城市轨道交通综合监控组网方案

冀云帅;刘晓军;许超

【摘 要】According to the demands of integrated supervisory control system (ISCS) of urban rail transit, the industrial Ethernet network scheme with two and three layers on station-level and centre-level ISCS are expounded, and their performances are compared. Whether the links fault or the station switch fault occurs, the network scheme of three layers shows more flexibility, speedy and security of redundancy switching.%阐述了轨道交通综合监控系统中央级和车站级综合监控工业以太网二、三层组网方案,同时对其性能进行了比较.无论是车站内部链路故障、车站交换机故障、车站交换机上联链路故障,还是车站交换机之间级联线故障,三层组网方案都显示出冗余切换的灵活性、快速性和安全性.

【期刊名称】《城市轨道交通研究》 【年(卷),期】2012(015)010 【总页数】5页(P114-118)

【关键词】城市轨道交通;综合监控系统;工业以太网;组网方案 【作 者】冀云帅;刘晓军;许超

【作者单位】国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京;国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京;国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京 【正文语种】中 文

【中图分类】U29-39

城市轨道交通综合监控系统是一个模块化、可扩展的分布式控制系统，其强大的功能为轨道交通运营管理提供了信息共享平台，提高了轨道交通自动化响应能力，减少了重复投资和后期维护成本。

通常，城市轨道交通综合监控系统深度集成了防灾报警系统（FAS）、车站设备监控系统（BAS）、电力监控系统（PSCADA）等3个子专业系统，并互联其它专业系统，如PA（广播系统）、PIS（乘客信息系统）、CCTV（闭路电视）等。该系统主要由中央级综合监控系统、车站级综合监控系统及综合监控骨干传输网构成［1］。目前，骨干网一般采用光传输系统，主要利用OTN（开放式传输网）、RPR（弹性分组环）、SDH／MSTP（同步数字分级系统／基于SDH的多业务传送平台）以及工业以太网技术［2］。

为了保证系统的可靠性，整个综合监控系统由A、B双网构成。但目前许多厂家的综合监控系统软件采用的是网络地址飘移技术：通信地址只有一个，正常情况下该地址位于A网卡上，相互之间利用A网通信，当A网链路出现故障时，网络地址飘到B网卡，仍然用原来的地址在B网进行通信，B网卡的地址只作为检测链路状态使用。这样就造成了A、B双网在物理链路上不能绝对独立，会造成无法通信的情况。

本文重点阐述综合监控系统中央级和车站级工业以太网二、三层组网方案，骨干网只作为一个透明传输通道，同时对其性能进行了比较。在实际应用中根据软件系统的要求可选择不同的组网方案。 1 综合监控二层组网

在二层应用中，各级综合监控系统设备均在同一网段内，工业以太网交换机采用纯二层设备。在中心和车站进行A、B网级联，这样既保证了双网联通又考虑了冗余，

同时，利用RSTP（快速生成树协议）技术，防止出现环网。组网结构如图1所示（以赫斯曼工业交换机为例）。图中实线部分为主干链路，虚线部分为备用链路，正常情况下数据通道如箭头所示。

这种组网方案具有终端设备IP地址规划简单、交换机配置简单等特点，由于是二层链路，终端设备之间通信延迟时间短，链路恢复时间快。但是，由于全线车站均在一个大的网段内，该方案也存在不能隔离广播风暴的缺陷，当其中一个车站由于故障产生大量广播报文，这些报文会很快扩散到其他车站，进而影响骨干网通信性能和其他车站终端设备工作能力，严重时还可能造成死机现象。同时，二层链路还要避免环路，这也无形中增大了后期维护的工作量。

以1号站为例，阐述该组网方案在发生网络故障时，如何保证终端通信。 图1 综合监控二层组网方案图 1.1 车站内部链路出现故障

如图2所示，通过探测机制（例如ping车站交换机），车站工作站发现连接交换机的链路出现故障时，整个网络系统并不进行切换，只有故障终端自动将通信地址由A网卡飘移到B网卡，利用B网和中央交换机之间的级联线与中央设备通信。数据通道如箭头所示。如果车站交换机或者中央终端设备出现故障，其通信切换方式与此相同。

图2 车站内部链路故障图 1.2 车站交换机上联链路出现故障

如图3所示，当车站交换机上联链路出现故障时，整个网络系统并不进行切换。若终端设备采用的探测机制不能诊断到该故障，如终端ping车站交换机，车站终端设备不会进行通信地址飘移，此时终端设备将出现通信故障。如果终端设备采用的探测机制可以诊断到该故障，如ping中央服务器，此时车站终端将进行切换，通信地址飘移到B网卡，利用B网和中央级间的级联线进行通信。数据通道如箭

