工業(yè)級交換機在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

摘要：本文結合地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)對工業(yè)級交換機的應用，對工業(yè)級交換機進行分析，從民用交換機和工業(yè)級交換機的對比、工業(yè)級交換機的技術說明和市場等角方面做出簡單的介紹。

關鍵詞：地鐵 綜合監(jiān)控系統(tǒng) 工業(yè)級交換機

1 概述

目前，全國已有北京、上海、廣州、深圳、南京、天津、重慶、武漢、西安、成都、沈陽等多個城市的軌道交通投入運營，城市軌道交通的正處于蓬勃發(fā)展的時期。其中綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為城市軌道交通中一個非常重要的系統(tǒng)，也發(fā)揮著關鍵的作用。本文針對組建綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干網的重要硬件設備——工業(yè)級交換機進行簡要分析。

2 交換機的應用組網方式

綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨立組網，利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)自身工業(yè)級

以太網交換機及通信系統(tǒng)提供的光纖獨立組建工業(yè)級以太網。

3 工業(yè)級交換機

3.1 工業(yè)級交換機簡介 工業(yè)以太網交換機（Industrial etherent switch）是滿足工業(yè)現場需要，技術上與商業(yè)以太網交換機兼容，而實時通訊、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)境適應性等各方面要求高于商業(yè)以太網交換機的一種以太網設備。

3.2 工業(yè)級交換機和民用交換機的比較 換功能上基本一致，但有很多方面存在著區(qū)別。首先在設計上以及在元器件的選用上，產品的強度和適用性方面更能滿足工業(yè)現場的需要；其次在模塊擴展方面也表現的更為靈活，有多種光口和電口可供選配；還有在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業(yè)現場的需要。另外工業(yè)級交換機PCB板一般做“三防”處理。接下來我們可以從以下幾個方面確定在工業(yè)現場選用工業(yè)以太網交換機的必要性。（表一）。從長遠的方面來考慮，一般民用交換機的MTBF是3～5年，而工業(yè)級交換機的MTBF可高達15～50年，可靠性遠遠高于民用交換機；另外，工業(yè)級以太網交換機自身具有很好的環(huán)網組建和自愈等優(yōu)越條件，又僅占用了通信系統(tǒng)提供的光纖，大大提高了整個系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性和將來調試的便利性。

目前大部分城市在建設綜合監(jiān)控系統(tǒng)時，建議綜合監(jiān)控

采用通信系統(tǒng)提供的光纖、利用工業(yè)級交換機硬件獨立組網。

4 工業(yè)級交換機關注問題

4.1 熱設計 現代電子設備所用的電子元器件的密度越來越高，這將使元器件之間通過傳導、輻射和對流產生熱耦合。因此，熱效應已經成為影響電子元器件失效率的一個最重要的因素。對于某些電路來說，可靠性幾乎完全取決于熱環(huán)境。資料表明：環(huán)境溫度每提高10℃，元器件壽命約降低1/2。這就是有名的“10℃法則”。我們分析其中用風扇散熱的24口網絡交換機的檢測報告，在環(huán)境溫度為30℃，40℃，50℃時，無風扇交換機和有風扇交換機的測試結果為：

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由此可見，溫度對于工業(yè)網絡產品的影響是非常大的，如果像民用交換機一樣采用風扇降溫，能夠有效降低機內溫度而延長設備的MTBF，但風扇本身的壽命又非常有限（2.28年）（由SANYO FAN DATA SHEET 給出的數據）。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的交換機設備，往往是一開機就常年運行，而且運行的環(huán)境也往往較惡劣，沙塵、昆蟲、潮濕都會直接影響風扇的運行。主動散熱性交換機在設計時散熱主要就是靠風扇散熱，一旦風扇失效而不及時更換，“10℃法則”將會起作用：機內環(huán)境溫度每提高10℃，元器件壽命就降低1/2。交換機的機內積熱將會快速導致交換機性能的下降，直至交換機崩潰。因此，工業(yè)交換機的散熱系統(tǒng)設計，顯的尤為重要。

4.2 背板帶寬 交換機的背板帶寬我認為從兩個方面來考慮：①所有端口容量X端口數量之和的2倍應該小于背板帶寬，可實現全雙工無阻塞交換，證明交換機具有發(fā)揮最大數據交換性能的條件。②滿配置吞吐量(Mpps)=滿配置GE端口數×1.488Mpps其中1個千兆端口在包長為64字節(jié)時的理論吞吐量為1.488Mpps。例如，一臺最多可以提供64個千兆端口的交換機，其滿配置吞吐量應達到64×1.488Mpps=95.2Mpps，才能夠確保在所有端口均線速工作時，提供無阻塞的包交換。

背板相對大，吞吐量相對小的交換機，除了保留了升級擴展的能力外就是軟件效率/專用芯片電路設計有問題；背板相對小，吞吐量相對大的交換機，整體性能比較高。背板帶寬的值相對來說很好確定和測量，但是吐量一般是個設計值，測試很困難的并且意義不是很大。

5 工業(yè)級交換機市場分析

工業(yè)級交換機主要由以下幾大品牌：①工業(yè)交換機領域的首創(chuàng)者，德國的赫斯曼Hirschmann，作為工業(yè)交換機的開創(chuàng)者者，赫斯曼品牌基本遍布于工業(yè)自動化領域的各個行業(yè)。2008年，赫斯曼被賣給了美國百通公司，從中國各城市地鐵的使用情況來看，赫斯曼的市場占有率還是很高的。②加拿大羅杰康Ruggedcom，專注于電力行業(yè)市場，在數字化變電站領域，基本做到了獨一無二的品牌知名度，純進口產品決定了其價格較高。③德國西門子SIEMENS，西門子并不是某一個單個產品的生產研發(fā)制造商，在2007年底，隨著市場的增長，組建了工業(yè)交換機小部門，開始推出自己的品牌，但是價格昂貴，但西門子的知名度還是較高的。④MRD子午線。MRD是英語Meridian的縮寫，中文翻譯過來就是子午線的意思。是美國的軍品制造商。該品牌被華僑注資引進國內后，成立了上海邁越顛公司，核心部件引進自美國，其他如生產工藝、制造、品質管理等全部在國內實現自主生產，目前在地鐵軌道交通行業(yè)的ISCS綜合監(jiān)控系統(tǒng)中有著廣泛應用，我國第一條無人駕駛地鐵上海10號線的工業(yè)級交換機，全部使用MRD子午線產品。⑤MOXA，來自臺灣的四零四工廠（即民國四十年）某學校四班的幾個同學一起成立的這個公司，主要以串口通信卡聞名全球，MOXA產品性能有幾款產品還是非常不錯的，對于國產產品來說，價格也適中，也占有一定的市場占有率。⑥東土KYLAND。東土品牌可謂是民族工業(yè)交換機第一品牌，研發(fā)、生產、銷售體系，來源于國有資產的大唐什維電信公司，價格低廉。⑦其他很多的品牌，包括國外和國內品牌，不一一列舉，主要有以下這些品牌：美國的Garrettcom、N-Tron、SIXNET、德國的菲尼克斯等；國內（包含臺灣地區(qū)）有研華、煙臺正維、北京歐邁特、蘇州恒啟等品牌，另有上海兆越、三旺通信等，基本致力于中低端產品，價格較為便宜。

6 結束語

本文以地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網建設實施為依托，對工業(yè)級交換機與普通交換機進行對比，對技術指標和市場品牌簡介等方面給出了簡要的闡述，結合實際需求，選擇適合的系統(tǒng)方案和產品。