工業(yè)以太網(wǎng)在地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

宋鴻昇 王 瑞

（1.天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，300070，天津；2.百通赫思曼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司，100025，北京／／第一作者，工程師）

0 概述

以太網(wǎng)技術(shù)憑借其優(yōu)越的性能、良好的兼容性和操作性，成為目前市場(chǎng)占有率超過(guò)80%的首選局域網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)技術(shù)又可以按照不同的應(yīng)用領(lǐng)域分為商用以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)概念上的商用以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)擁有更多適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用需求的如下特點(diǎn)：

·應(yīng)用環(huán)境——工業(yè)應(yīng)用環(huán)境大多比較惡劣，可能要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有－40～＋70℃的工作溫度；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能面臨很強(qiáng)的灰塵、濕度、震動(dòng)、沖擊以及電磁干擾的影響，甚至?xí)霈F(xiàn)化學(xué)物質(zhì)對(duì)于設(shè)備電路板的腐蝕。

·安裝方式——控制級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備會(huì)與控制設(shè)備安裝在統(tǒng)一的控制柜內(nèi)，使用標(biāo)準(zhǔn)的35mm卡軌式安裝方式，24V低壓直流供電，連接PLC（可編程邏輯控制器）、RTU（遠(yuǎn)程傳輸單元）等控制終端。

·可靠性要求——工業(yè)應(yīng)用大多屬于“關(guān)鍵應(yīng)用”，無(wú)法容忍網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的中斷，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有極高的可靠性和極低的故障率，對(duì)于設(shè)備元器件選擇和測(cè)試具有更高的標(biāo)準(zhǔn)。

·實(shí)時(shí)性要求——工業(yè)應(yīng)用在要求通信網(wǎng)絡(luò)具有極低的通信延遲的同時(shí)，還要求其在出現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí)能夠極為快速地進(jìn)行收斂。

·安全性要求——工業(yè)應(yīng)用對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)具有很高的安全性要求，有時(shí)在實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格控制接入設(shè)備的前提下，會(huì)要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能對(duì)工業(yè)應(yīng)用中所使用的特殊通信協(xié)議進(jìn)行協(xié)議層的深度防護(hù)。

·認(rèn)證及標(biāo)準(zhǔn)——不同的工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提出相應(yīng)的國(guó)際（或國(guó)內(nèi)）認(rèn)證及標(biāo)準(zhǔn)，例如通用的UL 508和UL 1604，電力行業(yè)的IEC 61850－3和IEEE 1613，軌道交通行業(yè)的EN 50121和EN 50155，等等。

與其它大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化應(yīng)用相比，地鐵自動(dòng)化應(yīng)用具有線(xiàn)路長(zhǎng)、地下站環(huán)境特殊、實(shí)時(shí)性要求高和多業(yè)務(wù)多設(shè)備相結(jié)合等特點(diǎn)。從數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的角度來(lái)劃分，一個(gè)完整的地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)一般由多種子系統(tǒng)組成（見(jiàn)圖1）。其中，綜合交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（ISDS）即骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，通常隸屬于通信專(zhuān)業(yè)，閉路電視系統(tǒng)（CCTV）和廣播系統(tǒng)（PA）通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)；綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）包含環(huán)控系統(tǒng)（BAS）、電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PSCADA）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、門(mén)禁系統(tǒng)（ACS）和屏蔽門(mén)系統(tǒng)（PSD／SD）等多個(gè)子系統(tǒng)，目前存在兩種組網(wǎng)方式：依靠傳輸骨干網(wǎng)組網(wǎng)和采用工業(yè)以太網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)；信號(hào)系統(tǒng)包含列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、微機(jī)聯(lián)鎖（CI）系統(tǒng)和微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MSS）等子系統(tǒng)，一般獨(dú)立于傳輸骨干網(wǎng)之外，獨(dú)立組網(wǎng)；自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)通常依靠傳輸骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各車(chē)站間的互聯(lián)；辦公系統(tǒng)（OA）主要服務(wù)于各條地鐵線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)以及數(shù)據(jù)管理，其中的視頻會(huì)議系統(tǒng)（MCS）是最近幾年才出現(xiàn)的新需求。

圖1 地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)構(gòu)成圖

1 骨干網(wǎng)系統(tǒng)

骨干網(wǎng)系統(tǒng)是覆蓋整條地鐵線(xiàn)路的綜合性通信傳輸平臺(tái)，為各個(gè)接入的子系統(tǒng)提供不同類(lèi)型的接口，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)不同車(chē)站間的相互連接。目前較為常見(jiàn)的骨干網(wǎng)系統(tǒng)有光傳輸設(shè)備骨干網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備骨干網(wǎng)兩類(lèi)。

