1 概述
1.1 背景
信息化、工業(yè)化兩化融合的概念自十六大提出以來，在國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化發(fā)展中占據(jù)重要及基礎(chǔ)地位，隨著我國進(jìn)入“十三五”時期，為實(shí)現(xiàn)“工業(yè)2025”
戰(zhàn)略，政府提出了大力推進(jìn)信息化和工業(yè)化深度融合的要求。兩化深度融合的目的是借助企業(yè)信息化技術(shù)，引入“智能制造”、“智能產(chǎn)品”等新概念以及“云計(jì)算”、“大數(shù)據(jù)”、“物聯(lián)網(wǎng)”等信息化工具，將信息化與企業(yè)的研發(fā)、制造、銷售、管理等各個方面進(jìn)行深度融合，從而完成從“企業(yè)信息化”向“信息化企業(yè)”的徹底轉(zhuǎn)型，繼而帶動整個中國工業(yè)從根本上改變結(jié)構(gòu)和格局。在這之前，黨中央、國務(wù)院已先后出臺《中國制造2025》、《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》、《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》、《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》等系列文件。
新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在硬件技術(shù)與軟件技術(shù)的融合發(fā)展、產(chǎn)品和內(nèi)容的融合不同層面；其本質(zhì)是需求層次不斷升級推動技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，不同程度、不同組合方式、不同應(yīng)用領(lǐng)域的融合都會催生出新的產(chǎn)品和新的應(yīng)用，形成新的市場機(jī)會。而當(dāng)前國內(nèi)外在工業(yè)環(huán)境下的信息傳輸，仍處于傳統(tǒng)低速專用網(wǎng)絡(luò)向工業(yè)以太網(wǎng)的演進(jìn)過程中。據(jù)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球工業(yè)以太網(wǎng)占據(jù)市場份額38%，年增長率達(dá)到20%。而傳統(tǒng)現(xiàn)場總線仍以58%的份額主導(dǎo)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸，但年增長率萎縮到7%。工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，大大增加了對工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)男枨蟆Ｎ磥砉I(yè)級以太網(wǎng)傳輸是智慧工廠的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是有效支撐工業(yè)4.0發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。
1.2 實(shí)施目標(biāo)
當(dāng)前國內(nèi)正在進(jìn)行建設(shè)的“智慧城市”如管道連廊智能化改造，其市場規(guī)模也相當(dāng)驚人，據(jù)估計(jì)有17萬億元的建設(shè)規(guī)模。交通行業(yè)、電力航油、石油化工、冶金、煤炭、水處理等各種行業(yè)對工業(yè)級以太網(wǎng)傳輸設(shè)備都有著大量的需求。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備占有上述市場的1%細(xì)分份額，總體也有上千億元的規(guī)模。
因此，針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對于網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的需求，在具有存在必要性和發(fā)展前瞻性的基礎(chǔ)之上，研究開發(fā)一套多業(yè)務(wù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)光傳輸系統(tǒng)，將高速以太網(wǎng)和低速現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線等有效融合，配以功能完善的網(wǎng)管和運(yùn)維系統(tǒng)，并具有工業(yè)級的安全可靠性和優(yōu)越的實(shí)時性，可以滿足工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)對基礎(chǔ)傳輸系統(tǒng)的要求，從而提高生產(chǎn)效率，大大促進(jìn)生產(chǎn)力的提升和推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步。
1.3 適用范圍
針對工業(yè)以太網(wǎng)傳輸需求不斷提高，同時傳統(tǒng)總線仍占有一席之地的工業(yè)和行業(yè)物聯(lián)層傳輸環(huán)境下，提供適用于復(fù)雜信息傳輸環(huán)境的解決方案，面向市政、交通、電力、化工、冶金、煤炭、水利等各行業(yè)及各類工廠、工業(yè)園區(qū)等，以滿足如下應(yīng)用場景：
