光纖通信技術(shù)在渠道長距供水信息系統(tǒng)中的設(shè)計與應用

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

光纖通信技術(shù)在渠道長距供水信息系統(tǒng)中的設(shè)計與應用

劉晨亮

技術(shù)論壇

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

長距離供水渠道地處偏遠，點多線長，采用信息化技術(shù)手段進行遠程集中控制成為必然，光纖通信技術(shù)作為遠控的基礎(chǔ)顯得尤為重要。文章介紹了南干渠供水信息系統(tǒng)中建設(shè)光纖通信系統(tǒng)的必要性和重要性，以及光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)鏈路和系統(tǒng)設(shè)備選型，以達到無人值班、少人值守、集中控制的設(shè)計目標。

渠道；長距供水；信息系統(tǒng)；光纖通信系統(tǒng)；信息安全

0 引 言

渠道供水系統(tǒng)運行管理涉及水文氣象、水情水調(diào)、控制調(diào)節(jié)及輸水建筑物安全等多方面內(nèi)容，具有隨機性、多目標性、實時性及受許多不確定因素影響等特點。

鑒于長距輸水干渠工程的特殊性，客觀上要求在長期的運行管理中盡可能減少現(xiàn)場運管人員，工程的管理只有依靠和綜合運用通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、相關(guān)供水專業(yè)的遠程測控、視頻語音、信息綜合分析與管理等先進技術(shù)，獲取和綜合分析處理相關(guān)信息，及時全面的掌握整個工程的運行工況，保證工程安全高效的運行[1]。

鑒于以上要求，南干渠采用光纖通信技術(shù)為基礎(chǔ)，建立起適應長距離輸水干渠工程特點的廣域測控和信息管理網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了工程管理自動化。

1 工程概述

南干渠沿渠線分布有渠首分水、節(jié)制、退水、支渠分水、干管分水各類型閘房48座，地跨鞏留和察布查爾兩個縣級地區(qū)。

沿渠架設(shè)有35kV輸變電線路，布設(shè)箱式變電站40座，將各變電站輸出的低壓電流接入各閘、啟閉機及監(jiān)測設(shè)備、照明設(shè)備、自動化系統(tǒng)，確保干渠運行用電。

同時利用輸變電工程的桿塔，沿渠線建設(shè)155M和622M的SDH光傳輸網(wǎng)，渠道各閘站通過光纖接入光傳輸網(wǎng)，基于以太網(wǎng)技術(shù)解決干渠沿渠各閘房和調(diào)度中心之間的通訊問題。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)架構(gòu)分為傳輸部分、網(wǎng)絡(luò)部分和信息安全3類。

2.1 傳輸系統(tǒng)設(shè)計

本工程利用35KV輸變電工程的桿塔，采用ADSS電力專用自承式8～16芯光纜落地到各個閘房，按照要求進行光纜接續(xù)工作，配備傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備解決干渠沿渠自動化的通訊問題。其中4～12芯作為傳輸主干光纜，4芯作為沿渠各個自動化站點的交換設(shè)備的級聯(lián)光纜。

光纜進入閘站機柜后，使用小型光纜終端盒接續(xù)，采用FC型耦合器以及FC型尾纖進行連接。同時配置一定數(shù)量的FC-LC和FC-FC跳纖，供設(shè)備之間互連和光纜纖芯的跳接使用。

南干渠傳輸網(wǎng)為工程區(qū)SDH傳輸骨干網(wǎng)一部分，分為鞏留段和察縣段兩部分。骨干網(wǎng)主要由專用電力線路伴行的OPGW光纜、ADSS光纜線路及分布在電廠、變電站內(nèi)的光傳輸設(shè)備組成，采用中興通訊的ZXMPS320設(shè)備組成保護環(huán)網(wǎng)，傳輸容量為622M。

鞏留段閘房利用沿線電廠和變電所內(nèi)安裝傳輸系統(tǒng)，將臨近閘房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備匯接至變電所網(wǎng)絡(luò)設(shè)備后與S320傳輸設(shè)備相連，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與指揮調(diào)度中心進行互聯(lián)。

