北引自動化系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡設計

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

北引自動化系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡設計

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統(tǒng)建設內(nèi)容包括監(jiān)控系統(tǒng)(干渠閘站監(jiān)控子系統(tǒng)、干渠視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、干渠堤防工程安全監(jiān)測子系統(tǒng)、氣象及地下水位監(jiān)測子系統(tǒng)、凍害防治監(jiān)測子系統(tǒng))、通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)設計為滿足管理與決策需求，實現(xiàn)工程統(tǒng)一調(diào)度、運行參數(shù)校核、應急事故處理、工程數(shù)據(jù)錄入處理、報表生成及打印及信息發(fā)布等功能，建設了集管(管理)、控(監(jiān)控)、監(jiān)(監(jiān)視)為一體的黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統(tǒng)提供堅實的基礎。

引嫩擴建一期工程；計算機網(wǎng)絡；網(wǎng)絡拓撲；網(wǎng)絡分區(qū)

0 前 言

尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程主要包括北引總干渠、紅旗干渠、友誼干渠。北部引嫩渠首位于尼爾基水庫壩下約28km處，渠首采用閘壩結合的布置型式。樞紐總長5592.5m，由土壩、進水閘、泄洪閘、溢流壩、固灘等組成，兩側與嫩江堤防銜接。該工程主要任務是滿足大慶、安達兩市工業(yè)和居民、沿線農(nóng)牧業(yè)灌溉和生態(tài)用水為目的的供水輸水工程。

北引總干渠上布置渠系建筑物94座，主要包括節(jié)制閘8座，分水閘10座，抽水站3座；引水干渠分水閘共4座。退水閘3座，坡水涵洞13座，坡水渡槽3座，坡水渡槽有交通要求。鐵路橋3座，公路橋5座，農(nóng)橋39座。其他建筑物有交通設施的11座。河渠交叉建筑物共有2處。紅旗干渠全長39.4km。紅旗干渠渠道上共布置建筑物13座，進水閘2座，農(nóng)道橋6座，倒虹吸1座，跌水3座，節(jié)制閘1座。友誼干渠長26.7km，主要任務是為向中引補水，實現(xiàn)北、中引聯(lián)合調(diào)度。友誼干渠共包括進水閘1座，節(jié)制閘1座，跌水3座。公路橋2座，鐵路橋1座，農(nóng)道橋6座。倒虹吸1座，涵洞4座。

黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統(tǒng)建設內(nèi)容包括監(jiān)控系統(tǒng)(干渠閘站監(jiān)控子系統(tǒng)、干渠視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、干渠堤防工程安全監(jiān)測子系統(tǒng)、氣象及地下水位監(jiān)測子系統(tǒng)、凍害防治監(jiān)測子系統(tǒng))、通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)。

1 計算機網(wǎng)絡設計原則

引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統(tǒng)根據(jù)管理職能設置1個總控中心、4個分控中心、2個管理中心及43個管理站/監(jiān)控站。系統(tǒng)應以先進成熟的網(wǎng)絡通訊技術為手段進行組網(wǎng)，支持數(shù)據(jù)、語音和視頻等多媒體應用，具有標準化及開放性、靈活性和兼容性、可擴展性和開放能力、可管理性、可靠性和可用性、安全性與保密性、實用性和經(jīng)濟性，在有限的投資中構造一個性能最佳的實用性的計算機網(wǎng)絡。

2 計算機網(wǎng)絡拓撲結構選擇

計算機網(wǎng)絡拓撲結構主要包括總線型網(wǎng)絡、環(huán)型網(wǎng)絡、星型網(wǎng)絡、樹型網(wǎng)絡和網(wǎng)狀型網(wǎng)絡。

總線拓撲結構中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于局域網(wǎng)的連接,總線一般采用同軸電纜或雙絞線。 該結構便于安裝及擴展,由于各個節(jié)點共用一個總線作為數(shù)據(jù)通路,信道的利用率高。但由于信道共享,連接的節(jié)點不宜過多且傳輸容量有限，可靠性及安全性差。

星型拓撲結構是一種以中央節(jié)點為中心的輻射式互聯(lián)結構。適用于局域網(wǎng),主要以雙絞線或同軸電纜作連接線路。星型拓撲結構安裝容易,結構簡單,費用低,通常以集線器(HUB)作為中央節(jié)點,便于維護和管理。

環(huán)型拓撲結構是將網(wǎng)絡節(jié)點連接成閉合結構。信號順著一個方向從一臺設備傳到另一臺設備,每一臺設備都配有一個收發(fā)器,信息在每臺設備上的延時時間是固定的。環(huán)型拓撲結構安裝容易,費用較低,電纜故障容易查找和排除。環(huán)型網(wǎng)絡的缺點是當節(jié)點發(fā)生故障時,整個網(wǎng)絡就不能正常工作。

樹型拓撲結構就像一棵“根”朝上的樹,與總線拓撲結構相比,主要區(qū)別在于總線拓撲結構中沒有“根”。樹型拓撲結構容易擴展、故障容易分離處理,缺點是整個網(wǎng)絡對根的依賴性很大,一旦網(wǎng)絡的根發(fā)生故障,整個系統(tǒng)就不能正常工作。

