冗余以太环网

冗余以太环网（精选四篇）

冗余以太环网 篇1

1 系统概述

本工程为郑州火车站西出口工程 (包括郑州西站房、高架候车室、进出站地道如图1所示) , 其中西站房建筑总面积为12000m2, 高架候车室建筑总面积为6200m2, 进出站地道2500m2。郑州主站房为既有站房, 主站房既有变电所没有配备设备监控系统, 郑州西出口工程新设机电设备监控系统, 具有良好的扩充性, 具备主站房既有变电所机电设备监控纳入条件。

本系统使用研华提供的整套楼宇自控解决方案, 包括上位机软件、通讯网络设备和以太网控制器DDC。

2 系统组成

本系统由中央监控站、现场控制器、其他监控子系统 (如中央空调监控子系统、低压变配电智能监控子系统等) 、传感器、执行机构及通信网络组成。

(1) 中央监控站

设于站房综合控制室, 由工作站、服务器、管理网络、电子值班系统、打印机及UPS等组成, 负责站房内所有机电设备的监视和控制, 提供与FAS系统的通信接口, 在发生火灾时接收FAS火灾信息执行火灾模式, 并预留与上级MIS或监控系统的数据转发接口。

(2) DDC现场控制器

在机电设备相对集中的现场设置DDC, 完成对通风、空调、照明、给排水设备等的监控。

DDC采用以太网及TCP/IP网络技术, 直接接入监控层工业以太网;内嵌Web服务器, 无需特定的软件, 只需使用通用浏览器 (如IE) 便可以进行基本监控;扩展灵活方便, 通过内部总线即可扩展输入/输出模块。

(3) 其他监控子系统

站房监控子系统包括中央空调监控子系统、低压变配电智能监控系统、应急照明系统及电扶梯智能控制器, 这些子系统通过必要的通信适配器接入就近区域工业以太网交换机, 纳入BAS中央监控站实现统一监控和调度管理。

(4) 现场传感器和执行机构

现场层包括各种传感器、智能仪器仪表、执行机构等, 负责机电设备运行状态的数据采集, 包括模拟量、交流量、开关量、脉冲量、数字量等;接收控制器和上级主站的命令, 通过开关、阀门 (执行器) 、调节器等输出控制;许多情况下, 现场需要配置手动操作机构, 以便现场维护、维修或紧急情况下完成操作任务。

(5) 通信网络

通信网络由管理网和监控网组成, 都采用以太网和TCP/IP网络协议, 管理网和监控网无缝集成。

3 网络结构

通信网络由中央监控站管理网和监控网络 (如图2所示) , 都采用以太网和TCP/IP网络协议, 管理网和监控网可以实现无缝集成, 具有结构简单、无中间转换、效率高、可靠性高等特点。

监控网络采用综合布线技术, 由干线网络和各工作区域网络组成。干线网络采用多模光缆构成具有自愈功能的光纤环形工业以太网, 连接中央监控站和分布在现场的工作区域网络。站房机电设备相对集中的区域组成一个区域监控网络, 区域网络由工业以太网交换机、通信适配器、UPS、配线架等组成, DDC、监控子系统和智能控制器就近接入;各监控子系统内部可以采用现场总线, 如变配电所智能监控系统采用RS-485总线。

4 系统方案描述

站房机电设备监控系统采用分层、分布式结构, 由中央监控站、现场控制器DDC、输入输出设备及相关通信网路组成;其网络架构采用光纤环网冗余网络, 为研华工业以太网交换机EKI系列产品的主要特色, 现场控制器DDC直接连接到以太网交换机, 通过以太网络实现DDC与DDC之间、DDC与上位机软件之间的通讯和互操作功能。配合现场控制器DDC及上位机软件WebAccess, 除了实现设备监控的基本要求外, 还可以达到节能的效果。

系统实现对以下子系统设备的集中监视和分散控制:

(1) 空调通风系统:

包括空调处理机组、新风机、排风机。

(2) 给排水系统:

包括站房、地道各种污水泵。

(3) 照明系统:

对候车室、售票大厅、出入口通道、无柱雨棚、景观等照明回路进行监控。

(4) 应急照明系统:

对应急电源系统 (UPS) 的各种工况进行监控。

(5) 低压变配电系统:

对车站低压变配电所监控, 配置智能监控仪表。

(6) 电扶梯:

车站各类电扶梯均配置智能控制器作为其监控设备。

(7) 其它:

对湿度传感器、温度传感器、电动风阀、电动防火阀、电动防火调节阀及电动卷帘门等进行监控。

5 产品介绍

本系统采用研华楼宇自控系统整体解决方案, 包括:WebAccess上位机软件、EKI系列交换机和BAS-3KDDC控制器。

WebAccess上位机软件介绍 (如图3所示) :

Web Access是研华科技具有自主知识产权、基于IE浏览器内核、B/S结构的组态软件, 具有IE浏览器的一切网络特性, 包括工程的远程开发、浏览和维护, 报警管理, 趋势记录, 报表打印等功能, 具有无限量的免费的客户端。

EKI系列交换机介绍:EKI系列工业级带光纤端口的以太网交换机可以让用户快速有效地扩充通讯网络。应用光纤可防止系统噪声干扰, 传输距离也可达到2km, 甚至更高。此外, 研华EKI系列产品的顶级工业化设计保证设备运行的可靠性和稳定性。

BAS-3000以太网控制器介绍:

BAS-3000系列以太网控制器是研华自主研发的基于Ethernet的楼宇自动化专用控制器, 提供针对HVAC、冷热源、水处理、变配电等子系统的监视与控制。该控制器采用全以太网的通讯方式, 保证现场设备之间数据的快速通讯和数据交换, 开放式通讯协议支持BACNet和Modbus协议。同时DDC支持WebServer功能, 允许客户在远端通过普通的IE浏览器直接登录现场DDC进行数据浏览。

6 结束语

以太环网在冀中能源峰峰集团的应用 篇2

近几年, 随着以太网技术在企业网络里面得到广泛应用, 特别是在数据、语音、视频等业务向IP融合的趋势下, 增强以太网本身的可靠性, 缩短网络的故障收敛时间, 为网络用户提供满意的运行环境, 是一个根本急迫的需求, 峰峰集团网络也不例外。

峰峰集团目前的网络状况都处于星型运行状态, 大多存在缺乏有效保护和浪费网络资源等诸多问题, 一旦出现单点故障, 该点业务就会中断, 特别是财务系统、销售系统、实时监控等数据都会受到严重影响。

环网拓扑下的网络由于节点间的光纤分别走不同的管道, 不会存在SRG的问题, 同时提供快速的保护倒换。通过以太环网解决方案, 能成功地解决现网存在的问题, 既节省用户建网成本, 又提高网络的可靠性, 满足不同应用场合的需求。

二峰峰集团环网建设

1. 传输线路建设。

由于峰峰集团现有网络为星型运行状况, 没有环状光缆, 要实现环状网络首先对需要传输介质进行建设。根据集团各单位地理位置及现有线路情况, 将公司网络分成四个环建设, 目前光缆已建成东、西、南、北四个环。

根据峰峰集团今后发展需要, 所有光缆在实施过程中要求做到最低损耗。根据权威ITU建议, 单模光纤每千米损耗≦0.5 DB;适配器 (法兰盘) 损耗≦0.75 DB/个;熔接点≦0.3 DB/个。具体内容如下:

(1) 南环光缆。从峰峰集团信息中心机房—新三矿—梧桐庄矿—黄沙矿—孙庄矿—峰峰集团信息中心机房, 组成南环。

(2) 北环光缆。从峰峰集团信息中心机房—大淑村矿—邯郸选煤厂—邯郸网络中心—马头选煤厂, 组成北部环状网络。

(3) 东环光缆。从峰峰集团信息中心机房—九龙矿—羊渠河矿—五矿—小屯矿—峰峰集团信息中心机房, 组成东部环状网络。

(4) 西环光缆。从峰峰集团信息中心机房—万年—煤化工—薛村矿—牛儿庄矿—峰峰集团信息中心机房, 组成西部环状网络。

在各核心点分别部署光纤配线柜和48口ODF光纤配线架, 光缆进入各光纤配线柜, 通过跳线将光纤配线柜和核心交换连接。

2. 网络设备部署。

设备入环分步实施, 初期先进行南环建设。下面以南环为例说明网络设备建设情况。在各入环点配置模块或更换交换机, 以实现环网。

(1) 在集团信息中心机房7609交换机增配一块48个光纤接口业务模块, 然后通过SFP模块卡与光纤配线柜连接。本次环网建设是采用双环接口, 即在环线两个站点间从光缆中选出四芯作为环状主干连接, 也就是从集团信息中心到新三矿和孙庄矿分别连接两个光纤接口, 实现双环连接, 同时也实现数据负载均衡和线路备份。

(2) 在新三矿机房部署一台cisco7606路由交换机, 配置光纤接口业务模块, 从7606上引出四个光纤接口, 其中两个接口与集团信息中心连接, 另两个接口与梧桐庄矿连接。

(3) 在梧桐庄矿机房部署一台cisco7606路由交换机, 配置光纤接口业务模块, 从7606上引出四个光纤接口, 其中两个接口与黄沙矿连接, 另两个接口与新三矿连接。

(4) 本次环网设计不牵扯到黄沙矿和孙庄矿网络设备硬件选配, 网络设备继续使用现有运行设备。

3. 环网配置。

峰峰集团环网划分四个大环网区域, 本次实施只对峰峰集团信息中心、新三矿、梧桐庄矿、黄沙矿和孙庄矿环网建设。

在峰峰集团信息中心、新三矿、梧桐庄矿、黄沙矿和孙庄矿环网中, 两点间的互联IP采用29位掩码, 为今后扩展设备热备份提供准备, 将两个物理端口捆绑为一个逻辑Port-channel接口, 并启用三层配置, 这样既可以增大传输带宽, 又能实现端口和线路备份。互联路由采用OSPF。

三实施效果

以太环网从根本上解决了峰峰集团传统数据网运行能力弱、故障恢复时间长的问题, 理论上可以提供50 ms的快速保护特性, 同时兼容传统的以太网协议。主要优点如下:

1. 峰峰集团以太环网采用两种机制来实现50 ms的保护功能, 光路检测和定时在环网上发送hello协议包, 可根据不同环境采用不同的机制和互为备份。

2. 以太环网的重要特点是采用环形拓扑结构, 具有支持组播应用的优势, 传统网络在组播分支节点的每一个下联端口上均需要进行组播流的复制, 而以太环网则只需在整个环网上复制一次组播流, 从而大大提高了峰峰集团组播数据流复制的有效性。

3. 在大流量的情况下也可以保证毫秒级的自愈保护时间, 在业务不断增长、数据量不断加大的情况下, 峰峰集团以太环网技术依然可以保证业务的快速倒换。

4. 设备运行复杂协议时, 如配置多种ACL规则、作MPLS PE等情况下, 也不影响集团网络的收敛时间。

5. 使用专属VLAN传送控制报文, 与其他数据报文隔离, 保证控制报文不受用户网络情况的影响, 保证其安全性, 并且通过给此VLAN设置优先级, 保证控制报文优先传输。

以太环网技术在宽带城域网中的应用 篇3

从网络结构来分析,现有的城域网络主要分成三层:城域核心层,汇聚层和接入层。在不同层面设备的互联模型上,绝大多数用户侧接入交换机或DSLAM设备均通过光纤直联的方式直接汇聚到城域的汇聚层交换机。而在一些相对偏僻的地区,则采用基于MSTP的传输系统来实现接入层设备到汇聚层设备的通道。

