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    作者簡介：鄧波鑫(1983-)，男，湖北人，本科，資深技術(shù)支持工程師，具有多年工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)。曾參與陜西西漢高速隧道監(jiān)控、寶牛高速隧道監(jiān)控、深圳灣大橋機(jī)電監(jiān)控項(xiàng)目、福建泉三高速隧道監(jiān)控、福建浦南高速隧道監(jiān)控、北京城區(qū)配網(wǎng)工程、北京交管局電子警察項(xiàng)目、京津高鐵、武漢火車站等國家重點(diǎn)工程。

    摘要：

    城市發(fā)展交通智能信號燈，減少道路擁堵，最終達(dá)到智能化區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定性、高可靠性、高安全性成為關(guān)鍵中的關(guān)鍵。本文結(jié)合目前城市交通信號控制和交通監(jiān)控狀況的需求，闡述了歐邁特（OMATE）工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在北京城區(qū)交通信號控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用情況，及優(yōu)化智能交通信號控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

    關(guān)鍵詞：歐邁特公司工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)GOE210;Jiffy-Ring瞬間環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù).POE工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器OAMTE1100P;以太網(wǎng)遠(yuǎn)程供電技術(shù)(POE)

    １背景

    智能交通信號燈迎合實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)的時(shí)代潮流，為了解決這個(gè)問題，提出智能交通信號燈及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，會(huì)根據(jù)路口車輛多少，自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間，可減少等候時(shí)間在75%以上，從而大大節(jié)省人們的出行時(shí)間，減少路口的無效等候，使出行更快捷。

    ２系統(tǒng)需求

    對區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的需求：

    （1）為適應(yīng)高溫、濕熱環(huán)境，要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)按照寬溫、防塵等設(shè)計(jì)；工作溫度：-40～80℃，存儲(chǔ)溫度：-40～85℃，存儲(chǔ)濕度：0%～95%，無凝結(jié)。

    （2）根據(jù)路口機(jī)柜環(huán)境惡劣，要求工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力及長時(shí)間的平均無故障時(shí)間等。

    （3）要求設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝于路口機(jī)柜內(nèi)。

    （4）為了保障通信的可靠性，要求建立千兆或百兆冗余的環(huán)網(wǎng)，具有快速自愈功能。通信網(wǎng)絡(luò)出故障時(shí)，能夠自動(dòng)平滑的切換到冗余備份線路，自愈時(shí)間小于30ms。

    （5）為了保證遠(yuǎn)程監(jiān)控的數(shù)據(jù)安全性，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)需要有全面的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置。

    （6）提供給高清視頻傳輸和以太網(wǎng)遠(yuǎn)程供電的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備以太網(wǎng)供電技術(shù)（POE），支持饋電DC48V；適應(yīng)高溫、濕熱環(huán)境，要求工作溫度：-40～80℃，存儲(chǔ)溫度：-40～85℃，存儲(chǔ)濕度：0%～95%，無凝結(jié)。

    ３網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

    區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)既有其普遍性也有其特殊性，在組網(wǎng)方案中主要考慮以下幾個(gè)方面：

    （1）充分考慮多個(gè)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)特點(diǎn)，技術(shù)上遵循先進(jìn)性、實(shí)用性與成熟可靠性并重的原則，形成功能齊全的網(wǎng)絡(luò)解決方案。
    （2）能夠適應(yīng)戶外惡劣的環(huán)境要求，如超常的溫濕度范圍、震動(dòng)/抖動(dòng)、瞬時(shí)電壓/電流、塵埃和電磁干擾等。
    （3）因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從最根本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上簡化網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)及管理，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速隔離和定位，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
    （4）組網(wǎng)方案自身必須具備一定的故障排除及快速自愈功能，能夠針對設(shè)備故障、鏈路故障進(jìn)行自我診斷及快速排除，并實(shí)時(shí)報(bào)警。
    （5）對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人工維護(hù)、擴(kuò)容、或故障修復(fù)時(shí)應(yīng)該做到影響最小化，做到維護(hù)及擴(kuò)容對系統(tǒng)運(yùn)行無影響；故障修復(fù)只對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接終端有一定的影響。
    （6）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選取具備高實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的工業(yè)級產(chǎn)品。
    （7）組網(wǎng)方案必須具備兼容性，能夠無縫連接不同廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備高性價(jià)比。
    （8）考慮到路口現(xiàn)場對可靠性的高要求，一般采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，避免了因單點(diǎn)故障對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹卮笥绊憽?br />
    根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的需求及區(qū)域交通信號控制智能化，結(jié)合歐邁特公司工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)性價(jià)比及網(wǎng)絡(luò)可靠性的綜合考慮，選用GOE210千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成區(qū)域冗余環(huán)網(wǎng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠，安全傳輸；選用OMATE1100P工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程供電，并將路口的4個(gè)方向集中至現(xiàn)場工控機(jī)。提出如下解決網(wǎng)絡(luò)方案,如圖1所示。

                     

