國棟 石竟

引灤入津工程通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

國棟 石竟

引灤入津是國內(nèi)第1座大型跨流域引水工程，建成投運已近40年，對國內(nèi)引水工程的建設(shè)、運行起著引領(lǐng)示范的作用。隨著引灤工程運行業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展及科技的進(jìn)步，建設(shè)新一代通信網(wǎng)迫在眉睫。IP方案、ATM方案、SDH方案作為引灤入津工程管理信息系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)都能完成其數(shù)據(jù)傳輸、視頻信號傳輸、語音信號傳輸?shù)墓δ?。?jīng)綜合比較，選用IP方案。

引灤入津 通信 IP ATM SDH

引灤入津工程建設(shè)時間在20世紀(jì)80年代初，通信專網(wǎng)的整體網(wǎng)絡(luò)化水平較低，沒有骨干傳輸網(wǎng),工程現(xiàn)代化管理所需的監(jiān)控系統(tǒng)、視頻和程控語音及數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)還沒有建立。電話交換設(shè)備較為落后，話務(wù)基本依賴電信公網(wǎng)解決。由于通信網(wǎng)絡(luò)的限制，水文、水質(zhì)監(jiān)測等工程監(jiān)測數(shù)據(jù)不能做到實時處理；在這樣的通信環(huán)境下，不能設(shè)置統(tǒng)一的管理控制中心，沒有統(tǒng)一的辦公自動化流程。各個管理處協(xié)調(diào)處理能力不足，辦公自動化程度低。

引灤入津工程是國家大型水利項目，是天津市生活、生產(chǎn)用水的重要水源，隨著天津市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，用水量也在高速增長，同時整個海、灤河流域地區(qū)水文、水質(zhì)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境發(fā)生了變化，迫切需要引灤入津工程在更加科學(xué)、及時、經(jīng)濟(jì)和高效地管理等方面做出改變，以適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展和變化。

提高工程管理水平首先要采用先進(jìn)的科學(xué)方法和手段進(jìn)行管理，如程控電話交換、工程自動監(jiān)控、電視會議、視頻監(jiān)控、實時水文水質(zhì)監(jiān)測、網(wǎng)上培訓(xùn)以及多媒體業(yè)務(wù)等。以上管理方法的基礎(chǔ)是建設(shè)新一代通信網(wǎng)絡(luò)。在強大、先進(jìn)的骨干網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)引灤入津工程的科學(xué)管理。

1　通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)

引灤入津工程通信骨干網(wǎng)構(gòu)建后需覆蓋工程管理處、泵站等各節(jié)點并形成通信平臺，保證各個節(jié)點的各種信息實時、高效、安全和準(zhǔn)確傳遞，骨干網(wǎng)統(tǒng)一網(wǎng)管。為全網(wǎng)各節(jié)點提供話音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)，各種業(yè)務(wù)實現(xiàn)全網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，不同業(yè)務(wù)之間帶寬可動態(tài)分配。通信系統(tǒng)具有良好的互通性與兼容性，同時要求通信系統(tǒng)具有良好的升級性，可支持將來各種新業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)的接入。在以上目標(biāo)的基礎(chǔ)上要求建設(shè)的通信骨干網(wǎng)具有最佳的性能價格比。

2　通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)建設(shè)范圍

引灤入津工程設(shè)工程管理處，下轄6個管理處：隧洞、黎河、于橋、潮白河、爾王莊和宜興埠。于橋管理處與工管處位于一地。

引灤入津工程通信骨干網(wǎng)系統(tǒng)將工管處設(shè)為信息中心，其它工程處設(shè)為信息分中心，將工程的主要建筑物都納入到通信骨干網(wǎng)范圍內(nèi)，組成通信的各個節(jié)點平臺。通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)建設(shè)包括：連接中心與各分中心間傳輸?shù)闹鞲涉溌泛透髯詣颖O(jiān)測站至各信息中心的語音、視頻、數(shù)據(jù)接入通道建設(shè)。

3　通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)建設(shè)方案比選

3.1方案1：千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)方案（IP）

以TCP/IP技術(shù)為主，結(jié)合以太網(wǎng)路由交換技術(shù)、QoS、VoIP等，為用戶提供支持實時多種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通信平臺，滿足現(xiàn)在和今后業(yè)務(wù)的需求。

考慮以太網(wǎng)的技術(shù)特點，確定以工管處（于橋）信息中心、隧洞、黎河、潮白河、爾王莊河和宜興埠信息分中心為節(jié)點，組成網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)絡(luò)，工管處信息中心與其他5個節(jié)點間直接連接，5個節(jié)點間互連，形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。骨干連接采用GE接口，10/100 M接口到桌面。支持普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和實時IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括語音和視頻）傳送。