随着宽带网络用户数和带宽需求的不断增长,现有城域网面临着巨大的挑战,主要表现在以下几个方面:

(1)汇聚网络架构不合理

城域网汇聚二层交换机采用光纤直驱上联至BAS及AR,导致光纤资源的大量占用。采用单臂上联方式用于接入,用户的接入业务没有相应的保护措施。当发生光纤中断时,网络缺乏相应的保护措施,单链路的中断会影响成百上千个用户的使用。即使采用多链路上联的系统,由于Spanning-tree协议本身的限制,网络的恢复时间通常在秒级,不能对实时业务实现电信级的保护和恢复。

(2)现有网络的业务提供能力不足

城域网络主要提供个人用户宽带上网业务,不能提供有QOS保证的服务,对新兴的NGN、IPTV等应用缺乏支持。众所周知,基于分组网络的视频和话音系统是提高运营商网络ARPU值的重要措施,但由于传统的城域网络在结构上的缺陷,无法满足大规模增值业务部署的要求。

(3)用户业务质量无法保证

由于链路和节点的故障无法保护,用户的服务质量当然无法保证。另外,现有的城域网络接入侧设备和汇聚侧设备型号和规格较多,无法对用户侧设备实现有效的管理和控制,从而加大了运营商在城域网络部署的运营成本。

为了适应互联网络的发展,应当考虑如何优化或改造现有的网络以适应宽带业务发展的新需求。而采用基于以太环网技术的宽带接入方案以其低成本、支持高带宽、环保护等优点,成为我们首选的方案。

2. 现阶段主流厂商以太网环网方案简介

2.1 北电网络OE(Optic Ethernet)系统解决方案

通过OE以太环网的100M/GE用户端口,它可以汇聚包括以太网交换机、DSLAM和其它接入设备在内的多种用户侧设备,并通过高达2G的环网(单播流量1G,组播流量1G)将用户业务汇聚到汇聚层的ERS 8600路由交换机上,在通过ERS 8600上的骨干网络接口与城域网络汇聚设备互联。

以太环路利用环路弹性协议RRP(Ring Resiliency Protocol)实现针对链路或设备故障时的50毫秒的业务保护倒换。相关处理机制详述如下:

对于故障ESU节点(端口或链路故障)

(1)ESU1800的上联GE端口被设计成可以极为迅速地对链路信号丢失状态LOS(loss of signal)进行反应,同时向ESU的CPU发送中断信息;

(2)CPU一收到该消息,会立刻在设备内部沿该故障端口打环,使得原有发送向故障端口的数据流重新进入ESU,并从另外正常端口送出;

(3)当ESU的上游GE口(或相关链路)故障时,会产生并通过下游端口向ESM的主用环路端口发送故障消息;

(4)当ESU的下游GE口(或相关链路)故障时,会产生并通过上游端口向ESM的备用环路端口发送故障消息;

(5)同时,该ESU会进行内部控制,使得用户数据流从故障端口切换到正常端口。

对于中间ESU节点

上述故障消息会以以太网广播包的方式发送,环路中间的ESU会收到该消息,对当前环路故障进行定位并产生相应的反应。

2.2 华为EORPR系统解决方案

通过华为CX系列以太环网交换机的100M/GE用户端口,它可以汇聚包括以太网交换机、DSLAM和其它接入设备在内的多种用户侧设备。并通过高达2G的环网将用户业务汇聚到汇聚层的CX系列以太环网交换机上,再通过其骨干网络接口与城域网络汇聚设备互联。

以太环路利用RPR实现针对链路或设备故障时的50毫秒的业务保护倒换。RPR采用了SDH的环形结构,同时也继承了一个特点,就是故障自愈能力非常强,能够实现50ms时间内的故障保护切换。图1是链路故障时的保护情况,在故障链路两端的节点内部把0环和1环连接在一起,重新形成一个新的环网。

