1 概述
廣州地鐵積極學習世界先進技術，大膽創(chuàng)新，繼在地鐵二號線率先在國內(nèi)采用集中冷站對地鐵車站進行供冷、屏蔽門系統(tǒng)及全非接觸式IC卡自動售檢票系統(tǒng)，又在地鐵三號線率先在國內(nèi)構建地鐵綜合自動化系統(tǒng)——主控系統(tǒng)。
廣州地鐵三號線主控系統(tǒng)集成了變電所自動化系統(tǒng)（PSCADA）、火災報警系統(tǒng)（FAS）、機電設備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）、屏蔽門系統(tǒng)（PSD）、防淹門（FG）。同時互聯(lián)了：廣播系統(tǒng)（PA）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、車載信息系統(tǒng)（TIS）、車站信息系統(tǒng)（SIS）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、信號系統(tǒng)（SIG）、時鐘系統(tǒng)（CLK）等。與行車指揮、防災和安全及乘客服務管理等有關的信息應進入主控系統(tǒng)。通過將各集成和互聯(lián)系統(tǒng)的信息進行整合，提供一個友好、完整、統(tǒng)一的人機界面，方便上述崗位人員的操作。當出現(xiàn)異常情況由正常運行模式轉(zhuǎn)為災害運行模式時，主控系統(tǒng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閼蹦Ｊ?，為防災、救援和事故處理的指揮提供方便。
2地鐵環(huán)境特點
（1） 各種機電、通訊、（有線、無線）、信號等設備發(fā)射、輻射出大量無規(guī)則電磁信號。
（2） 采用1500VDC牽引形成畸變電場。
（3） 其它不可預見干擾。
（4） 風機等設備為回、排風、排煙公用。
（5） 控制信號要求極高。
3 選型
主控骨干網(wǎng)(MBN)承擔著主控系統(tǒng)信息交換、傳送的任務，因此骨干網(wǎng)的選型必須遵循：
（1）網(wǎng)絡和設備的高可靠性。
網(wǎng)絡的拓撲結構必須設計合理可靠，需要考慮物理鏈路的冗余保護；網(wǎng)絡設備必須具有高可靠性，需要考慮主要設備（如交換機）的冗余配置；網(wǎng)絡一旦發(fā)生故障后必須有很強的自愈能力。
（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。
主控系統(tǒng)集中控制的特點，決定了主干網(wǎng)絡主要承載車站節(jié)點和OCC節(jié)點之間的流量，OCC和所有車站、車輛段的數(shù)據(jù)通信均需MBN完成，故需要足夠的帶寬保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，并且能夠通過QoS機制保證重要數(shù)據(jù)的實時傳輸。
（3）網(wǎng)絡的可擴展性。
考慮到今后站點增加的需要，MBN的節(jié)點擴展必須方便，并且不能影響網(wǎng)絡的性能。
（4）網(wǎng)絡管理的方便性。
考慮到網(wǎng)絡維護的方便性，必須有統(tǒng)一的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，對整個網(wǎng)絡的狀況和故障進行監(jiān)測。
4 網(wǎng)絡構成
（1）主控系統(tǒng)骨干網(wǎng)網(wǎng)絡構成
廣州地鐵三號線系統(tǒng)的主控骨干網(wǎng)(MBN)采用雙環(huán)千兆工業(yè)以太網(wǎng)構建，車站、車輛段和OCC等每個網(wǎng)絡節(jié)點采用主備兩套工業(yè)級的千兆以太網(wǎng)交換機。所有車站、車輛段和OCC的MCS設備都連接到交換機上進行數(shù)據(jù)通信。過對辦公級以太網(wǎng)、彈性分組網(wǎng)（RPR）、工業(yè)以太網(wǎng)的主控系統(tǒng)方案提供商和網(wǎng)絡設備提供商的考察，特別是針對軌道交通及本項目的要求，交換機采用德國Hirschmann公司的MACH3000系列產(chǎn)品，構建地鐵三號線的主控系統(tǒng)的骨干網(wǎng)。
其中OCC采用兩臺MACH3005交換機,背板處理能力為40G，每臺配置8個模塊： 4塊100M的RJ45模塊,可接32個RJ45口；3塊千兆光纖模塊,每塊模塊含有2個光纖接口，共計6個,可接多?；騿文９饫w；其中兩個連接MBN雙環(huán)千兆以太網(wǎng)；兩個連接中央實時主、備服務器；兩個連接中央歷史主、備服務器；1塊路由模塊。車站、車輛段均采用兩臺MACH3002交換機，背板處理能力為16G，每臺配置4塊模塊，其中3塊100M的RJ45模塊，共有24個100M 接口；1塊千兆光纖模塊，用于連接雙環(huán)千兆工業(yè)以太網(wǎng)。網(wǎng)絡方案詳見下圖：
車站設備采用星型接入方法，網(wǎng)絡即可滿足車站的本地數(shù)據(jù)交換要求，又可以滿足數(shù)據(jù)流在骨干網(wǎng)上的傳輸需求。同時星形結構又具有良好的可擴展性和伸縮性，并易于隔離故障點。
（2）赫茲曼全雙工雙環(huán)千兆以太網(wǎng)路的技術特點
赫茲曼千兆工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)交換機組成的全雙工冗余主控骨干網(wǎng)的技術特點如下：
HIRSCHMANN的雙環(huán)以太網(wǎng)具有優(yōu)良的性能，有力地支持MCS安全、穩(wěn)定運行。
① 具有多重冗余和高可靠性。采用“超級環(huán)”（HIPER-RING）、雙鏈路冗余（Link Redundancy）、雙節(jié)點冗余（Dual-homing）和生成樹（Spanning Tree）等多種冗余方式，采用雙電源冗余、無源背板大大提高了系統(tǒng)的可靠性。其工作環(huán)境溫度范圍可以達到0～50℃，防護等級達IP30。