分別以6個骨干節(jié)點為中心，構(gòu)架接入網(wǎng)絡(luò)，采用星型拓?fù)?，保證各個測站節(jié)點接入高的速率。接入節(jié)點上配置模擬語音接入設(shè)備解決語音通信問題。

3.2方案2：ATM通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)方案

網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點為信息中心。骨干節(jié)點包括隧洞信息分中心、黎河信息分中心、于橋信息分中心、潮白河信息分中心、爾王莊信息分中心和宜興埠信息分中心共6個節(jié)點組成。這6個節(jié)點分別和信息中心以622 M連接形成網(wǎng)孔狀網(wǎng)，骨干節(jié)點將各監(jiān)測站的業(yè)務(wù)匯聚到信息中心，可以充分保證網(wǎng)絡(luò)可靠性。

在核心節(jié)點（信息中心），配置交換容量為7.5 G的ATM設(shè)備，并可靈活升級為10 G，最大速率接口卡為622 M；在骨干節(jié)點（隧洞分中心、黎河分中心、于橋分中心、宜興埠分中心、潮白河分中心、爾王莊分中心）各配置1臺交換容量為5 G骨干交換機，并可靈活升級為7.5 G和10 G，最大速率接口卡為622 M。

監(jiān)測站之間采用155 M光環(huán)連接。155 M的帶寬容量可以保證視頻及其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量。

3.3方案3：SDH通信系統(tǒng)方案

以SDH傳輸技術(shù)為主，結(jié)合PBX及以太網(wǎng)交換技術(shù)，為用戶提供豐富的多種業(yè)務(wù)通信平臺，滿足現(xiàn)在和今后業(yè)務(wù)的需求。

以6個信息中心、分中心為節(jié)點，組成骨干網(wǎng)絡(luò)，6個節(jié)點間隔接入，形成環(huán)型二纖保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。采用2.5 G MSTP傳輸平臺，支持TDM業(yè)務(wù)和IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送。骨干網(wǎng)可以在一個機架上提供2 M到2.5 G的各種TDM接口，同時也提供10/ 100 M和1 000 M接口用于構(gòu)架高速IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

分別以6個中心節(jié)點為中心，構(gòu)架接入網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點接入采用MSTP 155 M SDH環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，具有高可靠性。接入設(shè)備提供模擬語音接口、低高速數(shù)據(jù)接口、視頻（編解碼）接口和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口。

3.4方案比選

水利系統(tǒng)的業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有較高的實時性和可靠性。比如，水文監(jiān)測及生產(chǎn)自動監(jiān)控信息、視頻監(jiān)控信息、調(diào)度電話和行政電話和辦公自動化系統(tǒng)等業(yè)務(wù)，都要求較高的實時性和可靠性。水利系統(tǒng)的業(yè)務(wù)種類十分廣泛,不僅有大量的調(diào)度自動化系統(tǒng)、水利市場支持系統(tǒng)等以太網(wǎng)接入，還有行政電話、調(diào)度電話等語音接入、視頻監(jiān)控和電路仿真接入等。以上3種方案均能滿足水利系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)的要求。

3.4.1技術(shù)性比較

千兆以太網(wǎng)（IP）方案適用于組建以IP為核心的3層交換寬帶網(wǎng)絡(luò)，以滿足對帶寬要求較高的諸如數(shù)據(jù)、圖形、視頻等信息的正常傳輸。網(wǎng)絡(luò)性能具有先進(jìn)的交換體系結(jié)構(gòu)，豐富的接口類型與高端口密度，目前網(wǎng)絡(luò)主要以10/100 M、千兆以太網(wǎng)為主，可管理，易維護(hù)，網(wǎng)管系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、故障診斷等功能。選用基于同一產(chǎn)品系列的產(chǎn)品，可以備件共享，便于維護(hù)管理?？蓴U展升級，有升級到萬兆以太網(wǎng)的能力。具有訪問限制、預(yù)防攻擊等安全特性。符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，便于不同產(chǎn)品間的互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控與統(tǒng)計。

ATM是1988年由CCITT(ITUT前身)提出的作為寬帶綜合多業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)BISDN的核心技術(shù)，位于7層協(xié)議的第2層數(shù)據(jù)鏈路層。ATM是在分析、總結(jié)了傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)的電路交換技術(shù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的分組交換技術(shù)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它融合了兩者的優(yōu)勢：面向連接，具有QOS保證；統(tǒng)計復(fù)用，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