察縣段傳輸系統(tǒng)根據(jù)環(huán)網(wǎng)需求設(shè)置海努克變電站核心結(jié)點一個，采用2.5G的ZXMP S330設(shè)備將整個工程區(qū)傳輸骨干網(wǎng)連接至數(shù)據(jù)控制調(diào)度中心。下設(shè)四個分支節(jié)點，端站節(jié)點使用中興通訊155M的ZXMP S200設(shè)備進行組網(wǎng)，其余閘站通過以太網(wǎng)技術(shù)連接至分支節(jié)點，從而完成對所有閘站水情、閘門自動化控制、視頻監(jiān)控、內(nèi)部電話的應用。為保證察縣段傳輸可靠性，在核心節(jié)點和端節(jié)點架設(shè)環(huán)形保護網(wǎng)。南干渠傳輸網(wǎng)拓撲圖見圖1。

圖1 南干渠傳輸網(wǎng)拓撲圖

干渠傳輸設(shè)備均為中興通訊模塊化設(shè)備，采用系統(tǒng)主板+插板的架構(gòu)，根據(jù)需要選配STM-16、STM-4、STM-1光接口和E1接口與各節(jié)點傳輸設(shè)備進行互聯(lián)對接[2]。

根據(jù)業(yè)務需要，配備FE端口以提供對MSTP應用的支持，其中4端口FE的業(yè)務板采用虛擬局域網(wǎng)的模式，選1個FE端口給管理區(qū)域網(wǎng)絡(luò)使用，選1個FE端口給控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)使用；6端口FE的業(yè)務板采用透傳模式，其FE端口只給控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)使用。重要單板都配置了1+1熱備份，網(wǎng)管使用中興通訊網(wǎng)元級網(wǎng)管ZXONM E300實現(xiàn)對一個網(wǎng)絡(luò)上所有ZXMP系列傳輸設(shè)備的實時管理。

2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

南干渠數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是依托自身的SDH傳輸系統(tǒng)為通信平臺，利用SDH技術(shù)采用全套Cisco的系列設(shè)備，包括交換、路由、安全等設(shè)備，建設(shè)了工程區(qū)專網(wǎng)，采用Cisco Solarwinds 網(wǎng)管系統(tǒng)進行專網(wǎng)內(nèi)的統(tǒng)一網(wǎng)管，通過以太網(wǎng)方式承載工業(yè)控制、閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)控、語音通訊等數(shù)據(jù)傳輸。

根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，南干渠海努克變電站是工程區(qū)622M傳輸環(huán)網(wǎng)的一個重要節(jié)點，同時與指揮調(diào)度中心伊寧市基地通過2.5G帶寬實現(xiàn)兩地傳輸之間的互聯(lián)，因此在伊寧基地設(shè)置1臺帶三層路由功能思科中檔模塊化4503交換機，此交換機滿配端口高達116個10/100/1000M自適應端口，帶三層路由功能[3]。

在海努克變電站配置1臺Cisco 2821路由器，實現(xiàn)南干渠察縣段各閘站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的匯集，同時提供不同VLAN間路由交換的作用。

配置1臺WS-C2960G-24TC-L千兆交換機，提供主機或終端的網(wǎng)絡(luò)接入；配置1臺山石網(wǎng)科公司千兆級SA-2010防火墻設(shè)備，實現(xiàn)控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)與管理區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間的邏輯隔離，同時提供對控制區(qū)域服務器的安全防護作用。

南干渠鞏留段變電站采用Cisco 2811路由器+(WS-C2960G-24TC-L)交換機配置，其余閘站配置IE3000交換機設(shè)備。察縣段分支節(jié)點配置Cisco 2811路由器+IE3000交換機，其余閘站均配置IE3000交換機。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖2。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

不同路由器通過SDH傳輸系統(tǒng)以MSTP組網(wǎng)方式實現(xiàn)互聯(lián)，組建各節(jié)點局域網(wǎng)。在有光端設(shè)備的節(jié)點，路由器通過100M以太網(wǎng)口與SDH傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)接口相連，通過MSTP技術(shù)將多個2M電路捆綁到一起，以實現(xiàn)路由器之間的高帶寬和平滑帶寬連接。這種組網(wǎng)方式不需要中心節(jié)點的路由器具有很高的2M端口密度，從而減少設(shè)備的成本投入。

