作者簡介：鄧波鑫(1983-)，男，湖北人，本科，資深技術支持工程師，具有多年工業網絡構建及現場施工經驗。曾參與陜西西漢高速隧道監控、寶牛高速隧道監控、深圳灣大橋機電監控項目、福建泉三高速隧道監控、福建浦南高速隧道監控、北京城區配網工程、北京交管局電子警察項目、京津高鐵、武漢火車站等國家重點工程。

    摘要：

    城市發展交通智能信號燈，減少道路擁堵，最終達到智能化區域交通信號控制系統。工業以太網交換機在區域交通信號控制系統網絡中穩定性、高可靠性、高安全性成為關鍵中的關鍵。本文結合目前城市交通信號控制和交通監控狀況的需求，闡述了歐邁特（OMATE）工業以太網交換機在北京城區交通信號控制系統中的典型應用情況，及優化智能交通信號控制系統的網絡解決方案。

    關鍵詞：歐邁特公司工業以太網交換機GOE210;Jiffy-Ring瞬間環網冗余技術.POE工業以太網收發器OAMTE1100P;以太網遠程供電技術(POE)

    １背景

    智能交通信號燈迎合實現綠色經濟的時代潮流，為了解決這個問題，提出智能交通信號燈及網絡技術，會根據路口車輛多少，自動調節時間，可減少等候時間在75%以上，從而大大節省人們的出行時間，減少路口的無效等候，使出行更快捷。

    ２系統需求

    對區域交通信號控制系統中網絡傳輸設備的需求：

    （1）為適應高溫、濕熱環境，要求工業以太網交換機按照寬溫、防塵等設計；工作溫度：-40～80℃，存儲溫度：-40～85℃，存儲濕度：0%～95%，無凝結。

    （2）根據路口機柜環境惡劣，要求工業以太網交換機具有較強的抗電磁干擾能力及長時間的平均無故障時間等。

    （3）要求設備結構緊湊，便于安裝于路口機柜內。

    （4）為了保障通信的可靠性，要求建立千兆或百兆冗余的環網，具有快速自愈功能。通信網絡出故障時，能夠自動平滑的切換到冗余備份線路，自愈時間小于30ms。

    （5）為了保證遠程監控的數據安全性，工業以太網交換機需要有全面的網絡安全設置。

    （6）提供給高清視頻傳輸和以太網遠程供電的網絡設備，具備以太網供電技術（POE），支持饋電DC48V；適應高溫、濕熱環境，要求工作溫度：-40～80℃，存儲溫度：-40～85℃，存儲濕度：0%～95%，無凝結。

    ３網絡設計方案

    區域交通信號控制系統傳輸網絡既有其普遍性也有其特殊性，在組網方案中主要考慮以下幾個方面：

    （1）充分考慮多個業務的系統特點，技術上遵循先進性、實用性與成熟可靠性并重的原則，形成功能齊全的網絡解決方案。
    （2）能夠適應戶外惡劣的環境要求，如超常的溫濕度范圍、震動/抖動、瞬時電壓/電流、塵埃和電磁干擾等。
    （3）因網絡規模龐大，組網方案采用清晰的區域網絡結構，從最根本的網絡結構設計上簡化網絡的維護及管理，實現故障點的快速隔離和定位，確保系統的穩定運行。
    （4）組網方案自身必須具備一定的故障排除及快速自愈功能，能夠針對設備故障、鏈路故障進行自我診斷及快速排除，并實時報警。
    （5）對網絡進行人工維護、擴容、或故障修復時應該做到影響最小化，做到維護及擴容對系統運行無影響；故障修復只對相關網絡設備的連接終端有一定的影響。
    （6）網絡設備選取具備高實時性和穩定性的工業級產品。
    （7）組網方案必須具備兼容性，能夠無縫連接不同廠商的網絡設備，具備高性價比。
    （8）考慮到路口現場對可靠性的高要求，一般采用環網設計，避免了因單點故障對網絡傳輸的重大影響。

    根據網絡傳輸設備的需求及區域交通信號控制智能化，結合歐邁特公司工業以太網交換機性價比及網絡可靠性的綜合考慮，選用GOE210千兆工業以太網交換機構成區域冗余環網，保證系統穩定，可靠，安全傳輸；選用OMATE1100P工業以太網光纖收發器，實現以太網遠程供電，并將路口的4個方向集中至現場工控機。提出如下解決網絡方案,如圖1所示。