1.1 光傳輸設(shè)備骨干網(wǎng)

在地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)中，光傳輸骨干網(wǎng)通常是以MSTP（基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）、開(kāi)放式傳輸網(wǎng)（OTN）或彈性分組環(huán)（RPR）等光傳輸設(shè)備構(gòu)建而成的多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)。在每個(gè)站點(diǎn)（包括車(chē)輛段和控制中心）設(shè)置2臺(tái)光傳輸設(shè)備，分別連接構(gòu)成冗余的傳輸骨干網(wǎng)A網(wǎng)和B網(wǎng)。

相比于由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建而成的以太網(wǎng)骨干網(wǎng)，光傳輸設(shè)備骨干網(wǎng)具有如下優(yōu)勢(shì)：

·多種業(yè)務(wù)類(lèi)型使用統(tǒng)一的光纖通道進(jìn)行傳輸，更節(jié)省光纖資源。

·光傳輸設(shè)備除了有以太網(wǎng)接口，還具有更多種的業(yè)務(wù)接口類(lèi)型，如V35、2M、RS232等，可以通過(guò)設(shè)備直接傳輸模擬信號(hào)。

但是，使用光傳輸設(shè)備構(gòu)成的骨干網(wǎng)也具有以下缺點(diǎn)：

·光傳輸設(shè)備品種不如以太網(wǎng)設(shè)備多，同時(shí)，由于傳輸設(shè)備自身的數(shù)據(jù)包封裝和傳輸機(jī)制，導(dǎo)致傳輸設(shè)備在以IP數(shù)據(jù)類(lèi)型為主體的地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)中的傳輸效率要低于以太網(wǎng)設(shè)備。

·用戶(hù)通常需要維護(hù)兩種不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：光傳輸骨干網(wǎng)設(shè)備和子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接入的以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，這樣就增大了設(shè)備配置、維護(hù)及故障定位分析的難度。

1.2 工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備骨干網(wǎng)

隨著通信設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化程度的不斷提高，由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成的骨干網(wǎng)系統(tǒng)越來(lái)越多地出現(xiàn)在地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)中。圖2所示即為天津地鐵2、3號(hào)線(xiàn)使用萬(wàn)兆級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)所構(gòu)成的骨干網(wǎng)系統(tǒng)。

圖2 天津地鐵2、3號(hào)線(xiàn)骨干網(wǎng)系統(tǒng)

相比于傳輸設(shè)備骨干網(wǎng)，由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)所構(gòu)成的骨干網(wǎng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

·工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)品牌眾多，具有良好的兼容性，同時(shí)，基于萬(wàn)兆級(jí)別的骨干網(wǎng)可以為系統(tǒng)提供更高級(jí)別的傳輸帶寬。

·對(duì)用戶(hù)方而言，骨干網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備統(tǒng)一，更方便于配置、管理及維護(hù)。

·使用工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成的骨干網(wǎng)可以極大地降低通信系統(tǒng)成本。

由工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備所構(gòu)成的骨干網(wǎng)系統(tǒng)也具有相應(yīng)的缺點(diǎn)：所能提供的業(yè)務(wù)接口類(lèi)型較少，通常以以太網(wǎng)接口為主，其它非以太網(wǎng)業(yè)務(wù)需先經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)接入。然而，對(duì)于以IP數(shù)據(jù)為主體的地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)而言，該問(wèn)題并不是很?chē)?yán)重。

1.3 目前骨干網(wǎng)應(yīng)用模式

光傳輸設(shè)備骨干網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備骨干網(wǎng)兩種組網(wǎng)方式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在實(shí)際的項(xiàng)目及工程中，就出現(xiàn)了兩種方式相結(jié)合的骨干網(wǎng)組網(wǎng)方式：光傳輸骨干網(wǎng)仍然存在，但只負(fù)責(zé)如音頻視頻、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)等應(yīng)用的數(shù)據(jù)通信；其它應(yīng)用如綜合監(jiān)控、信號(hào)系統(tǒng)等，采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)獨(dú)立組網(wǎng)的方式，脫離光傳輸骨干網(wǎng)。該組網(wǎng)方式既保證了各系統(tǒng)之間的相互隔離，又可以為部分應(yīng)用提供更好的配置、管理及維護(hù)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，充分保證了系統(tǒng)的可靠性及安全性。

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

2.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)兩種組網(wǎng)方式

綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以分為兩類(lèi)：基于傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)和以太網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)。