1）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備對工作環(huán)境有較高的要求，如溫濕度、防靜電裝飾等，而工業(yè)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備存在接口單一，無法滿足以太網(wǎng)傳輸?shù)热秉c(diǎn)。因此，通過采用工業(yè)級元器件滿足寬溫工作范圍，采用專門的防雷、防靜電等芯片和良好的電磁兼容性設(shè)計(jì)，使網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備具備抗電磁干擾的能力。而光纖上的信號傳輸更是沒有電磁干擾現(xiàn)象、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸帶寬大;
2）低速數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)采集、傳感器檢測、狀態(tài)控制等數(shù)據(jù)，其信息量低，一般速率為幾kbit/s，甚至更低，但是對實(shí)時性和可靠性要求高。而以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率較高，當(dāng)前絕大多數(shù)為百兆和千兆接口，傳輸各種視頻、音頻及其它數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，統(tǒng)計(jì)復(fù)用，實(shí)時性和可靠性較差。因此，可以通過專門設(shè)計(jì)的時隙復(fù)用方式，兼顧低速數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，保證兩種數(shù)據(jù)的有效傳輸。除此之外，通過FPGA芯片編程，可以把低速數(shù)據(jù)打包到以太網(wǎng)幀格式中，完成低速數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合互通;
3）在工業(yè)環(huán)境或其他對可靠性要求高、組網(wǎng)復(fù)雜的情況下，為了防備設(shè)備或光纖故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，本系統(tǒng)支持快速光纖自愈環(huán)網(wǎng)，自動切換時間可以達(dá)到30ms以下，同時可采用多樣的行業(yè)組網(wǎng)形式，如星型、鏈型、環(huán)型組網(wǎng)。
4） 通過WEB方式的管理界面，圖形化顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備狀態(tài);支持SNMPv2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，易于第三方集成開發(fā)網(wǎng)管系統(tǒng)，確保未來的可擴(kuò)展性。
本解決方案可滿足一個區(qū)域性工業(yè)園區(qū)的需求，也可接入到通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)從而實(shí)現(xiàn)跨地域性的大型工業(yè)園區(qū)或廠區(qū)的應(yīng)用需求。另外，對于高速公路、橋梁、隧道、城市交通、機(jī)場、以及管廊項(xiàng)目，其均可作為物聯(lián)層的光纖系統(tǒng)解決方案。
4.%2 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置
解決方案設(shè)備提供以太網(wǎng)接口及低速數(shù)據(jù)接口，連接智能機(jī)器；上聯(lián)光口可以和其它接入設(shè)備組成鏈形或環(huán)形網(wǎng)，通過光纖再與傳輸層設(shè)備的下聯(lián)端口連接，實(shí)現(xiàn)接入層設(shè)備與傳輸層設(shè)備的互通光口可上聯(lián)工廠控制系統(tǒng)、工廠云平臺等，如下圖中1所示。保證了接入層傳輸可靠性、實(shí)時性和可擴(kuò)展性，節(jié)省了串口轉(zhuǎn)換服務(wù)器等設(shè)備，減少了設(shè)備投入成本，降低了單點(diǎn)故障率。
傳輸層借鑒電信級通信光網(wǎng)絡(luò)，形成光纖自愈環(huán)網(wǎng)，滿足區(qū)域性工業(yè)園區(qū)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)需求，也可接入到工廠外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跨地域傳輸，如圖中7所示。當(dāng)節(jié)點(diǎn)或光纖發(fā)生故障時能夠在30ms內(nèi)完成倒換保護(hù)，避免了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸中斷和丟失，保證設(shè)備持續(xù)使用性。
同時提供功能完善、方便易用的匯聚層網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，對于包括光線拓?fù)洹⑼〝唷⒃O(shè)備供電、溫度以及各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的狀態(tài)均可知，在進(jìn)行可靠傳輸?shù)耐瑫r，更可傳遞豐富和完善的物聯(lián)網(wǎng)信息，為未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺的數(shù)據(jù)展示、大數(shù)據(jù)分析和挖掘提供更加全面的數(shù)據(jù)信息。