3 計算機網(wǎng)絡拓撲結構組建

控制中心計算機網(wǎng)絡的物理拓撲結構采用星型三級以太網(wǎng)絡結構，第一層次以冗余設置的萬兆核心交換機為連接的網(wǎng)段，提供若干千兆位交換模塊，其中千兆位帶寬用于連接各應用系統(tǒng)服務器、接入交換機、輔交換機、視頻工作站、圖形工作站、大屏幕工作站等設備，通過百兆位交換模塊接入其他工作站；第二層次是通過百兆位的輔交換機、光纖網(wǎng)絡，連接分控中心、控制站及各個管理站/管理所的監(jiān)控系統(tǒng)設備以及授權工作站；第三層次以千兆位接入交換機為連接設備，組建企業(yè)內(nèi)網(wǎng)并實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡的連接。網(wǎng)絡二、三級節(jié)點分別組建百兆快速星型以太網(wǎng)，利用高性能、多端口的基于標準的分布式交換機作為遠程連接主干、匯聚設備，滿足廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間帶寬及端口密度要求。

網(wǎng)絡中心設備以及其關鍵部件采用雙機雙網(wǎng)結構，主要硬件設備采用冗余配置，避免單點故障導致系統(tǒng)癱瘓。

圖1控制中心計算機網(wǎng)絡圖

4 計算機網(wǎng)絡配置

網(wǎng)絡中心設備以及其關鍵部件采用雙機雙網(wǎng)結構，主要硬件設備采用冗余配置，避免單點故障導致系統(tǒng)癱瘓。系統(tǒng)配置包括：獨立的各監(jiān)控子系統(tǒng)網(wǎng)段；獨立的視頻子系統(tǒng)網(wǎng)段；獨立的多點視頻會議網(wǎng)段；主網(wǎng)采用雙網(wǎng)結構(2臺核心交換機)；主系統(tǒng)由1臺GPRS通信服務器、2臺存儲服務器、1臺WEB服務器、1臺內(nèi)網(wǎng)服務器、1臺網(wǎng)關兼PAS服務器、1臺圖形工作站、1臺網(wǎng)管工作站、1臺物理隔離裝置、1臺路由器及2臺硬件防火墻組成。

1)web服務器1臺，擔負著對內(nèi)部局域網(wǎng)及外網(wǎng)的網(wǎng)絡服務。

2)圖形工作站1臺，小型機配置，實現(xiàn)可以輕松運行三維處理軟件，并對一些高清衛(wèi)星圖片進行高性能的分析和處理。并處理能夠解決并行渲染或合成等棘手的高性能圖形處理問題。

3)存儲服務器2臺，小型機配置，設計存儲服務器2臺和磁盤陣列一組，形成Oracle集群服務，保證重要數(shù)據(jù)的安全。

4)網(wǎng)關兼PAS服務器1臺，實現(xiàn)磁盤配額和文件權限管理，控制不同用戶間的訪問權限。要求有效的防病毒和黑客管理，建立訪問日志。

5)內(nèi)網(wǎng)服務器1臺，組建企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。

表1 控制中心計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)設備配置表

5 網(wǎng)絡分區(qū)

北引綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡基于計算機和網(wǎng)絡技術的業(yè)務需求，劃分為實時控制區(qū)(安全區(qū)Ⅰ)、非控制生產(chǎn)區(qū)(安全區(qū)Ⅱ)和管理信息大區(qū)(安全區(qū)Ⅲ)。

實時控制區(qū)(安全區(qū)Ⅰ)中的任務主要為閘門、泵站的實時監(jiān)控，以及水位、流量、電氣、電量等參數(shù)的采集通道。

非控制生產(chǎn)區(qū)(安全區(qū)Ⅱ)是干渠安全運行的必要環(huán)節(jié)，在線運行但不控制或?qū)刂频膶崟r性要求不高。

管理信息大區(qū)(安全區(qū)Ⅲ)是指生產(chǎn)控制大區(qū)以外的企業(yè)管理業(yè)務系統(tǒng)的集合。

安全區(qū)Ⅰ與安全區(qū)Ⅱ之間設置防火墻，安全區(qū)Ⅱ與安全區(qū)Ⅲ之間設置橫向物理隔離網(wǎng)閘。

6 網(wǎng)絡管理

一個完善的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡能夠穩(wěn)定可靠運行的保證。調(diào)度中心的業(yè)務是基于計算機網(wǎng)絡(包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng))，所以網(wǎng)絡管理對于我們的網(wǎng)絡來說是至關重要的。網(wǎng)絡管理做得好，用戶至少可以得到以下好處：

確保業(yè)務不致中斷，這對于信息廣域網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)是至關重要的；

高性能的網(wǎng)絡有助于提高工作效率和競爭力，網(wǎng)絡管理員必須確保這些網(wǎng)絡應用能順利運行；

可以確保網(wǎng)絡的規(guī)模和性能隨網(wǎng)絡的擴展而增長，不致于拖業(yè)務的后腿；可以確保數(shù)據(jù)的安全性和一致性；

降低網(wǎng)絡維護的成本。

7 結 語

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)設計為滿足管理與決策需求，實現(xiàn)工程統(tǒng)一調(diào)度、運行參數(shù)校核、應急事故處理、工程數(shù)據(jù)錄入處理、報表生成及打印及信息發(fā)布等功能，建設了集管(管理)、控(監(jiān)控)、監(jiān)(監(jiān)視)為一體的黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統(tǒng)提供堅實的基礎。

[1]中國灌溉排水發(fā)展中心.大型灌區(qū)信息化建設技術指南[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

1007-7596(2017)08-0128-03

2017-07-20

李達(1983- )，男，吉林松原人，工程師；葉江南(1981- )，男，福建壽寧人，工程師。

TP393.07

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