冗余工业以太网在高速公路隧道机电系统中的应用

1 引言

　　一般来说, 高速公路的隧道无人值守, 并且与监控分中心的距离比较远。必须建设一个适应隧道环境的高可靠性的网络平台, 保证隧道内各种监控数据实时上传, 保证中心对隧道设备的实时控制, 进而实现隧道的正常运营。具有ms 级自愈能力的冗余工业以太网平台是目前的最佳方案选择。

　　2 冗余工业以太网的构成方式

　　所谓工业以太网, 是指在技术上与商用以太网(IEEE802.3 标准)兼容,但材质的选用、产品的强度和适用性方面应能满足工业现场的需要的以太网。

　　由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求,工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗(TrunkingTM),都有各自不同的优势和特点。

　　构建冗余网络的主要方式主要有以下几种, S T P 、RSTP;环网冗余RapidRingTM 以及Trunking。

　　2.1 STP 及RSTP

　　STP(Spanning Tree Protocol,生成树算法,IEEE802.1D),是一个链路层协议,提供路径冗余和阻止网络循环发生。它强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。

　　如果一条路径有故障, 该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s 之间。RSTP(快速生成树算法,IEEE 802.1w)作为STP 的升级,将网络中断恢复时间,缩短到1-2s。生成树算法网络结构灵活, 但也存在恢复速度慢的缺点。

　　2.2 环网冗余

　　为了能满足工控网络实时性强的特点,RapidRing孕育而生。这是在以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。这个技术可以使网络在中断后3 0 0 m s之内自行恢复(如图1)。并可以通过交换机的出错继电连接、状态显示灯和S N M P 设置等方法来提醒用户出现的断网现象。这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。

图1 环网冗余拓扑图

　　RapidRing 也支持两个连接在一起的环网,使网络拓朴更为灵活多样。两个环通过双通道连接, 这些连接可以是冗余的, 避免单个线缆出错带来的问题。