圖5-1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意圖
2 需求分析
隨著工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的智能化以及控制方式由單點(diǎn)走向協(xié)同，并且工業(yè)控制由工廠應(yīng)用發(fā)展到市政、安全、金融等更廣闊的物聯(lián)領(lǐng)域，現(xiàn)場設(shè)備之間需要進(jìn)行實(shí)時、快速、可靠以及遠(yuǎn)距離的通信，而大量采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更呈現(xiàn)多樣性趨勢(包括控制信號、檢測信號、視頻、音頻等)，傳輸數(shù)據(jù)的帶寬要求也逐漸由窄帶轉(zhuǎn)向?qū)拵В陨线@些網(wǎng)絡(luò)需求對于用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和智慧城市、綜合管廊、城市交通等行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸設(shè)備提出了升級改造的要求，具體體現(xiàn)在:
1)接口(多業(yè)務(wù)，兼容多接口)
2)可靠(獨(dú)立、自愈)
3)安全(各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隔離)
4)服務(wù)(并非簡單的通道的傳輸服務(wù)，要能提供各種業(yè)務(wù)匯聚，包括網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)匯聚、低速率數(shù)據(jù)匯聚等)
5)聯(lián)動(設(shè)備自身異常或者外部告知異常出現(xiàn)，除了上報中心，現(xiàn)場要提醒及聯(lián)動)
工業(yè)以太網(wǎng)傳輸設(shè)備需要滿足工業(yè)現(xiàn)場苛刻的環(huán)境要求，保證通信的實(shí)時性、可靠性、安全性，需要能夠達(dá)到較高的防塵、防水、抗干擾等級。當(dāng)前普通商業(yè)級以太網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用相當(dāng)普遍，價格便宜，產(chǎn)品成熟，但是不能適應(yīng)工業(yè)級環(huán)境對設(shè)備的嚴(yán)格要求，設(shè)備的安全性和可靠性較低，不能用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。此外，大部分廠家只是在原有商業(yè)級以太網(wǎng)交換和傳輸設(shè)備上做些結(jié)構(gòu)和高低溫等方面的簡單改進(jìn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)信號采集和控制對實(shí)時性和可靠性的要求。并且，傳統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)仍然有其生命力，將長期與以太網(wǎng)技術(shù)共存，現(xiàn)有以太網(wǎng)設(shè)備對原有接口的接入能力缺失。
為解決以上問題，國內(nèi)外廠商絕大多數(shù)都是簡單在商業(yè)級以太網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過采用工業(yè)級溫度范圍的元器件，提升設(shè)備工作溫度范圍;通過以太網(wǎng)生成樹協(xié)議進(jìn)行設(shè)備和鏈路保護(hù);采用網(wǎng)關(guān)、轉(zhuǎn)換器等方式轉(zhuǎn)接到以太網(wǎng)。這些設(shè)備仍然存在較大缺陷，如：(a)缺乏對工業(yè)環(huán)境中各種低速數(shù)據(jù)工業(yè)接口的有效支持，外置轉(zhuǎn)換器增加了設(shè)備故障點(diǎn)，大大增加了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，加大了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護(hù)成本;(b)帶寬不足，設(shè)備干線帶寬為百兆到千兆;(c)保護(hù)倒換時間過長;(d)沒有統(tǒng)一的運(yùn)維和網(wǎng)管系統(tǒng);(e)實(shí)時性欠佳等。
當(dāng)前從事工業(yè)以太網(wǎng)相關(guān)研究開發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)主要分兩類，一是國外解決方案提供商，其依靠自有研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)力，從協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等方面設(shè)置獨(dú)特性，自成系統(tǒng)，與其它廠家的兼容性較差;二是以國內(nèi)中小型產(chǎn)品供應(yīng)商，他們往往設(shè)備簡單，質(zhì)量參差不齊，功能缺失，一般都沒有網(wǎng)管系統(tǒng)，更不提供多業(yè)務(wù)接口。
3 解決方案
3.1 方案介紹