② 采用模塊化設計，便于未來擴展。
③ 采用雙環(huán)網(wǎng)冗余和環(huán)間冗余。環(huán)間冗余（下聯(lián)冗余），即可以在兩個環(huán)網(wǎng)在中央建立兩條互為熱備的連接通道，當其中一條發(fā)生故障時可以自動切換到另外一條通道，為系統(tǒng)的擴展提供了很大的方便。
④ 主干鏈路物理徑路冗余保護，冗余網(wǎng)絡的切換時間不大于500ms。在以太環(huán)網(wǎng)鏈路切換時，采用HIPER-Ring技術在鏈路層已經(jīng)開始糾錯。
⑤ 較高的實時性。高優(yōu)先級（64Byte的幀格式）實時傳輸時間為97.36us，低優(yōu)先級（1518Byte的幀格式）實時傳輸時間為457.76 us，它的實時性完全可以滿足工業(yè)控制實時性需要。
⑥ 具有QoS性能，可以進行優(yōu)先級控制。
因此組成雙環(huán)網(wǎng)允許的故障點為： 當1處出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)可以通過另一環(huán)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)；當2處出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)可以通過另一環(huán)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)；當3處出現(xiàn)故障，赫斯曼交換機B的管理口偵測到3出現(xiàn)故障，自動閉合Redundant線路，使環(huán)網(wǎng)自愈；當4處出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)可以通過車輛段交換機之間的連接傳輸數(shù)據(jù)，反之亦然。因此這種方案可以做到1，2，3，4同時出現(xiàn)故障。
（3）網(wǎng)絡管理系統(tǒng)
網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（NMS）用于配置、監(jiān)視和管理整個MCS網(wǎng)絡。NMS系統(tǒng)功能由赫茲曼的網(wǎng)管軟件Hivision和英國Invensys公司Citect監(jiān)控軟件完成，整個NMS系統(tǒng)基于SNMP協(xié)議。其中Hivision主要完成交換機的監(jiān)視和配置功能，Citect完成除交換機之外的其他網(wǎng)絡設備（如UPS、OPS控制器、服務器、工作站、打印機等）的監(jiān)視功能。
5 千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)過程中應考慮的問題
（1）網(wǎng)絡效率考慮。
網(wǎng)絡效率來自于多方面的措施：選用高帶寬背板、高效率的交換機保證網(wǎng)絡系統(tǒng)的高效率；利用交換機的VLAN技術或三層路由交換功能，將每個接入網(wǎng)均劃分為不同的網(wǎng)端或VLAN，進行有效的廣播隔離，提高網(wǎng)絡系統(tǒng)的效率；利用交換機的優(yōu)先級機制，對MBN的帶寬進行劃分給予重要節(jié)點較高的優(yōu)先級，以保證重要信息的及時傳輸。
（2）網(wǎng)絡可靠性考慮。
采用雙網(wǎng)設計，中央采用雙網(wǎng)平衡、動態(tài)尋徑的策略，一個節(jié)點上某一個網(wǎng)卡或網(wǎng)線的損壞不會影響此節(jié)點的網(wǎng)絡功能，一臺交換機的損壞也不會影響系統(tǒng)的網(wǎng)絡功能，保證網(wǎng)絡方案的可靠性，雙環(huán)網(wǎng)冗余的網(wǎng)絡拓撲可以允許交換機、三處光纖(共四處)或者交換機、兩處光纖、網(wǎng)線（網(wǎng)卡）四種故障。
（3）網(wǎng)絡安全性考慮。
在連接OCC的路由交換機上，配置防火墻功能，阻擋對中央級控制系統(tǒng)的非法訪問；同時采用VLAN技術，在交換機中的虛網(wǎng)劃分也能提高網(wǎng)絡的安全性，比如使中央歷史主、備服務器就不在車站級節(jié)點的網(wǎng)絡可達范圍內(nèi)；在各網(wǎng)絡節(jié)點上的操作系統(tǒng)級采取必要的安全措施。
6 結束語
從共享式網(wǎng)絡到交換式網(wǎng)絡，從第二層交換到到多層交換，從以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)到千兆以太網(wǎng)，網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展，千兆以太網(wǎng)的應用已非常成熟，千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)技術與多媒體技術（如MPEG-4）的有機結合，將使我們在未來的相當一段時間里，充分享受到千兆以太網(wǎng)技術給我們帶來的巨大實惠。
赫茲曼全雙工冗余千兆以太網(wǎng)在廣州地鐵三號線使用，對實現(xiàn)主控系統(tǒng)的實時性、可靠性、可擴展能力提供了有力的保證。
參考文獻：
1、 《廣州市軌道交通三號線主控系統(tǒng)采購合同文件》
2、郭向勇 吳光斌 趙怡濱 千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)技術 北京 電子工業(yè)出版社 2002年
3、郭詮水 王寶智 全新計算機網(wǎng)絡工程教程 北京 北京希望電子出版社 2001年
作者簡介：
趙馳，男，1980年生，本科畢業(yè)，現(xiàn)任廣州地鐵總公司建設總部項目經(jīng)理
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