在各閘站交換機與其上級管理交換機之間，采用Trunk方式進行互聯(lián)，這樣可以將各閘門監(jiān)控點上VLAN信息透傳到上級交換機上。為了保證控制系統(tǒng)的帶寬不被監(jiān)控系統(tǒng)擠占，在路由器上運行QOS。

2.3 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計

根據(jù)應用的分類，南干渠在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上建立工業(yè)控制區(qū)域、視頻監(jiān)控區(qū)域、語音通訊區(qū)域3個相對獨立的區(qū)域，這3個區(qū)域在數(shù)據(jù)交換機上有各自相對應的VLAN ID和IP地址。

在各分支節(jié)點，均采用路由器+交換機的方式，組建各節(jié)點局域網(wǎng)，安全設(shè)計采用單臂路由二層Vlan技術(shù)將不同的安全區(qū)域隔離開，使各安全區(qū)域間的相互通信必須經(jīng)過路由器，這樣就可以在路由器上采用ACL過濾技術(shù)，實現(xiàn)各安全區(qū)域間的安全。

因此，區(qū)域間的邏輯隔離是由交換設(shè)備利用VLAN技術(shù)實現(xiàn)，區(qū)域間的互通是由路由設(shè)備實現(xiàn)，這樣在路由設(shè)備上通過相應的訪問控制策略，可以自由的限制區(qū)域間的互通。同時，通過路由器也起著隔離廣播的作用。網(wǎng)絡(luò)示意圖見圖3。

圖3 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計示意圖

3 結(jié) 論

該光纖通信系統(tǒng)建設(shè)的目標是建立一個能夠適應輸水干渠工程特點的廣域測控、信息管理網(wǎng)絡(luò)，完成輸水工程水利信息現(xiàn)代化建設(shè)，實現(xiàn)輸水工程信息采集規(guī)范化、自動化和數(shù)字化，實現(xiàn)工程管理自動化。

貫徹安全輸水、精確量水、工程實時安全檢測、科學及時有效調(diào)度的指導思想，使該系統(tǒng)高效可靠、先進實用，從而實現(xiàn)干渠輸水工程管理的現(xiàn)代化。

通過光纖通信技術(shù)的設(shè)計與應用，實現(xiàn)了既定目標，大大減少了工程運行維護人員的數(shù)量和工作量，實現(xiàn)了“少人值班、無人值守”的目標，取得了較好的應用效果和經(jīng)濟效益。

[1]付恒飛.淺析信息系統(tǒng)在北疆工程渠道運行管理的應用[J].新疆水利，2013(04)：15-17.

[2]程洪波.光纖通信在水庫安監(jiān)系統(tǒng)中的應用[J].海峽科學，2009(04)：66-67.

[3]楊永春，沈俊江，潘自林.SDH光纖同步數(shù)字傳輸網(wǎng)在泵站改造中的應用[J].寧夏工程技術(shù),2011，10(04)：359-361.

Design and Application of Optical Fiber Communication Technology in Water Supply Information System in Long Distance Channel

LIU Chen-liang

(Xinjiang Yili River Basin Development and Construction Management Bureau，Urumqi 830000，China)

Long distance water supply channel is located in a remote place，and characteristic of more water supply points and long distance.Remote centralized control becomes inevitable，especially using the optical fiber communication technology as the foundation of remote control.This paper introduces the importance and necessity of the construction of optical fiber communication system，and optical fiber communication system structure，system link and system equipment type selection in the South Main Canal of water information system in order to achieve the design goal of unmanned，unattended operation，centralized control.

channel；long distance water supply；information system；optical communication systems；information security

1007-7596(2015)01-0022-03

2014-04-12

劉晨亮(1981-)，男，新疆伊寧人，工程師，從事水利行業(yè)傳輸、視頻監(jiān)控和遠程自動化控制等系統(tǒng)建設(shè)及運行管理工作。

TP315；TV

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