本項(xiàng)目最終提供一種面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)發(fā)展必備的多業(yè)務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)光傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)定位工業(yè)和行業(yè)物聯(lián)層，提供多樣性接口，包括總線、低速數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、模擬量、數(shù)字開關(guān)量、無線等滿足各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)接口。同時系統(tǒng)采用各種類數(shù)據(jù)時分復(fù)用、獨(dú)立通道的方式進(jìn)行傳輸，不但滿足各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸互不干擾性和獨(dú)立性，并且滿足了低時延、高傳輸效率以及傳輸可靠性的要求。
系統(tǒng)采用光纖為傳輸載體，最大限度的減少外部環(huán)境的干擾。利用電信級通信的光傳輸構(gòu)架的先進(jìn)性，結(jié)合工業(yè)制造的特點(diǎn)，有效的提升工業(yè)制造過程中對于通信系統(tǒng)的高規(guī)格需求。通過協(xié)議轉(zhuǎn)換算法，使得低速數(shù)據(jù)附載到光傳輸上，并保障數(shù)據(jù)無丟失與低時延，從而滿足工業(yè)企業(yè)和行業(yè)用戶對高速以太網(wǎng)和低速 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅⒛芙Y(jié)合通信運(yùn)營商的傳輸網(wǎng)絡(luò)，作為其解決“最后一公里”的組網(wǎng)方式，大大節(jié)約了設(shè)備的投入成本，減少了交換環(huán)節(jié)，降低了可能的故障環(huán)節(jié)。系統(tǒng)將有效的促進(jìn)工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)的融合建設(shè)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開展。
通過功能完善、方便易用的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，監(jiān)控光纖拓?fù)洹⑼〝唷⒃O(shè)備供電、溫度以及各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時狀態(tài)。在保證可靠傳輸?shù)耐瑫r，更提供豐富和完善的物聯(lián)網(wǎng)信息的傳遞，為應(yīng)用平臺的數(shù)據(jù)展示、分析和挖掘提供更加全面的數(shù)據(jù)信息。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)整體架構(gòu)分為接入層、中間傳輸層和匯聚層三個組網(wǎng)層次。
接入層解決最基本的數(shù)據(jù)采集問題，除了支持通用的一些行業(yè)設(shè)備協(xié)議外，計(jì)劃引入工信部及中國電信互聯(lián)網(wǎng)加應(yīng)用基地最新制定的采集規(guī)范。接入層設(shè)備一般置于用戶遠(yuǎn)端設(shè)備附近，負(fù)責(zé)直連遠(yuǎn)端設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集傳感器、可編程機(jī)床控制器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等。每臺接入層設(shè)備可以提供1到4路低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，具體類型可以根據(jù)用戶實(shí)際需求而靈活配置，可選RS-485、RS-232、CAN-BUS等接口類型。同時接入層設(shè)備還提供4路100Mbit/s以太網(wǎng)接口，用于接入以太網(wǎng)設(shè)備。接入層設(shè)備提供2個上連光口，每個速率1.25Gbit/s，可以環(huán)形或鏈形組網(wǎng)。
傳輸層則負(fù)責(zé)把接入層上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼傳輸，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量傳輸和自愈環(huán)網(wǎng)的自動保護(hù)切換。中間傳輸層提供4個到8個下連1.25Gbit/s光口(兼容千兆以太網(wǎng)光口)或千兆以太網(wǎng)電口，用于連接接入層設(shè)備或用戶遠(yuǎn)端的千兆網(wǎng)口設(shè)備。同時提供2個上行光口，速率可選2.5Gbit/s或10Gbit/s。
匯聚層處于網(wǎng)絡(luò)的核心，可以接收和匯聚各個接入設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并匯聚到千兆或萬兆接口，再連接服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等用戶中心設(shè)備。匯聚層設(shè)備采用機(jī)架插卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支持12個業(yè)務(wù)槽位，2個核心交換槽位，雙電源1+1備份。
業(yè)務(wù)卡有8路千兆電口卡、6路千兆光口卡。
3.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)
