工业级以太网交换机的应用组网方式及在城市轨道交通中的应用

目前，全国已有北京、上海、广州、深圳、杭州、南京、天津、重庆、武汉、西安、成都、沈阳等多个城市的轨道交通投入运营，城市轨道交通正处于蓬勃发展的时期。其中综合监控系统作为城市轨道交通中一个非常重要的系统，也发挥着关键的作用。

工业级以太网交换机的应用组网方式

综合监控系统独立组网，利用综合监控系统自身工业级以太网交换机及通信系统提供的光纤独立组建工业级以太网。

工业级以太网交换机简介 工业级以太网交换机是满足工业现场需要，技术上与商业以太网交换机兼容，而实时通讯、可靠性、稳定性、安全性、环境适应性等各方面要求高于商业以太网交换机的一种以太网设备。

工业级交换机和民用交换机的比较交换功能上基本一致，但有很多方面存在着区别。首先在设计上以及在元器件的选用上，产品的强度和适用性方面更能满足工业现场的需要；其次在模块扩展方面也表现的更为灵活，有多种光口和电口可供选配；还有在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。另外工业级交换机PCB板一般做“三防”处理。我们可以从以下几个方面确定在工业现场选用工业级以太网交换机的必要性。从长远的方面来考虑，一般民用交换机的MTBF是3～5年，而工业级交换机的MTBF可高达15～50年，可靠性远远高于民用交换机；另外，工业级以太网交换机自身具有很好的环网组建和自愈等优越条件，又仅占用了通信系统提供的光纤，大大提高了整个系统的灵活性、稳定性和将来调试的便利性。

目前大部分城市在建设综合监控系统时，建议综合监控采用通信系统提供的光纤、利用工业级以太网交换机硬件独立组网。

工业级交换机关注问题

背板带宽：交换机的背板带宽我认为从两个方面来考虑：①所有端口容量X端口数量之和的2倍应该小于背板带宽，可实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。②满配置吞吐量（Mpps）=满配置GE端口数×1.488Mpps其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如，一台最多可以提供64个千兆端口的交换机，其满配置吞吐量应达到64×1.488Mpps=95.2Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，提供无阻塞的包交换。

背板相对大，吞吐量相对小的交换机，除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率/专用芯片电路设计有问题；背板相对小，吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。背板带宽的值相对来说很好确定和测量，但是吐量一般是个设计值，测试很困难的并且意义不是很大。

热设计：现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高，这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此，热效应已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说，可靠性几乎完全取决于热环境。资料表明：环境温度每提高10℃，元器件寿命约降低1/2。这就是有名的“10℃法则”。我们分析其中用风扇散热的24口网络交换机的检测报告，在环境温度为30℃，40℃，50℃时，无风扇交换机和有风扇交换机的测试结果。

由此可见，温度对于工业网络产品的影响是非常大的，如果像民用交换机一样采用风扇降温，能够有效降低机内温度而延长设备的MTBF，但风扇本身的寿命又非常有限（2~3年）。地铁综合监控系统的交换机设备，往往是一开机就常年运行，而且运行的环境也往往较恶劣，沙尘、潮湿都会直接影响风扇的运行。主动散热性交换机在设计时散热主要就是靠风扇散热，一旦风扇失效而不及时更换，元器件寿命就降低。交换机的机内积热将会快速导致交换机性能的下降，直至交换机崩溃。因此，工业级以太网交换机的散热系统设计，显的尤为重要。

工业以太网交换机在地铁系统项目中的运用案例：

通过三层光纤环网交换机组成环网冗余实现链路备份以保证数据传输的可靠性。工业交换机采用千兆光纤组环，结合独有环网技术，自愈《20ms，通过三层路由功能将数据转发到中心服务器，可以确保网络传输的可考性，安全性。接入层采用CRS7120管理型二层交换机，将闸机刷卡数据转发到站台服务器和中心服务器。

工业等级设计

* 符合EN50121-4标准

* 支持三层静态路由、RIP V1/V2、OSPF、VRRP等管理功能

* 以太网交换机零丢包率

* 无风扇设计，支持-40°C~+85°C

* 小于20ms网络冗余恢复

* 加强型的网络安全保障

工业级以太网交换机产品展示图：

网管型工业级8路百兆电1路百兆光工业级以太网交换机，本系列产品是工业级8口100base-T到100base-FX的光纤转换，主要用于光纤网络远距离（20/40/60/80/120公里）传输。此款产品提供1路百兆光口；8路百兆以太网电口，并共享100M带宽，每一路带宽可通过Console口进行设置（以太网接口为交换口，可支持VLAN划分），即逻辑隔离；1个Console口。具备完善的告警功能，整机工作稳定可靠，功耗低，集成度高，体积小。

设备基于以太网交换芯片+FPGA方案，带远端OAM帧管理功能支持Console网管/WEB网管/独立SNMP网管，也可以与2U插卡式带SNMP网管的1光1电收发器卡互联在SNMP软件上能管理到本设备。

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