基于傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)方式下，車(chē)站內(nèi)的綜合監(jiān)控交換機(jī)直接接入本站內(nèi)的骨干網(wǎng)光傳輸設(shè)備，通過(guò)光傳輸骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各車(chē)站綜合監(jiān)控業(yè)務(wù)內(nèi)設(shè)備的通信，如圖3所示。

圖3 基于傳輸系統(tǒng)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)獨(dú)立組網(wǎng)的方式下，車(chē)站內(nèi)的綜合監(jiān)控交換機(jī)完全擺脫光傳輸設(shè)備，交換機(jī)與交換機(jī)間直接連接，通常構(gòu)成雙環(huán)型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完全由綜合監(jiān)控交換機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各車(chē)站綜合監(jiān)控業(yè)務(wù)內(nèi)設(shè)備的通信，如圖4所示。

圖4 以太網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)并具有綜合監(jiān)控系統(tǒng)的地鐵線(xiàn)路中，有超過(guò)三分之二的線(xiàn)路采用基于傳輸系統(tǒng)的組網(wǎng)方式；而正在規(guī)劃設(shè)計(jì)的新建地鐵線(xiàn)路卻恰恰相反，大部分線(xiàn)路都采用以太網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)的方式，只有少數(shù)線(xiàn)路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)仍然基于傳輸設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)。之所以出現(xiàn)如此巨大的變化，正是基于對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性及安全性的考慮，同時(shí)更方便于網(wǎng)絡(luò)配置及故障診斷。

2.2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的廣播域控制

綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)屬于中大型的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，會(huì)遇到一個(gè)很直接的問(wèn)題——廣播域控制。廣播風(fēng)暴是以太網(wǎng)自誕生起所需要面對(duì)的一種典型故障。常見(jiàn)的廣播風(fēng)暴有兩種：

第一種較為嚴(yán)重，是由于交換機(jī)邏輯鏈路形成環(huán)路，其廣播報(bào)文如同“滾雪球”一般形成規(guī)模越來(lái)越大的死循環(huán)，很快占滿(mǎn)所有帶寬，導(dǎo)致大面積設(shè)備的通信中斷。由于目前工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)二層收斂方面已經(jīng)非常穩(wěn)定，且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理軟件以及網(wǎng)絡(luò)管理人員的經(jīng)驗(yàn)可較為容易地判斷出此類(lèi)風(fēng)暴的故障點(diǎn)，因此，此類(lèi)廣播風(fēng)暴比較容易抑制。

第二種影響略輕，是由于終端設(shè)備網(wǎng)卡故障（或配置錯(cuò)誤）而不停向外發(fā)送廣播報(bào)文所導(dǎo)致。視廣播報(bào)文的流量大小，受此故障影響的終端設(shè)備或多或少，通常不會(huì)影響到所有的終端設(shè)備。但此類(lèi)故障發(fā)生非常偶然，比較難判斷故障點(diǎn)，故障的分析和排除對(duì)于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的要求較高。

不同于商用環(huán)境中服務(wù)器及PC所具有的強(qiáng)大網(wǎng)卡，工業(yè)環(huán)境中很多的自動(dòng)化設(shè)備（如PLC、RTU等控制終端），其網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)通信能力并不是很強(qiáng)，一般只需要少量的廣播包（少則100kbit／s，多則200～300kbit／s的廣播報(bào)文）就可以造成其網(wǎng)卡的通信阻塞。在這種情況下，輕則出現(xiàn)少量終端設(shè)備通信丟包、數(shù)據(jù)讀取及指令下發(fā)響應(yīng)變慢，嚴(yán)重的可能出現(xiàn)區(qū)域性甚至大面積的終端設(shè)備通信中斷。為了避免此類(lèi)故障的大范圍爆發(fā)，出現(xiàn)了綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)于廣播域控制的需求。

以一個(gè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的IP規(guī)劃為例：IP地址A.B.C.D，子網(wǎng)掩碼8位、16位或24位。其中，A代表線(xiàn)路名稱(chēng)；B代表業(yè)務(wù)類(lèi)型及區(qū)分雙網(wǎng)；C代表車(chē)站編號(hào)；D代表終端編號(hào)。例如，16號(hào)線(xiàn)5號(hào)車(chē)站A網(wǎng)的某個(gè)PSCADA終端，其IP將會(huì)是16.131.5.xxx；16號(hào)線(xiàn)3號(hào)車(chē)站B網(wǎng)的某個(gè)BAS終端設(shè)備，其IP將會(huì)是16.142.3.xxx。由此，顯而易見(jiàn)如下三種情況。

