宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司 315100
摘要：随着经济和社会的发展，网络信息科技应用的范围越来越广泛，综合监控系统的快速发展，很大一部分得益于网络技术的发展和应用。目前交换机三层交换技术已发展成为新一代综合监控系统最适合的组网技术，本文主要从轨道交通综合监控系统组成及概念出发，介绍宁波轨道交通2号线综合监控系统组网特点，分析了双环网冗余三层组网方式的特点，同时论述使用三层组网技术的故障切换机制。
关键词：网络服务 轨道交通 综合监控 组网技术
1、综合监控系统简介
综合监控系统由人工监控系统，分立监控系统逐步发展而来，相对于各专业系统按照自身技术特点，建立各自独立的计算机自动化系统，综合监控系统通过现代计算机、网络和自动化技术，通过对各自专业进行监视、控制和管理，形成统一的监控层硬件平台和软件平台，实现自动化监视联动控制功能。综合监控系统集成互联电力（PSCADA）、环境监控（BAS）、火灾监控（FAS）、门禁（ACS）等。
综合监控系统通过网络服务技术将中央、车站综合监控系统组合在一起。在控制中心和车辆段可以监控所有车站设备，同时通过车站综合监控平台，可以对中央设备进行故障排查及日志下载，有效降低综合监控系统日常维护运营成本。
2、三层网络交换原理
交换机第二层交换通过MAC地址进行，第三层交换通过网络地址（IP）进行，不同网段间设备通讯，需通过查看路由表实现。如A网段中的主机与B网段通讯，首先将数据包发送到交换芯片上，交换机会查询MAC表，然后封装其对应端口MAC地址，同时将数据包提交到三层，通过路由表查询将数据转发到B网段。
3、宁波轨道交通综合监控系统2号线组网方式
3.1整体结构
综合监控系统采用赫斯曼核心交换机，用通信专业提供的单模传输光缆实现各车站与车站、车间与中央间通信。每个站点配置2台交换机，每台交换机的2个光口与两个隔站的交换机光口相连接，每个车站相当于独立的小局域网，通过接口状态路由协议（OSPF）与控制中心间设备建立通信。
3.2 物理连接
综合监控交换机与综合监控侧光纤熔接盒采用跳纤连接，两侧光纤熔接盒采用光缆连接，通信端熔接盒通放置于正线、车辆段、停车场、OCC的通信ODF柜内，通信侧光纤熔接盒与通信ODF配线架采用跳纤连接，光纤熔接盒多采用12芯FC接头，19寸机架式安装。
宁波轨道交通2号线采用跳站连接双环网组网技术，避免了个别车站交换机通讯线路过长情况，降低光损和故障排查难度，跳站技术的实现主要通过站内通信OPF架中跳线短接实现。如宁波轨道交通2号线鼓楼、外滩大桥、正大路站为3个连续车站，因骨干网跳站连接要求，鼓楼站应与正大路站骨干网连接（跳过外滩大桥站）。在外滩大桥ODF机柜中有鼓楼-外滩站光缆，有外滩至正大路站光缆，通过FC-FC光纤跳线连接（短接）这两根光缆，通过此操作等效于鼓楼与正大路间综合监控设备直接通过光缆连接。
3.3环网优点
双环网的好处在于提供故障保护功能，发生单点、多点故障时，通过OSPF协议，网络传输通道在短时内进行路由切换，使系统的通信传输不受故障影响。相对于环型、双星型，允许交换机、光纤、网线（网卡）发生单点或多点故障，是常用的高级工业冗余网络。
4、组网中应用技术介绍
4.1 VRRP
VRRP（虚拟路由器冗余协议）它把一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网中的 VRRP 路由器组中的一台，通过软件把几台路由设备组合成一台虚拟路由设备，将虚拟路由的IP地址作为用户的默认网关地址，从而实现与外部的通信。在VRRP协议中，主路由器负责转发数据包到虚拟 IP 地址，一旦主路由器发生问题或网络故障不可用，VRRP协议能够快速选举新的交换机设备进行网络通信，主交换机的选择由各交换机优先级、接口IP地址比较确认，被选举的主设备会定期发送报文，若其他设备没有收到此报文，则VRRP会重新进行主路由设备选举。使用 VRRP 的好处是不必在每台路由器、交换机上配置动态路由或路由发现协议，降低配置复杂性。