对于环上正在传送的数据流量,存在两种保护方式:绕回(wrap)保护方式和抄近(steering),也有称为源路由的)保护方式。这里以图2为例加以说明。

图2a是故障前的正常数据流,A节点到D节点,走0环,路径为A-B-C-D;图b为故障后绕回保护方式,故障发生后,在故障链路两端的节点上通过光路环回,数据路径也在此环回,总的路径为A-B-A-F-E-D-C-D;图c为故障后抄近保护方式,从A节点到D节点的数据流量改抄近道,走另外一个环(这里是1环)到达目的节点,路径为A-F-E-D。

绕回方式的优点是故障切换的恢复时间非常短(50ms以内),只可能丢失极少量的报文,不会造成业务中断的情况,问题是占用带宽较多。抄近方式避免了带宽的浪费,但是由于需要重新收敛,恢复时间较长,可能会造成一些业务的中断。

部分厂家同时支持绕回和抄近这两种方式,并且结合这两种方式各自的优点,取长补短,配合应用,采取先用绕回方式,后转用抄近方式的保护流程。当RPR链路故障出现时,立即启动绕回方式进行保护,不中断业务;当各节点的各种状态数据(拓扑信息等)重新收敛并稳定下来后,切换到抄近方式,以便节省带宽。这样可以到达最佳的保护和利用效果。

3. 西门子网络CE(Carrier Ethernet)系统解决方案

通过CE以太环网的100M/GE用户端口,它可以汇聚包括以太网交换机、DSLAM和其它接入设备在内的多种用户侧设备,并通过1G的环网将用户业务汇聚到汇聚层的CE交换机上,在通过其骨干网络接口与城域网络汇聚设备互联。

西门子电信级以太网交换机支持ERP环保护协议,可以实现50ms级的网络故障恢复。下面简要分析一下ERP协议的工作原理:

(1)ERP协议是一种基于二层的环路拓扑冗余保护机制;

(2)ERP协议采用控制VLAN来监视和控制ERP域,负载VLAN用于数据传输,负载VLAN由控制VLAN分配,每一个ERP域内有一个交换机作为ERP域的主控交换机(ERPmaster);

(3)正常情况下,ERP主控交换机将负载VLAN处于阻塞状态来阻止网络中出现环路。

链路故障状态的监测由下述两种机制实现:

(1)通过环路监测包在环内不断运行来监测整个环路的完整性,此种方法发现故障较慢;

(2)支持ERP协议的交换机发现链路故障报告给主控交换机。

4. 结束语

从去年底开始,我们对三个主流厂商的以太环网设备的环保护功能、管理特性、QINQ等功能进行模拟测试。从测试情况来看,在轻载的情况下三家厂商的环网设备均能较好地实现毫秒级的环保护功能。环网设备对QINQ的支持较为完善,能满足未来城域网VLAN改造对大量VLAN的需求。从设备管理控制来看,基本满足运营管理的要求。当然,由于以太环网是一种比较新颖的城域网接入方案,从目前各主流厂商提供的产品来看,实现机理也有不小差异,业界还没有形成统一的标准。各厂商产品大都处于试验、测试及试商用阶段。要想大规模运用,必须经过更为严格详细的现网实测,以期对以太环网的稳定性、高负载性能、组播支持性能、QOS支持性能等重要方面进行全面的测试。

如果以太环网技术在不久的将来完善自身功能,通过严格的现网实测,应该是一种性价比非常高的城域网接入解决方案。

摘要：分析了目前宽带接入网发展面临的主要问题,提出了以太环网的解决方案。

冗余以太环网 篇4

一、系统总体设计框架

概况地讲, 本系统由上位检测层, 通信系统层和前段设备层三部分组成。前段设备层是工业现场设备, 如各类PLC、摄像头、GPS设备;通信系统层是本设计的核心, 包含串口服务器、以太环网交换机、无线通信模块等等;上位检测层包含控制软件、数据库等, 负责前段设备的显示、控制和存储。系统简图如图1所示。