接入層設(shè)備:連接用戶的遠(yuǎn)端設(shè)備，如傳感器、機(jī)床控制器、生產(chǎn)線機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)等設(shè)備，把用戶的低速數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時分復(fù)用后，轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳送給上層設(shè)備。反向完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，時隙信息解析，把低速數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分別送給相應(yīng)用戶設(shè)備。
中間傳輸層設(shè)備:下聯(lián)多個接入端設(shè)備，所以需要較大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，可選2.5Gbit/s或10Gbit/s光纖帶寬，支持雙光口，可以進(jìn)行環(huán)形組網(wǎng)，支持快速自愈環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換。
中心匯聚層設(shè)備:接收和匯聚通過多個中間傳輸層自愈環(huán)網(wǎng)上行的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和專用低速數(shù)據(jù)，并通過背板匯聚到核心交換板。核心交換板可以把所有數(shù)據(jù)匯聚為2個千兆電口或萬兆光口輸出。匯聚輸出口可以設(shè)置為1+1鏈路保護(hù)。系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。
圖5-2 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
3.4 功能設(shè)計(jì)
3.4.1 硬件設(shè)備
1)接入層設(shè)備根據(jù)端口數(shù)量不同分為多款。其信號處理原理相同，不同之處在于提供給用戶的以太網(wǎng)接口和低速數(shù)據(jù)接口的數(shù)量。低速數(shù)據(jù)接口可以靈活配置為RS-232、RS-485、通用輸入輸出接口GPIO、開關(guān)量或CAN-BUS接口。接入設(shè)備提供兩個上聯(lián)光口，速率1.25Gbit/s，可以和其它接入設(shè)備組成鏈形或環(huán)形網(wǎng)，通過光纖再與中間傳輸層設(shè)備的下聯(lián)端口連接，實(shí)現(xiàn)接入層設(shè)備與傳輸層設(shè)備的互通。接入層設(shè)備功能框圖如下圖所示。
圖5-3 接入層設(shè)備功能框圖
2)傳輸層設(shè)備硬件分為2.5Gbit/s和10Gbit/s兩款，分別支持2.5Gbit/s光纖自愈環(huán)網(wǎng)ISR-2.5G和10Gbit/s光纖自愈環(huán)網(wǎng)ISR-10G。其中ISR-2.5G設(shè)備含有2個2.5Gbit/s光纖上聯(lián)接口、4個1.25Gbit/s光纖下聯(lián)接口和4個千兆電口;ISR-10G設(shè)備含有2個10Gbit/s光纖上聯(lián)接口、4個1.25Gbit/s光纖下聯(lián)接口和4個千兆電口。傳輸層設(shè)備的1.25Gbit/s光纖下聯(lián)接口兼容普通千兆以太網(wǎng)光口。
3)匯聚層設(shè)備支2個或4個萬兆光纖匯聚接口，能提供高達(dá)48個1.25Gbit/s光口(兼容千兆以太網(wǎng)光口)或電口的連接。所有接口統(tǒng)一進(jìn)行線速交換。接入層設(shè)備上傳的低速數(shù)據(jù)在此設(shè)備進(jìn)行解析，并轉(zhuǎn)換為低速數(shù)據(jù)接口輸出，或者封裝為TCP/IP數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)綄ｉT的服務(wù)器，再進(jìn)行信號的處理。
匯聚層設(shè)備采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，共有12個業(yè)務(wù)插槽，2個核心交換槽，雙電源1+1備份。業(yè)務(wù)插槽提供下聯(lián)光口或電口，與傳輸層設(shè)備光口或用戶千兆電口設(shè)備相連。核心交換板實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)的匯聚和互聯(lián)互通，同時提供專用的網(wǎng)絡(luò)管理百兆以太網(wǎng)接口和控制臺接口。
3.4.2 軟件平臺
本項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用于進(jìn)行整個光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)故障管理。
整個網(wǎng)管系統(tǒng)的軟件包括設(shè)備板卡級的板載控制和執(zhí)行軟件、設(shè)備核心交換控制卡上的控制管理軟件、服務(wù)器上的管理軟件和用戶客戶端軟件。
板載嵌入式軟件和核心交換控制板的軟件基于Linux開發(fā)。Linux系統(tǒng)具有實(shí)時性好、技術(shù)成熟穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以滿足本項(xiàng)目對實(shí)時性和可靠性的要求。
