工业以太网在轨道交通车站计算机系统的解决方案———工业以太网

［编辑简介］：轨道交通车站计算机系统为车站自动售检票系统（AFC系统）的核心部分，本文对欧迈特公司提供的工业以太网交换机在该系统的应用进行了详细介绍，给出网络结构、产品选型及设备参数等信息。［摘要］：轨道交通自动售检票系统按轨道交通清分中心、线路中央计算机、车站计算机、车站终端设备、车票等五层架构进行设计。其中车站计算机系统为车站自动售检票系统（AFC系统）的核心部分，可对本车站内部的所有设备进行实时监控，实现对车站自动售检票系统（AFC系统）运营、票务、收益等集中管理功能。车站计算机系统网络的稳定性、可靠性、安全性就成为其中的关键，工业以太网交换机在其中扮演了举足轻重的角色。［关键词］：欧迈特 工业以太网交换机 瞬间环网冗余技术
  
  
  1. 系统需求
  对网络设备的需求：
  1）适应高温、湿热环境，要求工业以太网交换机工作温度：-20～60℃ 存储温度：-20～80℃ ，存储湿度：5%～95%，无凝结。
  2）车站内电磁环境复杂，要求工业以太网交换机具有较强的抗电磁干扰能力、长时间的平均无故障时间。
  3）要求设备结构紧凑，便于安装于车站终端设备内。
  4）为了保障通信的可靠性，要求建立冗余的环网，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。
  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。
  2. 网络设计方案
  车站计算机系统（SC）传输网络即有其普遍性也有其特殊性，我们在组网方案中主要考虑以下几个方面：
  1）系统设计充分考虑多个业务子系统的系统特点，技术上遵循先进性、实用性与成熟可靠性并重的原则，形成一整套功能齐全的组网解决方案。
  2）能够适应车站内独特的环境要求，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多层结构，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）考虑到工业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。
  本文基于欧迈特工业以太网交换机性价比及网络可靠性的综合考虑，提出如下解决方案：
  车站三层工业以太网交换机
  车站三层工业以太网交换机安装于车站的监控机房/综合控制室/综控设备室，主要为本车站所有数据进行汇聚上传至通信网络，接收线路中心计算机系统（LC）下传的数据，为车站终端设备内二层工业以太网交换机提供光纤环入接口，为车站本地服务器、工作站（管理、票务）提供接入。
  对三层网络设备的需求：
  1）支持瞬间环网协议，自愈时间小于100ms
  2）安装方式：机架安装方式
  3）环境温度：0～40℃
  4）存储温度：-20～60℃
  5）相对湿度：5%～95%
  6）防护等级为IP30
  7）符合工业四级电磁兼容的要求
  推荐选用欧迈特三层工业以太网交换机GOE324（图1）提供4个SFP接口，24个10/100M自适应以太网接口；

  
  （图1）
  支持36Gbps高背板带宽；
  线速三层交换包转发率达到19.6Mpps；
  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；
  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；
  提供802.1x、HTTP等多种方式的用户认证；
  强大的ACL，硬件支持IP ACL、MAC ACL、VLAN ACL；
  自动检测并抑制广播风暴，支持IGMP报文的侦测，有效限制广播报文的泛滥；
  支持以太网接口以64K为步长的速率限制；
  支持端口镜像、端口聚合（每组多达8个）；
  硬件路由，支持静态路由；支持RIP v1/v2、OSPF v2、BGP v4等多种动态路由协议；支持PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等多种组播路由协议；支持VRRP热备份路由协议；
  硬堆叠16台，软堆叠32台。
  超级终端模式（CLI），TELNET，WEB网元管理软件，支持OPC模式监控；
  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；
  运行温度：-40-75℃，保存温度：-45-85℃，相对湿度：5-95%无冷凝
  金属外壳，IP40防护(防止大于1.0mm固体颗粒物侵入)；
  符合工业四级电磁兼容的要求，通过UL508工业控制设备认证；
  平均无故障时间（MTBF）大于30 年。
  车站二层工业以太网交换机
  车站二层工业以太网交换机安装于车站的终端设备内（如自动检票机、自动售票机、自动充值机、自动查询机等），主要上传终端设备的交易数据、审核数据、设备状态数据等。
  对二层网络设备的需求：
  1）支持瞬间环网协议，自愈时间小于100ms
  2）安装方式：导轨安装方式
  3）环境温度：-20～60℃
  4）存储温度：-20～80℃
  5）相对湿度：5%～95%
  6）防护等级?/SPAN> IP30
  7）符合工业四级电磁兼容的要求
   
  推荐选用欧迈特二层工业以太网交换机Omate6300（图2）提供2个百兆光口，16个10/100M自适应以太网接口。

  
  
  （图2）
  
  支持9.2Gbps高背板带宽；
  线速包转发率达到8Mpps；
  符合IEEE802.3，802.3u，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；
  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；
  提供802.1x、HTTP等多种方式的用户认证；
  强大的ACL，硬件支持IP ACL、MAC ACL；
  自动检测并抑制广播风暴，支持IGMP报文的侦测，有效限制广播报文的泛滥；
  支持以太网接口以64K为步长的速率限制；
  支持端口镜像、端口聚合（每组多达8个）；
  超级终端模式（CLI），TELNET，WEB网元管理软件，支持OPC模式监控；
  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；
  运行温度：-40-80℃，保存温度：-45-85℃，相对湿度：5-95%无冷凝
  金属外壳，IP40防护(防止大于1.0mm固体颗粒物侵入)；
  符合工业四级电磁兼容的要求，通过UL508工业控制设备认证；
  平均无故障时间（MTBF）大于30 年。
  供电：AC220V，高可靠航空接头。
   
  2.3车站计算机系统网络方案

  （网络拓扑图）
   
   
  
  
  
  车站三层工业以太网交换机选用欧迈特三层工业以太网交换机GOE324，安装于车站的监控机房/综合控制室/综控设备室。车站二层工业以太网交换机选用欧迈特二层工业以太网交换机Omate6300安装于车站的终端设备内（如自动检票机、自动售票机、自动充值机、自动查询机等）。三层工业以太网交换机GOE324和二层工业以太网交换机Omate6300通过百兆光纤连接，每个车站构建成百兆光纤环网，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；二层工业以太网交换机Omate6300采用紧凑结构设计，便于安装于车站终端设备内，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.方案优越性
  安全“高”：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、路由验证等系列的安全措施，确保网络的安全性。
  效率“高”：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。
  可靠性“高”：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。
  收敛“快”：三层工业交换机启用OSPF v2协议，实现路由变化时的快速收敛。
  网络维护“易”：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. 结语
  北京欧迈特数字技术有限责任公司作为工业以太网设备的专业制造商，为轨道交通自动售检票系统（AFC系统）提供专家级解决方案：网络构建简单，统一管理。采用先进的工业以太网通信技术实现车站终端设备的有效监控，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。