情況一：如果此時(shí)終端使用的是8位子網(wǎng)掩碼（255.0.0.0），意味著所有的綜合監(jiān)控設(shè)備均在同一網(wǎng)段內(nèi)，此時(shí)的廣播域最大。如果任何地點(diǎn)發(fā)生廣播風(fēng)暴，所有的綜合監(jiān)控終端設(shè)備都將會(huì)受到影響。此情況最不利于廣播域控制和故障診斷，稱(chēng)之為“完全二層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”。

情況二：如果此時(shí)終端使用的是16位子網(wǎng)掩碼（255.255.0.0），意味著所有的綜合監(jiān)控設(shè)備按照業(yè)務(wù)類(lèi)型劃分在不同的網(wǎng)段內(nèi)，此時(shí)的廣播域較大。如果PSCADA設(shè)備網(wǎng)段內(nèi)發(fā)生廣播風(fēng)暴，只會(huì)影響到全網(wǎng)的PSCADA終端，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的其它終端設(shè)備（如BAS）將不會(huì)受到影響。此情況仍不利于廣播域控制和故障診斷，稱(chēng)之為“二層加三層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”。

情況三：如果此時(shí)終端使用的是24位子網(wǎng)掩碼（255.255.255.0），意味著所有的綜合監(jiān)控設(shè)備按照業(yè)務(wù)類(lèi)型以及車(chē)站編號(hào)劃分在不同的網(wǎng)段內(nèi)，此時(shí)的廣播域最小。如果某個(gè)車(chē)站的PSCADA設(shè)備網(wǎng)段內(nèi)發(fā)生廣播風(fēng)暴，只會(huì)影響到該車(chē)站內(nèi)的PSCADA終端，其它車(chē)站的PSCADA設(shè)備及綜合監(jiān)控系統(tǒng)其它終端設(shè)備（如BAS）將不會(huì)受到影響。此情況有利于廣播域控制和故障診斷，稱(chēng)之為“完全三層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”。

以下為一個(gè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障實(shí)例：國(guó)內(nèi)某條地鐵線(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)使用獨(dú)立組網(wǎng)的方式構(gòu)成雙環(huán)型骨干網(wǎng)，雙網(wǎng)之間在每個(gè)車(chē)站均有互聯(lián)（見(jiàn)圖5）。某天夜間，位于控制中心的自動(dòng)化軟件突然告警：其中一個(gè)車(chē)站的所有PSCADA設(shè)備失去連接，但該車(chē)站其它業(yè)務(wù)正常，其它車(chē)站的PSCADA業(yè)務(wù)通信也正常。重啟交換機(jī)，不能使該車(chē)站的PSCADA設(shè)備恢復(fù)通信，最終通過(guò)重啟該站的PSCADA終端設(shè)備，通信得以恢復(fù)。依據(jù)當(dāng)時(shí)的故障現(xiàn)象分析，此故障是由于該車(chē)站內(nèi)某個(gè)PSCADA終端網(wǎng)卡故障所引起的。故障時(shí)，該網(wǎng)卡向外發(fā)送大量的ARP（Address Resolution Protocol）廣播報(bào)文（從此網(wǎng)絡(luò)的VLAN劃分及交換機(jī)當(dāng)時(shí)的反應(yīng)中確定是ARP報(bào)文），導(dǎo)致了該車(chē)站PSCADA終端設(shè)備網(wǎng)卡阻塞，與控制中心失去連接。重啟交換機(jī)無(wú)法處理此故障，必須消除廣播源。

圖5 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障實(shí)例

從該實(shí)例中可以看出地鐵綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)控制廣播域規(guī)模的重要性。如果這個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用的是二層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃或者是二層加三層的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，那么，這個(gè)故障就不是只影響某個(gè)車(chē)站的PSCADA終端設(shè)備，而是至少影響到全網(wǎng)的PSCADA終端，甚至是綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的所有終端。更為糟糕的是，此類(lèi)突然發(fā)生的由網(wǎng)卡故障所引起的廣播風(fēng)暴，網(wǎng)絡(luò)管理軟件中通常不會(huì)有非常明顯的故障提示，僅會(huì)報(bào)告帶寬占用過(guò)高甚至根本沒(méi)有報(bào)告，這給故障的定位和處理帶來(lái)很大的難度。

3 信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

信號(hào)系統(tǒng)是地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性、實(shí)時(shí)性要求最高的子系統(tǒng)，其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有著明顯的工業(yè)化要求：