                     

                                             圖1 網絡架構圖

    3.1方案說明

    區域交通信號控制網絡傳輸設備選用歐邁特千兆工業以太網交換機GOE210，安裝于各區域路口信號機柜中并構建千兆冗余環網，啟用Jiffy Ring瞬間環網冗余協議，保障了網絡通信的無擾動切換，網絡自愈時間小于18ms。千兆工業以太網交換機構建環網的同時，利用主節點的GOE210的上聯千兆光口與各區域的三層以太網交換機通過光纖連接。采用GOE210的VLAN功能將信號控制、高清視頻監控及綜合環境監控等業務隔離，并將GOE210的各業務接入端口（交換機端口）采取相應帶寬限制設置；同時禁用其他未接入業務的端口，為了防止誤接入導致交換網絡的中斷等等安全問題。

    選用歐邁特POE工業以太網光纖收發器OMATE1100P提供于高清視頻傳輸和以太網供電，將路口的各方向集中傳至現場工控機內作為本地存儲，再將工控機中的抓拍圖片、視頻錄像和少部分的實時視頻上傳監控中心。GOE210和OMATE1100P采用IP40防護等級設計，便于安裝于路口機柜或機箱內，能適應如強電磁干擾、塵土、高溫、低溫、潮濕、振動、靜電等惡劣的工作環境。

    3.2方案優越性

    3.2.1高安全

    提供完整的安全體系結構，覆蓋了系統的各個層面，采用了包括認證、授權、端口綁定、VLAN等系列的安全措施，確保網絡的安全性。千兆工業以太網交換機GOE210和工業以太網收發器OMATE1100P電源均為AC220V，無需外接適配器，避免了電源適配器故障所造成的網絡通信異常。電源接口也做了防水處理，配備有旋緊螺母。

    3.2.2高效率

    提供高品質QoS保證，為不同的業務提供不同優先級服務，根據優先級確定帶寬，保證了整個網絡數據傳送的高效率。以及對相應的業務端口設置帶寬限制。

    3.2.3高可靠性

    支持業內領先的Jiffy Ring瞬間環網冗余技術、高品質工業產品、冗余電源設計、端到端可管理技術，滿足了系統對于可靠性的要求。

    3.2.4易維護網絡

    除提供方便的Web方式訪問外，還支持SNMP、RMON管理，方便與第三方設備實現全網統一管理。

    4 設備特點

    4.１GOE210千兆工業以太網交換機

    4.1.1區域交通信號控制系統中網絡設備安裝于各區域路口信號機柜中。對區域交通信號控制系統中網絡設備的需求：

    （1）提供至少6個10/100自適應的電口；端口符合IEEE802.3相關協議；支持全半雙工手動配置和自協商模式。
    （2）提供至少3個1000M的光接口（固定式和模塊化均可）；至少1個單模單纖1000M光口,2個單模雙纖1000M光口。
    （3）要求兼容IEEE802.3, 802.3u, 802.3z，802.3x, 802.1d,  802.1p, 802.1q, 802.1w，802.3ad等。
    （4）背板帶寬要求≥6.4Gbps， MAC地址表≥4K
    （5）CPU應具備良好的安全機制；用戶分級、認證和口令保護；支持AAA/TACACS/RADIUS集中認證、授權；用戶源IP地址限制。
    （6）支持瞬間環網協議，自愈時間小于50ms，支持單環、環相切、環相交、環加鏈等拓撲結構；
    （7）完善的優先級、隊列調度和擁塞控制等QoS機制；支持廣播速率限制；支持ACL；支持端口流量限速和流量整形；支持Cos/Tos和基于端口的優先級設定。
    （8）支持基于端口、VLAN的鏡像；支持端口捆綁。
    （9）支持TELNET、CONSOLE、命令行接口（CLI配置；支持SNMPv1v2v3、RMON；支持分級告警；支持系統日志。
    （10）平均無故障時間（MTBF) 25年。
    （11）符合EMC：IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11。
    （12）安裝方式：可在19英寸機柜內機架式固定安裝。
    （13）工作溫度：-40～+75 ℃；工作濕度：5～95 % (無凝露)；抗振動：10～2000Hz，2.0g；抗沖擊：加速度>30g；防護等級：IP40。
    （14）支持交流供電方式；支持AC220V供電電壓；典型功耗≤300W；設備電源提供過載、過壓保護。

