光口。
    （3）要求兼容IEEE802.3, 802.3u, 802.3z，802.3x, 802.1d,  802.1p, 802.1q, 802.1w，802.3ad等。
    （4）背板带宽要求≥6.4Gbps， MAC地址表≥4K
    （5）CPU应具备良好的安全机制；用户分级、认证和口令保护；支持AAA/TACACS/RADIUS集中认证、授权；用户源IP地址限制。
    （6）支持瞬间环网协议，自愈时间小于50ms，支持单环、环相切、环相交、环加链等拓扑结构；
    （7）完善的优先级、队列调度和拥塞控制等QoS机制；支持广播速率限制；支持ACL；支持端口流量限速和流量整形；支持Cos/Tos和基于端口的优先级设定。
    （8）支持基于端口、VLAN的镜像；支持端口捆绑。
    （9）支持TELNET、CONSOLE、命令行接口（CLI配置；支持SNMPv1v2v3、RMON；支持分级告警；支持系统日志。
    （10）平均无故障时间（MTBF) 25年。
    （11）符合EMC：IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11。
    （12）安装方式：可在19英寸机柜内机架式固定安装。
    （13）工作温度：-40～+75 ℃；工作湿度：5～95 % (无凝露)；抗振动：10～2000Hz，2.0g；抗冲击：加速度>30g；防护等级：IP40。
    （14）支持交流供电方式；支持AC220V供电电压；典型功耗≤300W；设备电源提供过载、过压保护。

    推荐选用欧迈特千兆工业以太网交换机GOE210（图1）提供3个SFP千兆接口，6个10/100M自适应以太网接口。构建千兆冗余环网，启用Jiffy Ring瞬间环网冗余协议，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms。在构建千兆冗余环网的同时，同时利用主节点的GOE210的上联千兆光口与各区域的三层以太网交换机通过千兆光纤连接。

                     

                             图2 千兆工业以太网交换机GOE210

    4.1.2主要技术参数

    （1）6个10/100自适应的FE端口；全半双工手动配置和自协商模式；3个1000M的SFP光接口（模块化）。
    （2）32Gbps高背板带宽；MAC地址大小8K。
    （3）符合IEEE802.3，802.3u，802.3z，802.3x，802.1d（STP），802.1p（流量优先权控制），802.1q（VLAN标准），802.1w（RSTP），802.3ad（链路聚合）协议等。
    （4）支持单环、环相切、环加链等拓扑结构；支持瞬间环网冗余技术Jiffy-Ring，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms。
    （5）完善的优先级、队列调度和拥塞控制等QoS机制；支持广播速率限制；支持ACL；
支持端口流量限速和流量整形；支持Cos/Tos和基于端口的优先级设定。
    （6）支持AC220V交流供电电压;设备电源提供过载、过压保护。
    （7）支持端口镜像、端口聚合（每组多达8个）。
    （8）超级终端模式（CLI），TELNET，WEB网元管理软件；支持SNMP V1/V2c/V3协议，可远程监控；各端口支持RMON（远程监控）功能的统计、历史、告警、事件四个组，支持安全防护配置和控制功能。
    （9）抗振动:10～2000Hz，2.0g；抗冲击:加速度>30g；金属外壳，IP40防护；符合EMC:IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11；运行温度:-40~80℃，保存温度：-40~85℃，相对湿度:0~95%无冷凝。
    （10）平均无故障时间（MTBF）大于34 年。

    4.2 POE工业以太网光纤收发器

    POE工业以太网光纤收发器安装于路口机柜或机箱内，对高清视频传输和以太网远程供电的网络设备的需求：

    (1）安装方式：独立安装方式；
    (2）环境温度：-30～70℃；
    (3）存储温度：-40～85℃；
    (4）相对湿度：5%～95%；
    (5）防护等级：IP30；
    (6）2个10/100M以太网端口，均支持馈电DC48V；
    (7）符合工业级电磁兼容的要求。

    OMATE1100P是北京欧迈特数字技术有限责任公司为适应城市交通、高速公路、无线基站等现场强电磁干扰、振动、尘土、高温、低温、潮湿环境而研制的POE工业以太网收发器。可以提供2个10/100M自适应以太网POE接口（RJ45），1个100M光接口。

    (1）符合IEEE802.3，802.3x等；
    (2）运行温度：-40-80℃，保存温度：-40-85℃，相对湿度：0-95%无冷凝；
    （3）金属外壳，IP40防护等级；
    （4）符合工业级电磁兼容的要求；
    （5）平均无故障时间（MTBF）大于34 年。

    推荐选用欧迈特POE工业以太网光纤收发器Omate1100P（图2）提供1个百兆光口， 2个10/100M自适应以太网POE接口（RJ45）；均支持馈电DC48V；供电：AC220V，高可靠航空接头。

                           

                    图3 POE工业以太网光纤收发器Omate1100P 

    5 结语　　

    北京欧迈特数字技术有限责任公司为区域交通信号控制系统提供专家级解决方案。采用先进的工业以太网通信技术实现路口信号控制的有效监控，保障了整个系统的安全性、可靠性、稳定性，标准的通信协议也为其他业务的接入提供了便利。

    注：主要术语诠释：

    Jiffy-Ring：欧迈特公司自主开发的瞬间环网冗余协议技术，通信网络出故障时，能够自动切换到冗余备份线路，自愈时间小于18ms.　

    POE技术： POE (Power Over Ethernet)是指使用传统网线为基于IP的终端，传输数据信号的同时还为其提供电源供应的技术。供电标准IEEE 802.3af标准。
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