                                             圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

    3.1方案說明

    區(qū)域交通信號控制網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備選用歐邁特千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)GOE210，安裝于各區(qū)域路口信號機(jī)柜中并構(gòu)建千兆冗余環(huán)網(wǎng)，啟用Jiffy Ring瞬間環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，保障了網(wǎng)絡(luò)通信的無擾動(dòng)切換，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間小于18ms。千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建環(huán)網(wǎng)的同時(shí)，利用主節(jié)點(diǎn)的GOE210的上聯(lián)千兆光口與各區(qū)域的三層以太網(wǎng)交換機(jī)通過光纖連接。采用GOE210的VLAN功能將信號控制、高清視頻監(jiān)控及綜合環(huán)境監(jiān)控等業(yè)務(wù)隔離，并將GOE210的各業(yè)務(wù)接入端口（交換機(jī)端口）采取相應(yīng)帶寬限制設(shè)置；同時(shí)禁用其他未接入業(yè)務(wù)的端口，為了防止誤接入導(dǎo)致交換網(wǎng)絡(luò)的中斷等等安全問題。

    選用歐邁特POE工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器OMATE1100P提供于高清視頻傳輸和以太網(wǎng)供電，將路口的各方向集中傳至現(xiàn)場工控機(jī)內(nèi)作為本地存儲(chǔ)，再將工控機(jī)中的抓拍圖片、視頻錄像和少部分的實(shí)時(shí)視頻上傳監(jiān)控中心。GOE210和OMATE1100P采用IP40防護(hù)等級設(shè)計(jì)，便于安裝于路口機(jī)柜或機(jī)箱內(nèi)，能適應(yīng)如強(qiáng)電磁干擾、塵土、高溫、低溫、潮濕、振動(dòng)、靜電等惡劣的工作環(huán)境。

    3.2方案優(yōu)越性

    3.2.1高安全

    提供完整的安全體系結(jié)構(gòu)，覆蓋了系統(tǒng)的各個(gè)層面，采用了包括認(rèn)證、授權(quán)、端口綁定、VLAN等系列的安全措施，確保網(wǎng)絡(luò)的安全性。千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)GOE210和工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器OMATE1100P電源均為AC220V，無需外接適配器，避免了電源適配器故障所造成的網(wǎng)絡(luò)通信異常。電源接口也做了防水處理，配備有旋緊螺母。

    3.2.2高效率

    提供高品質(zhì)QoS保證，為不同的業(yè)務(wù)提供不同優(yōu)先級服務(wù)，根據(jù)優(yōu)先級確定帶寬，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的高效率。以及對相應(yīng)的業(yè)務(wù)端口設(shè)置帶寬限制。

    3.2.3高可靠性

    支持業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的Jiffy Ring瞬間環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)、高品質(zhì)工業(yè)產(chǎn)品、冗余電源設(shè)計(jì)、端到端可管理技術(shù)，滿足了系統(tǒng)對于可靠性的要求。

    3.2.4易維護(hù)網(wǎng)絡(luò)

    除提供方便的Web方式訪問外，還支持SNMP、RMON管理，方便與第三方設(shè)備實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一管理。

    4 設(shè)備特點(diǎn)

    4.１GOE210千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)

    4.1.1區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝于各區(qū)域路口信號機(jī)柜中。對區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求：

    （1）提供至少6個(gè)10/100自適應(yīng)的電口；端口符合IEEE802.3相關(guān)協(xié)議；支持全半雙工手動(dòng)配置和自協(xié)商模式。
    （2）提供至少3個(gè)1000M的光接口（固定式和模塊化均可）；至少1個(gè)單模單纖1000M光口,2個(gè)單模雙纖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）背板帶寬要求≥6.4Gbps， MAC地址表≥4K
    （5）CPU應(yīng)具備良好的安全機(jī)制；用戶分級、認(rèn)證和口令保護(hù)；支持AAA/TACACS/RADIUS集中認(rèn)證、授權(quán)；用戶源IP地址限制。
    （6）支持瞬間環(huán)網(wǎng)協(xié)議，自愈時(shí)間小于50ms，支持單環(huán)、環(huán)相切、環(huán)相交、環(huán)加鏈等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
    （7）完善的優(yōu)先級、隊(duì)列調(diào)度和擁塞控制等QoS機(jī)制；支持廣播速率限制；支持ACL；支持端口流量限速和流量整形；支持Cos/Tos和基于端口的優(yōu)先級設(shè)定。
    （8）支持基于端口、VLAN的鏡像；支持端口捆綁。
    （9）支持TELNET、CONSOLE、命令行接口（CLI配置；支持SNMPv1v2v3、RMON；支持分級告警；支持系統(tǒng)日志。
    （10）平均無故障時(shí)間（MTBF) 25年。
    （11）符合EMC：IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11。
    （12）安裝方式：可在19英寸機(jī)柜內(nèi)機(jī)架式固定安裝。
    （13）工作溫度：-40～+75 ℃；工作濕度：5～95 % (無凝露)；抗振動(dòng)：10～2000Hz，2.0g；抗沖擊：加速度>30g；防護(hù)等級：IP40。
    （14）支持交流供電方式；支持AC220V供電電壓；典型功耗≤300W；設(shè)備電源提供過載、過壓保護(hù)。