·信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝環(huán)境惡劣，施工前期會(huì)面對(duì)大量的灰塵，且地下站內(nèi)濕度非常大，部分線(xiàn)路可能達(dá)到95%甚至更高的濕度環(huán)境，普通商用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法勝任此類(lèi)嚴(yán)苛環(huán)境。

·信號(hào)系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有非常高的可靠性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的嚴(yán)重故障可能會(huì)影響到列車(chē)的正常運(yùn)行。

·信號(hào)系統(tǒng)要求其網(wǎng)絡(luò)具有非常高的實(shí)時(shí)性，通常要求單點(diǎn)故障所引起的網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間需小于50ms。商用設(shè)備在使用快速生成樹(shù)（RSTP）協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足此類(lèi)要求。

基于以上特殊要求，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)信號(hào)系統(tǒng)都采用工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成信號(hào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)。幾乎所有的信號(hào)系統(tǒng)集成商均會(huì)選取一家或多家工業(yè)以太網(wǎng)品牌作為其長(zhǎng)期合作伙伴，同時(shí)，不同的信號(hào)系統(tǒng)集成商對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)也有著各自不同的特點(diǎn)。

（1）信號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)方式一：圖6為北京地鐵15號(hào)線(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（不包括軌旁無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)），整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)由5個(gè)環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，依據(jù)業(yè)務(wù)劃分分別為ATS系統(tǒng)N網(wǎng)、R網(wǎng)，CI系統(tǒng)N網(wǎng)、R網(wǎng)，以及微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MSS）單網(wǎng)。

圖6 信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)例一

（2）信號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)方式二：圖7為天津地鐵2、3號(hào)線(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（包括軌旁無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)），整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)由兩個(gè)環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，骨干網(wǎng)交換機(jī)位于信號(hào)集中站內(nèi)。各子系統(tǒng)中，ATS子系統(tǒng)在各車(chē)站內(nèi)構(gòu)成雙環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，并在設(shè)備集中站內(nèi)接入信號(hào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)；位于設(shè)備集中站內(nèi)的CI及MSS等子系統(tǒng)直接接入骨干網(wǎng)交換機(jī)。

圖7 信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)例二

從上述應(yīng)用實(shí)例可以看出，信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一般完全獨(dú)立于地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)其它網(wǎng)絡(luò)（北京地鐵6號(hào)線(xiàn)除外），只在控制中心處與其它系統(tǒng)有相應(yīng)的接口。目前國(guó)內(nèi)的信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以多環(huán)網(wǎng)為主，同時(shí)多環(huán)網(wǎng)之間物理相互隔離，充分保證了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的冗余性、可靠性和安全性。

4 AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

AFC系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)購(gòu)票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)等全過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通?；诠鈧鬏斚到y(tǒng)骨干網(wǎng)而存在，利用光傳輸骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各車(chē)站AFC交換機(jī)之間的互聯(lián)。早期的AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用單網(wǎng)、單核心交換機(jī)的應(yīng)用方式；近幾年隨著對(duì)于網(wǎng)絡(luò)冗余性、可靠性認(rèn)識(shí)的提高，AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了多種不同的變化，如雙核心交換機(jī)、雙上聯(lián)線(xiàn)以及三層的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

圖8所示為成都地鐵2號(hào)線(xiàn)及北京地鐵大興線(xiàn)AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。在該網(wǎng)絡(luò)中，使用了雙核心交換機(jī)、車(chē)站AFC交換機(jī)雙線(xiàn)上聯(lián)以及完全三層的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)的城市軌道交通正處于一個(gè)高速發(fā)展的階段，地鐵線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)及管理的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的依賴(lài)程度也隨之提高，越來(lái)越多的用戶(hù)和設(shè)計(jì)者開(kāi)始關(guān)注地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性和管理性問(wèn)題，因此工業(yè)以太網(wǎng)面臨著更多的責(zé)任和挑戰(zhàn)。只有設(shè)計(jì)合理、實(shí)施正確并且管理健全的地鐵自動(dòng)化信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，才能為用戶(hù)提供長(zhǎng)期可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而保證地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

圖8 AFC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)例

［1］郭曉蒙.地鐵設(shè)備自動(dòng)化現(xiàn)狀及展望［J］.都市快軌交通，2005（10）：14.

［2］黃昱.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及優(yōu)化［J］.城市軌道交通研究，2010（10）：63.

［3］李中.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究［J］.城市軌道交通研究，2008（10）：44.

［4］王錫波.簡(jiǎn)析深圳地鐵一期信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2010（4）：21.

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