头所示。中央交换机上联链路出现故障时其切换方式与此相同。 1.3 中央交换机出现故障

如图4所示，当中央交换机出现故障时，整个网络系统并不进行切换。RSTP协议自动启用车站级A、B网备用链路，同时中央级终端设备通信地址飘移到B网卡，利用B网和车站级级联线进行通信。数据通道如箭头所示。若只是中央级A、B网级联线出现故障，RSTP协议自动启用车站级A、B网备用链路，中央级终端设备不进行地址飘移。 2 综合监控三层组网

二层组网方案存在不能隔离广播域的缺点，在如今轨道交通沿线车站越来越多的情况下，这一缺点将越来越突出。彻底解决这一问题的途径就是三层组网，将广播域限制在每一个车站的每一个专业中，从而不至于影响到其它设备。三层组网方案如图5所示。

图3 车站交换机上联链路故障图 图4 中央交换机故障图 图5 综合监控三层组网方案图

在三层组网方案中，交换机应具备三层路由或三层交换功能，不同车站、不同专业之间的设备划分在不同的网段，利用三层路由进行通信。与二层组网方案相比，在三层组网方案中，所有车站和中央的A、B网交换机都存在级联线，并处于激活状态；三层交换机要开启RIP（路由信息协议）或OSPF（开放式最短路径优先）路由协议；为了系统的可靠性，需要在每个车站的2台三层交换机上配置VRRP（虚拟冗余路由协议）。

三层组网方案具有隔离广播域、系统可靠性高等特点，但相比二层组网方案，其交换机性能要求更严格，配置更复杂，故障恢复时间比二层网络稍长。

以1号站为例，阐述当发生网络故障时，该组网方案是如何保证终端通信的。

2.1 车站内部链路出现故障

如图6所示，当车站终端设备链路出现故障时，整个网络系统不进行切换，只有故障设备通信地址漂移到B网卡，且由于A、B网交换机启用了VRRP，数据依旧通过车站内部级联链路利用A网进行通信。数据通道如箭头所示。 图6 车站内部链路故障图 2.2 车站交换机出现故障

如图7所示，当车站交换机出现故障时，整个网络系统不进行切换，只有终端设备通信地址漂移到B网卡，利用B网进行通信。这需要交换机的动态路由协议来实现。数据通道如箭头所示。当中央交换机出现故障时，其切换方式与此相同。 图7 车站内部交换机故障图 2.3 车站交换机上联链路出现故障

如图8所示，当车站交换机上联链路出现故障时，无论采用何种探测机制，车站交换机采用B网进行通信，但设备通信地址不进行漂移。所有切换均需要交换机的动态路由协议来实现。数据通道如箭头所示。当中央交换机上联链路出现故障时，其切换方式与此相同。

相比二层组网的该类型故障，三层组网的可靠性更强，不会因为探测机制的不同造成终端设备的通信故障。

2.4 车站交换机之间级联线出现故障

如图9所示，当车站A、B网交换机之间的级联线出现故障时，终端设备通信地址不进行漂移，仍按照最初的通道进行通信，只是由于启用了VRRP，原来一主一备的交换机均变为主交换机。数据通道如 箭头所示。中央交换机级联线出现故障时与此相同。

图8 车站交换机上联链路故障图 图9 车站交换机级联线故障图

3 结语

综上所述，综合监控二层和三层组网方案各有其优缺点。目前，城市轨道交通综合监控系统一般在20～50万点，属于大型网路系统，三层组网方案在安全性和后期维护方面更适合目前的系统，且具有路由功能的三层交换机已经普及，性能和价格也能接受。二层组网方案因其配置简单、价格低廉，在底层子系统中可以使用。 组播技术以其控制网络流量、减少链路带宽和设备CPU负载等特点在轨道交通综合监控系统软件中有大量应用。为支持组播技术，发挥其优越性，工业以太网交换机应能提供组播路由功能，如PIMDM（密集模式型PIM（协议无关组播路由协议））、PIM－SM（稀疏模式型PIM），这样才能更好地以三层结构组网，发挥三层组网和组播技术的特点。

本文介绍了综合监控系统应用交换机过渡过程中的性能对比。无论是车站内部链路故障、车站交换机故障、车站交换机上联链路故障，还是车站交换机之间级联线故障，三层交换机都显示出冗余切换的灵活性、快速性和安全性。 参考文献

［1］ 李中.地铁综合监控系统应用技术研究［J］.城市轨道交通研究，2008（10）：44.

［2］ 张育萍.城市轨道交通中通信系统传输技术比较与分析［J］.现代城市轨道交通，2009（5）：9.