    推薦選用歐邁特千兆工業以太網交換機GOE210（圖1）提供3個SFP千兆接口，6個10/100M自適應以太網接口。構建千兆冗余環網，啟用Jiffy Ring瞬間環網冗余協議，保障了網絡通信的無擾動切換，網絡自愈時間小于18ms。在構建千兆冗余環網的同時，同時利用主節點的GOE210的上聯千兆光口與各區域的三層以太網交換機通過千兆光纖連接。

                     

                             圖2 千兆工業以太網交換機GOE210

    4.1.2主要技術參數

    （1）6個10/100自適應的FE端口；全半雙工手動配置和自協商模式；3個1000M的SFP光接口（模塊化）。
    （2）32Gbps高背板帶寬；MAC地址大小8K。
    （3）符合IEEE802.3，802.3u，802.3z，802.3x，802.1d（STP），802.1p（流量優先權控制），802.1q（VLAN標準），802.1w（RSTP），802.3ad（鏈路聚合）協議等。
    （4）支持單環、環相切、環加鏈等拓撲結構；支持瞬間環網冗余技術Jiffy-Ring，保障了網絡通信的無擾動切換，網絡自愈時間小于18ms。
    （5）完善的優先級、隊列調度和擁塞控制等QoS機制；支持廣播速率限制；支持ACL；
支持端口流量限速和流量整形；支持Cos/Tos和基于端口的優先級設定。
    （6）支持AC220V交流供電電壓;設備電源提供過載、過壓保護。
    （7）支持端口鏡像、端口聚合（每組多達8個）。
    （8）超級終端模式（CLI），TELNET，WEB網元管理軟件；支持SNMP V1/V2c/V3協議，可遠程監控；各端口支持RMON（遠程監控）功能的統計、歷史、告警、事件四個組，支持安全防護配置和控制功能。
    （9）抗振動:10～2000Hz，2.0g；抗沖擊:加速度>30g；金屬外殼，IP40防護；符合EMC:IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11；運行溫度:-40~80℃，保存溫度：-40~85℃，相對濕度:0~95%無冷凝。
    （10）平均無故障時間（MTBF）大于34 年。

    4.2 POE工業以太網光纖收發器

    POE工業以太網光纖收發器安裝于路口機柜或機箱內，對高清視頻傳輸和以太網遠程供電的網絡設備的需求：

    (1）安裝方式：獨立安裝方式；
    (2）環境溫度：-30～70℃；
    (3）存儲溫度：-40～85℃；
    (4）相對濕度：5%～95%；
    (5）防護等級：IP30；
    (6）2個10/100M以太網端口，均支持饋電DC48V；
    (7）符合工業級電磁兼容的要求。

    OMATE1100P是北京歐邁特數字技術有限責任公司為適應城市交通、高速公路、無線基站等現場強電磁干擾、振動、塵土、高溫、低溫、潮濕環境而研制的POE工業以太網收發器。可以提供2個10/100M自適應以太網POE接口（RJ45），1個100M光接口。

    (1）符合IEEE802.3，802.3x等；
    (2）運行溫度：-40-80℃，保存溫度：-40-85℃，相對濕度：0-95%無冷凝；
    （3）金屬外殼，IP40防護等級；
    （4）符合工業級電磁兼容的要求；
    （5）平均無故障時間（MTBF）大于34 年。

    推薦選用歐邁特POE工業以太網光纖收發器Omate1100P（圖2）提供1個百兆光口， 2個10/100M自適應以太網POE接口（RJ45）；均支持饋電DC48V；供電：AC220V，高可靠航空接頭。

                           

                    圖3 POE工業以太網光纖收發器Omate1100P 

    5 結語　　

    北京歐邁特數字技術有限責任公司為區域交通信號控制系統提供專家級解決方案。采用先進的工業以太網通信技術實現路口信號控制的有效監控，保障了整個系統的安全性、可靠性、穩定性，標準的通信協議也為其他業務的接入提供了便利。

    注：主要術語詮釋：

    Jiffy-Ring：歐邁特公司自主開發的瞬間環網冗余協議技術，通信網絡出故障時，能夠自動切換到冗余備份線路，自愈時間小于18ms.　

    POE技術： POE (Power Over Ethernet)是指使用傳統網線為基于IP的終端，傳輸數據信號的同時還為其提供電源供應的技術。供電標準IEEE 802.3af標準。