二、系统硬件设计与实现

2.1前端设备

本设计系统的前端设备可以包含各类工业PLC、传感器和监控设备等。随着计算机技术和通信技术的发展, 目前工业自动化现场前端设备丰富多样。由于PLC不断地采用新技术以及增强系统的开放性, 在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。PLC将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体, 成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备。目前主流的生产企业大多来自国外, 如施耐德、西门子、欧姆龙和罗克韦尔等;传感器的发展奠定了工业自动化的基础, 特别是在恶劣的工业环境中, 各种有毒气体、温度、湿度、质量等传感器提供了现场环境的详细指标。此外, 现场视频画面、用户GPS位置等现场数据, 在工业现场控制中都是重要的一部分。

2.2智能通信网络

本设计的通信网络以工业级设备为基础, 配合工业级以太环网技术, 将各种非以太网数据转换成以太网数据进行远距离传输, 部分场景下采用无线传输设备将数据进行无线传输, 用于克服地势环境的限制。

1、以太网串口服务器。

虽然PLC功能和应用全面, 但是绝大多数工业设备还不能直接支持以太网协议, 这样工业现场中需要将此类工业协议的数据转换成支持以太网数据, 而以太网串口服务器可以将RS232、RS422、RS485的串口数据转换成以太网数据, 通过普遍的以太网络进行远距离传输。串口服务器可使用三种使用方式:直连IP模式;虚拟串口模式;对等模式。本系统使用虚拟串口模式, 该模式下会在PC上虚拟出一个串口, 串口设备类似直接连接到物理串口设备一样, 串口服务器进行两端设备数据的转换和传输。

2、工业级无线传输设备。

工业场景下村镇环境恶劣、布线困难或者长距离的传输的场景, 因而需要使用到无线传输设备。通信系统中考虑到此类的场景, 基于modbus等总线的设备都可以通过无线通信模块, 达到安全、稳定并远距离的传输, 通过串口服务器即可以接入广泛的以太网。使用该无线模块的网络的有如下优点:节省线缆布线和维护费用;可提供分布式网络的无缝连接;可高达15Mbps的数据吞吐量, 2KM的距离。

3、工业以太环网。

通信网络的核心部分是基于Ring On技术的工业以太环网, 前端设备采集的数据直接或者通过以太网网关接入工业级以太环网, 通过工业级的传输网络将数据传输到远端控制中心。该网络具有如下优点:工业级以太环网, 适合恶劣环境;不间断的冗余环网网络, 恢复时间小于20ms;网络稳定, 性能优良。

2.3控制中心设计

该部分基于现有的服务器端标准设计, 包含存储器、控制设备和显示设备等。自动化工厂的数据通过传输单元接入控制中心, 每种不同的PLC都有相应的上位机模块, 可以将数据直接显示出来或者直接进行存储。

三、系统优势与展望

本通信系统以工业以太环网为基础, 结合无线通信模块, 承载工业现场的前端设备、通信网络和后端控制系统, 组成了一个完整的工厂自动化解决方案。以太网串口服务器的使用简单的完成了快速远距离传输的效果;控制端使用虚拟串口减少了对控制器的要求并使用灵活, 适合多类控制场景;工业PLC类型的多样性间接突出了本系统高度的可移植行。

摘要：工业现场有很多有效的数据需要处理, 如视频数据、音频数据、温湿度数据和工业现场PLC采集的数据等等。传统的工业系统一般是在近端完成对工业现场的控制、数据的采集和存储, 本文介绍了一种基于工业以太环网、无线通讯、虚拟串口等技术的远距离工业自动化通讯系统, 可完成对恶劣的工业现场信息的远程处理, 相比传统系统, 本系统具有更强的稳定性、实时性和便捷性。