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在综合监控系统中，主备交换机应首先配置端口IP地址，然后使用VRRP协议，配置VRRP的vrid和虚拟网关，所有设备通过此虚拟网关与其他网段设备通信。在宁波轨道交通2号线中，IP主机号较小的交换机A，第四位主机号配置为251，交换机B主机号为252，选举优先级配置中 A机优先权为150，B及为默认100，除非A机故障或失电，否侧A机永远为主机，协商完成后备端口会通过检测通道进行轮询检查，查看主链路是否存在，如果主端口发生故障或丢失，则备用端口将接管主端口上的所有数据进行通信。
交换机6.14与6.15口采用端口聚合技术，也叫做以太通道（ethernet channel），用于交换机AB间冗余通讯，确保VRRP正常，正常使用时交换机只一个端口进行数据传输，另一个端口关闭，以避免环路产生。
通过VRRP协议，当主交换机或主链路出现故障或现有路由接口失效并不会对数据造成任何影响，数据将由主链路切换至备链路（B网）上进行数据传输，同样如果断点发生在备用交换机或备用链路上时则不会造成数据流向的切换。
4.2 VLAN
VLAN技术是交换机的重要组成部分，也是交换机较之网桥等其他网络连接设备的重要区别进步之一，它用于把物理上直接相连的网络从逻辑上划分为多个子网。不同VLAN之间不能广播，同时不同VLAN之间必须使用三层交换技术才能相互通讯，所以使用VALN有节省带宽，增强局域网安全性等优点，在轨道交通综合监控骨干网中使用静态端口分配进行网络VLAN划分。
宁波轨道交通2号线综合监控系统采用三层网络规划方案，对于赫斯曼交换机，在默认配置下，所有接口处于可用状态并且都属于VLAN1，VLAN1也称为网管VLAN，此时交换机无须做特殊的配置，就可以作为网络互连设备使用；VLAN100为骨干网A网路由接口VLAN；VLAN200为骨干网B网路由接口的VLAN；VLAN150为站内A、B交换机之间的路由接口VLAN，此VLAN有两个功能，第一用于VRRP交换机主备通讯判断，第二用于环网或设备故障时A、B网间数据传输；VLAN5为综合监控业务通信VLAN，各子专业数据通讯均在此VLAN内。对于站内A网交换机，只存在有VLAN1、VLAN100、VLAN150和VLAN5，对于站内B网交换机，只存在有VLAN1、VLAN200、VLAN150和VLAN5。
交换机根据VLAN创建先后默认分配各虚拟端口，9/1口为VLAN100或VLAN200，为交换机路由接口VLAN。9/2口为VLAN5，为交换机业务VLAN。9/3为VLAN150站内交换机业务口。
对于交换机A机，骨干网中6.1和6.2端口上只存在VLAN1和VLAN100，站内链路聚合线路8.1端口只存在VLAN5和VLAN150，同时终端设备均位于相应的VLAN5内。对于交换机B机，骨干网6.1和6.2端口上只存在VLAN1和VLAN200，站内链路聚合线路8.1端口上只存在VLAN5和VLAN150，同时终端设备均位于相应的VLAN5内。
4.3故障切换机制
正常情况，终端设备使用A网卡，经A骨干网路由经VLAN5至VLAN100再至VLAN5至目的站设备；如果设备A网卡故障，网络不发生切换，终端设备将使用B网卡，通过B交换机，仍然能寻找到自己的网关，因VRRP协议存在，仍然位于A机上，再通过A骨干网路由至目的端，此切换时间取决于系统设备的切换时间；如果A环网出现断点，交换机二层切换，环网冗余管理交换机会将环网逻辑断点自动接通，环网路由路径不发生变换，终端间通信仍然使用A骨干网，切换时间小于50ms；如果站点A交换机断电，终端设备切换至B网卡，网关地址由A机漂移至B机，使用B网通信，通过B环网中的路由通道路由至A网后实现通信，三层切换，切换时间与所使用的路由协议及网络规模有关。
5、结束语
宁波轨道交通2号线综合监控系统采用三层双环网冗余组网方式，应用VRRP，VLAN等技术，有效降低网路风暴概率，提高了系统网络故障适应性，同时当系统中个别设备掉线、网卡故障时均不会影响系统正常工作，保障了综合监控系统平稳运行。
参考文献：
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论文作者:裘成烨,沈雷杰
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第12期
论文发表时间:2019/5/27
标签：交换机论文; 监控系统论文; 路由论文; 轨道交通论文; 端口论文; 设备论文; 通信论文; 《建筑模拟》2019年第12期论文;