SDH作為通信網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)普遍應(yīng)用的基礎(chǔ)傳輸技術(shù)，SDH在通信標(biāo)準(zhǔn)的7層協(xié)議中，SDH位于最底層，作為一種TDM同步復(fù)用技術(shù)，主要作為專線業(yè)務(wù)的提供。SDH作為基礎(chǔ)傳輸技術(shù)，只能夠提供專線業(yè)務(wù)，提供透明的電路通道。雖然可以認(rèn)為SDH是底層傳輸技術(shù)，理論上講可以承載任何一種其他技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)，但是這樣將造成多個網(wǎng)絡(luò)分層并存的情況，在SDH傳輸網(wǎng)上不可能直接支持幀中繼協(xié)議、IP路由等協(xié)議，因此，在接入多業(yè)務(wù)上必須再依靠其他設(shè)備，而不能直接在SDH的光口或電口上實現(xiàn)。

3.4.2經(jīng)濟(jì)性比較

千兆以太網(wǎng)（IP）方案主干通信采用路由交換設(shè)備，語音交換設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)接入主干交換網(wǎng)絡(luò)，視頻信號通過編解碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過IP接口接入IP網(wǎng)絡(luò),所有數(shù)字接口都有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn),所有設(shè)備造價不高，經(jīng)濟(jì)性能較好。ATM方案主干通信交換設(shè)備采用ATM交換機，各分支節(jié)點采用ATM交換設(shè)備，語音接入采用專用模板，視頻接入也采用專用編解碼器,所有設(shè)備造價高，經(jīng)濟(jì)性較差。SDH方案作為光端連接設(shè)備，性能穩(wěn)定，在傳輸層構(gòu)架上由路由交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，因此，設(shè)備利用率較低，經(jīng)濟(jì)性一般。投資比較見表1。

表1　主干通信方案投資比較表

通過表1可以看出，從經(jīng)濟(jì)上比較，IP方案最優(yōu)，SDH方案次之。

3.4.3管理性比較

千兆以太網(wǎng)（IP）方案由于采用計算機作為路由交換，因此，網(wǎng)絡(luò)管理與IP網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)無縫連接，易于實現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管。

ATM方案由于采用面向?qū)ο蟮倪B接設(shè)備，因此，其連接穩(wěn)定性和可靠性較高，但設(shè)備較為復(fù)雜，因此，網(wǎng)絡(luò)管理不易與IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

SDH方案由于是面向物理層連接，功能專一，不易實現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管。

3.4.4可靠性、安全性比較

IP方案由于以IP交換機為核心結(jié)點，易于受到網(wǎng)絡(luò)黑客的攻擊，必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全的設(shè)計和配置。ATM方案由于電信級傳輸設(shè)備，安全性高，并有路徑自愈等多項安全功能，穩(wěn)定性和安全性高。SDH方案安全性和穩(wěn)定性較高，作為多數(shù)電信主干傳輸。

3.4.5方案確定

綜上方案比較，千兆以太網(wǎng)（IP）方案、ATM方案、SDH方案作為引灤入津工程管理信息系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)都能完成其數(shù)據(jù)傳輸、視頻信號傳輸、語音信號傳輸?shù)墓δ?。從?jīng)濟(jì)上比較，千兆以太網(wǎng)（IP）方案最適合，SDH方案次之，ATM方案最高。

對于多業(yè)務(wù)、實時性高的綜合通信網(wǎng)絡(luò)，千兆以太網(wǎng)（IP）方案經(jīng)濟(jì)性最好，隨著QOS技術(shù)的發(fā)展，其技術(shù)上的缺陷得到不斷完善。ATM方案技術(shù)性能最優(yōu)，傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性最高，但價格昂貴。SDH方案技術(shù)成熟，性能可靠，但網(wǎng)絡(luò)傳輸資源利用率和性價比不是最優(yōu)。

根據(jù)引灤入津工程管理信息系統(tǒng)工程的實際情況，根據(jù)方案綜合比較結(jié)果，引灤入津信息系統(tǒng)主干通信的實施選用千兆以太網(wǎng)（IP）方案。

4　結(jié)語

引灤入津通信信息系統(tǒng)目前已經(jīng)建設(shè)完成，運行良好，對整個工程的科學(xué)運行管理起到了重要的作用。通過對通信信息系統(tǒng)的設(shè)計、比選可對同類跨流域引水工程建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)提供經(jīng)驗。

國棟 女 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

石竟 女 助理工程師 中國水利水電第十三工程局有限公司 天津 300384

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（2016-09-14）