柳世福
港珠澳大橋管理局
摘 要：港珠澳大橋是世界級跨海集群工程的新標杆，基於現代信息技術的集成監控系統是確保港珠澳大橋可靠安全運營的重要保障。本文介紹了港珠澳大橋集成監控系統的網絡層次模型，分析了光纖工業以太環網的優點及其在港珠澳大橋集成監控系統中的作用，最後給出了光纖工業以太環網在港珠澳大橋集成監控系統中的實際部署情況。本文對橋島遂跨海集群工程、高速公路隧道工程外場機電設備接入集成監控系統網絡的設計與實現，可以提供有益的思路，並具有較強的實際參考價值。
關鍵詞：光纖工業以太環網;港珠澳大橋;集成監控系統;應用;
作為世界級跨海集群工程的新標杆，港珠澳大橋由主體工程、香港連接線、澳門連接線、珠海連接線共同構成。主體工程包括:海中橋樑22.9km，海底沉管隧道6.7km，三座離岸人工島即珠澳口岸人工島、西人工島和東人工島。
基於現代信息技術的集成監控系統是確保跨海集群工程可靠安全運營的重要保障，同時在保障車輛和人員通行安全、提高通行質量、提升通行效率等方面發揮著十分重要的作用。而信息網絡是集成監控系統最為基礎、最為重要的支撐平台，在集成監控系統各項功能的實現中發揮著必不可少的作用。
港珠澳大橋集成監控系統實時監控的系統包括通風、給排水、供配電、環境氣象、交通信號、交通誘導、視頻檢測、照明監控、視頻監控等20多個子系統。集成監控系統通過4個光纖工業以太環網即橋樑監控數據環網、隧道監控數據環網、橋樑電力監控環網、隧道電力監控環網，實現了對通風、給排水、環境氣象、交通信號、火災報警、車牌識別、供配電、照明等13個子系統的實時監控。這些環網位於港珠澳大橋集成監控系統網絡層次模型的接入層，是其非常重要的、基礎性的組成部分，具有「結構簡單、自動性強、效率高、可提供冗餘鏈路」優點。
本文介紹了港珠澳大橋綜合監控系統的網絡層次模型，分析了光纖工業以太環網的優點及其在港珠澳大橋綜合監控系統中的作用，最後給出了光纖工業以太環網在港珠澳大橋綜合監控系統中的實際部署情況。
本文對橋島遂跨海集群工程、高速公路隧道工程外場機電設備接入集成監控系統網絡的設計與實現，可以提供有益的思路，並具有較強的實際參考價值。
1 港珠澳大橋綜合監控系統的網絡層次模型
港珠澳大橋集成監控系統的網絡由洪灣管養中心、珠澳口岸人工島、西人工島、東人工島這4個通信站的網絡共同構成。4個通信站各設置一台萬兆級乙太網交換機，隔站跳接構成10GE電信級光纖以太環網。4個通信站的網絡均按網絡層次模型劃分為設備層、接入層、匯聚層、核心層，西人工島還設有網關接口層，用於對接香港連接線、澳門連接線、珠海方面的業務網絡。
設備層:由各子系統現場硬體設備，包含與集成監控系統進行通信的智能主機/集控箱等硬體設備和接口，以及將底層傳輸轉換為乙太網絡通訊物理層協議的轉換設備和相關連接線。
接入層:主要用於將設備層的設備接入網絡。港珠澳大橋的橋樑數據監控環網、隧道數據監控環網、橋樑電力監控環網、隧道電力監控環網都處於這一層。
匯聚層:本層用數量不等的交換機或路由器對臨近的區域網點進行匯聚，提供不同層次之間的數據交換和數據路由。洪灣和西島的監控核心交換機、視頻核心交換機都處於這一層。
核心層:主要承擔多個通信站網絡之間的數據優化傳輸，一方面要在儘量短的時間內實現高速數據交換，同時保持數據信息和網絡狀態的可靠性。洪灣、口岸島、西島、東島這4個通信站的萬兆核心交換機都處於這一層。
2 光纖工業以太環網的優點及其在港珠澳大橋綜合監控系統中的作用
2.1 光纖工業以太環網的優點
光纖作為一種高效的信息傳輸工具，具有損耗小、抗干擾強、保真度高、接線容易等特點，且光纖的頻帶比較寬，儘管也會有不同程度的損耗，但是通常情況下，光纖的頻帶寬度都能夠達到30000GHZ，這樣的傳輸速率可以及時傳輸大規模的數據信息，從而保證了信息的完整性和全面性。
以太環網是由一組IEEE 802.1兼容的乙太網節點組成的環形拓撲，每個節點通過基於802.3媒體訪問控制(Media Access Control,MAC)的環埠與其他2個節點相連，而乙太網MAC可以由其他服務層技術承載，所有節點間能夠直接或間接通信。以太環網的主要特點是提供傳輸介質的冗餘設置，並通過具有智能管理和智能恢復功能的交換機實現實時可靠性的傳輸。
光纖工業以太環網以工業以太環網交換機作為交換節點，以光纖作為環網交換機之間的傳輸鏈路，有機融合利用了光纖通信和工業以太環網的優點，具體如下:
(1)環網節點間的光纖走的是不同管道，同時可以提供快速的保護倒換。當乙太網上任一節點發生故障時，乙太網能迅速切換到另一備份鏈路，保證通訊快速恢復;