    推薦選用歐邁特千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)GOE210（圖1）提供3個(gè)SFP千兆接口，6個(gè)10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。構(gòu)建千兆冗余環(huán)網(wǎng)，啟用Jiffy Ring瞬間環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，保障了網(wǎng)絡(luò)通信的無擾動(dòng)切換，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間小于18ms。在構(gòu)建千兆冗余環(huán)網(wǎng)的同時(shí)，同時(shí)利用主節(jié)點(diǎn)的GOE210的上聯(lián)千兆光口與各區(qū)域的三層以太網(wǎng)交換機(jī)通過千兆光纖連接。

                     

                             圖2 千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)GOE210

    4.1.2主要技術(shù)參數(shù)

    （1）6個(gè)10/100自適應(yīng)的FE端口；全半雙工手動(dòng)配置和自協(xié)商模式；3個(gè)1000M的SFP光接口（模塊化）。
    （2）32Gbps高背板帶寬；MAC地址大小8K。
    （3）符合IEEE802.3，802.3u，802.3z，802.3x，802.1d（STP），802.1p（流量優(yōu)先權(quán)控制），802.1q（VLAN標(biāo)準(zhǔn)），802.1w（RSTP），802.3ad（鏈路聚合）協(xié)議等。
    （4）支持單環(huán)、環(huán)相切、環(huán)加鏈等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；支持瞬間環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)Jiffy-Ring，保障了網(wǎng)絡(luò)通信的無擾動(dòng)切換，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間小于18ms。
    （5）完善的優(yōu)先級、隊(duì)列調(diào)度和擁塞控制等QoS機(jī)制；支持廣播速率限制；支持ACL；
支持端口流量限速和流量整形；支持Cos/Tos和基于端口的優(yōu)先級設(shè)定。
    （6）支持AC220V交流供電電壓;設(shè)備電源提供過載、過壓保護(hù)。
    （7）支持端口鏡像、端口聚合（每組多達(dá)8個(gè)）。
    （8）超級終端模式（CLI），TELNET，WEB網(wǎng)元管理軟件；支持SNMP V1/V2c/V3協(xié)議，可遠(yuǎn)程監(jiān)控；各端口支持RMON（遠(yuǎn)程監(jiān)控）功能的統(tǒng)計(jì)、歷史、告警、事件四個(gè)組，支持安全防護(hù)配置和控制功能。
    （9）抗振動(dòng):10～2000Hz，2.0g；抗沖擊:加速度>30g；金屬外殼，IP40防護(hù)；符合EMC:IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11；運(yùn)行溫度:-40~80℃，保存溫度：-40~85℃，相對濕度:0~95%無冷凝。
    （10）平均無故障時(shí)間（MTBF）大于34 年。

    4.2 POE工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器

    POE工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器安裝于路口機(jī)柜或機(jī)箱內(nèi)，對高清視頻傳輸和以太網(wǎng)遠(yuǎn)程供電的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求：

    (1）安裝方式：獨(dú)立安裝方式；
    (2）環(huán)境溫度：-30～70℃；
    (3）存儲(chǔ)溫度：-40～85℃；
    (4）相對濕度：5%～95%；
    (5）防護(hù)等級：IP30；
    (6）2個(gè)10/100M以太網(wǎng)端口，均支持饋電DC48V；
    (7）符合工業(yè)級電磁兼容的要求。

    OMATE1100P是北京歐邁特?cái)?shù)字技術(shù)有限責(zé)任公司為適應(yīng)城市交通、高速公路、無線基站等現(xiàn)場強(qiáng)電磁干擾、振動(dòng)、塵土、高溫、低溫、潮濕環(huán)境而研制的POE工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器。可以提供2個(gè)10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)POE接口（RJ45），1個(gè)100M光接口。

    (1）符合IEEE802.3，802.3x等；
    (2）運(yùn)行溫度：-40-80℃，保存溫度：-40-85℃，相對濕度：0-95%無冷凝；
    （3）金屬外殼，IP40防護(hù)等級；
    （4）符合工業(yè)級電磁兼容的要求；
    （5）平均無故障時(shí)間（MTBF）大于34 年。

    推薦選用歐邁特POE工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器Omate1100P（圖2）提供1個(gè)百兆光口， 2個(gè)10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)POE接口（RJ45）；均支持饋電DC48V；供電：AC220V，高可靠航空接頭。

                           

                    圖3 POE工業(yè)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器Omate1100P 

    5 結(jié)語　　

    北京歐邁特?cái)?shù)字技術(shù)有限責(zé)任公司為區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)提供專家級解決方案。采用先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路口信號控制的有效監(jiān)控，保障了整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議也為其他業(yè)務(wù)的接入提供了便利。

    注：主要術(shù)語詮釋：

    Jiffy-Ring：歐邁特公司自主開發(fā)的瞬間環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)出故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到冗余備份線路，自愈時(shí)間小于18ms.　

    POE技術(shù)： POE (Power Over Ethernet)是指使用傳統(tǒng)網(wǎng)線為基于IP的終端，傳輸數(shù)據(jù)信號的同時(shí)還為其提供電源供應(yīng)的技術(shù)。供電標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)。