本項(xiàng)目網(wǎng)管軟件可以提供基于WEB的管理界面，用戶通過瀏覽器登錄網(wǎng)管系統(tǒng)即可對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面管理。同時網(wǎng)管系統(tǒng)還支持標(biāo)準(zhǔn)的SNMPv2協(xié)議，方便第三方軟件的集成和接入管理。
具體管理功能包括:
? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣影l(fā)現(xiàn)和管理機(jī)架及插卡的管理
? 設(shè)備配置管理
? 故障管理
對于故障信息，網(wǎng)管系統(tǒng)會生成相應(yīng)的故障告警并上報給系統(tǒng)管理者，以便用戶及時采取維護(hù)措施。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生變化時，如新的板卡插入機(jī)架、新的遠(yuǎn)端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)或有新的用戶設(shè)備上線，網(wǎng)管系統(tǒng)也會生成相應(yīng)的通知消息。
系統(tǒng)故障告警種類包括:
? 電源掉電告警
? 板卡過熱告警
? 板卡下線
? 網(wǎng)絡(luò)端口下線
? SFP光模塊移除
? 光口端口連接
? 遠(yuǎn)端接入設(shè)備下線
? 遠(yuǎn)端接入設(shè)備掉電
? 光網(wǎng)絡(luò)主環(huán)故障
? 光網(wǎng)絡(luò)主環(huán)斷開
? 光網(wǎng)絡(luò)次環(huán)故障
3.5 安全及可靠性
1）借鑒電信級通信光傳輸組網(wǎng)架構(gòu)，提供更高效的多接口多業(yè)務(wù)傳輸通道。
組網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用自愈環(huán)網(wǎng)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或光纖發(fā)生故障時能夠在30ms內(nèi)完成倒換保護(hù)，基本避免信息傳輸中斷和丟失的可能性，保證設(shè)備持續(xù)可用。
系統(tǒng)支持以太網(wǎng)接口和低速數(shù)據(jù)接口同時接入，適用各種原有網(wǎng)絡(luò)布線情況，同時系統(tǒng)支持 1.25Gbit/s光口、2.5Gbit/s光口或10Gbit/s光口上傳。對于不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)可以靈活選擇采用全部或部分接入層、傳輸層和匯聚層的設(shè)備。
系統(tǒng)支持星型、鏈型、環(huán)型等拓?fù)洌M網(wǎng)靈活，可用于工業(yè)現(xiàn)場、高速公路、城市管廊等環(huán)境中，統(tǒng)一傳輸?shù)退贆z測信號和大帶寬的視頻等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
2）多接口光傳輸設(shè)備的使用降低了整個網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)故障發(fā)生的概率。
本系統(tǒng)中研制開發(fā)的多接口光傳輸設(shè)備直接在設(shè)備上提供低速數(shù)據(jù)接口，省去了串口轉(zhuǎn)換服務(wù)器等轉(zhuǎn)換設(shè)備，大大減少了傳輸網(wǎng)絡(luò)中接口轉(zhuǎn)換設(shè)備的數(shù)量，節(jié)約了設(shè)備的投入成本，同時也減少了可能的故障環(huán)節(jié)，降低了網(wǎng)絡(luò)的單點(diǎn)故障率。
3）采用時分復(fù)用方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，極大程度確保低時延和傳輸可靠性。
系統(tǒng)對于各類數(shù)據(jù)，采用時分復(fù)用、獨(dú)立通道的方式傳輸，一方面滿足各數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)莫?dú)立性，互不發(fā)生干擾，以確保業(yè)務(wù)中最重要的數(shù)據(jù)不會丟失;另一方面也滿足了低時延、高傳輸效率和高傳輸可靠性的要求。
其中具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)有:
1）采用了高速可編程FPGA芯片和高速工業(yè)級交換芯片相結(jié)合的方式，F(xiàn)PGA處理工業(yè)控制用信息，工業(yè)級交換芯片處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù);
2）物理層通過FPGA對低速數(shù)據(jù)接口直接處理、打包封裝、時隙復(fù)用，不受以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的影響，有效保證了低速數(shù)據(jù)的實(shí)時性、可靠性;
3）自主設(shè)計(jì)的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)復(fù)用協(xié)議，避免了把低速數(shù)據(jù)封裝為普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)致的低效率和易丟失的風(fēng)險。