(2)網絡使用專門的管理VLAN傳輸控制報文，與其它數據報文隔離，保證所傳輸的數據不受用戶網絡情況的影響，確保其正確安全性，同時通過VALN設置優先級，確保了控制報文優先傳輸;
(3)網絡的算法簡單、拓撲收斂速度快，並且收斂時間與環網的節點數無關，是可靠性非常高的區域網。
2.2 光纖工業以太環網在港珠澳大橋綜合監控系統中的作用
港珠澳大橋集成監控系統網絡層次模型接入層的4個環網即橋樑監控數據環網、隧道監控數據環網、橋樑電力監控環網、隧道電力監控環網，都是光纖工業以太環網。通過這4個環網，通風、給排水、環境氣象、交通信號、交通誘導、火災報警、火災消防、車牌識別、微波車輛檢測、供配電、照明、EPS、除濕機等13個子系統的外場硬體設備得以接入集成監控系統網絡，進而實現彼此間的監控數據互動。不是通過這4個環網接入的有7個子系統，即:收費、視頻監控、緊急電話、無線數字集群、有線廣播、景觀照明、航空障礙燈。也就是說，有65%的機電設備子系統是通過這4個環網接入港珠澳大橋集成監控系統網絡。因此，這4個環網是港珠澳大橋集成監控系統非常重要的、基礎性的組成部分。
3 港珠澳大橋集成監控系統光纖工業以太環網的實際部署
橋樑監控數據環網由38台工業以太環網交換機組成，管理VLAN為VLAN 8(44.1XX.8.0/24)，環網上接入的子系統包括:車牌識別、交通信號、交通誘導、氣象監測、微波車輛檢測、給排水，業務VLAN 12(44.1xx.12.0/24)。在洪灣管養中心，環網通過IP為44.1xx.8.44的工業以太環網交換機接入到洪灣監控核心交換機。在西人工島監控機房，該環網通過一台IP為44.1xx.8.44的工業以太環網交換機接入到西島監控核心交換機。而洪灣、西島的監控核心交換機，位於集成監控系統層次網絡模型的匯聚層。
隧道監控數據環網由16台工業以太環網交換機組成，管理VLAN為VLAN 8(44.1xx.8.0/24)，環網上接入的子系統:(1)通過16套PLC400、12套PLC1500接入給排水、通風、交通信號、火災報警、火災消防等子系統，它們的業務數據統一用VLAN 11(44.1xx.11.0/24)進行傳輸;(2)直接接入氣象檢測、車牌識別、交通誘導等子系統，其業務為VLAN12(44.1xx.12.0/24)。在西島監控機房，環網通過一台IP為44.1xx.8.63的工業以太環網交換機接入西島監控核心交換機。
橋樑電力監控環網由22台工業以太環網交換機組成，管理VLAN為VLAN 14(44.1xx.14.0/24)，環網上接入的子系統包括:(1)供配電、EPS、除濕機等子系統，它們的業務為VLAN 15(44.1xx.15.0/24);(2)通過調光控制器接入照明子系統，業務VLAN 16(44.1xx.16.0/24)。在西島監控機房，IP為44.1xx.14.27的環網交換機通過電力監控中心交換機接入到西島監控核心交換機。
隧道電力監控環網由39台工業以太環網交換機組成，管理VLAN為VLAN 14(44.1xx.14.0/24)，接入的子系統:(1)供配電、EPS子系統，業務VLAN15(44.1xx.15.0/24);(2)通過調光控制器接入照明子系統，業務VLAN 16(44.1xx.16.0/24)。在西島監控機房，IP為44.1xx.14.87的環網交換機通過電力監控中心交換機接入到西島監控核心交換機。
工業以太環網交換機的網絡埠為10M/100M/1000M自適應埠，100M、1000M單模光口均不少於2個。支持STP、RSTP、MSTP、HRP、MRP、Standby等多冗餘機制，環網恢復時間不大於200ms。支持基於IEEE 802.1Q的VLAN功能，支持全局以及每個埠的單播、多播和廣播限制器功能，以及地址表快速刷新、流量控制的功能。
4 結論
光纖工業以太環網以工業以太環網交換機作為交換節點，以光纖作為環網交換機之間的傳輸鏈路，兼具光纖通信和工業以太環網的優點，在高速公路隧道集成監控系統、煤礦安全監測監控系統等場合中廣泛應用。
本文介紹了港珠澳大橋綜合監控系統的網絡層次模型，分析了光纖工業以太環網的優點及其在港珠澳大橋綜合監控系統中的作用，最後給出了光纖工業以太環網在港珠澳大橋綜合監控系統中的實際部署情況。本文對橋島遂跨海集群工程、高速公路隧道工程外場機電設備接入集成監控系統網絡的設計與實現，可以提供有益思路，並具有較強的實際參考價值。
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