北引自動化系統計算機網絡設計

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

北引自動化系統計算機網絡設計

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統建設內容包括監控系統(干渠閘站監控子系統、干渠視頻監視子系統、干渠堤防工程安全監測子系統、氣象及地下水位監測子系統、凍害防治監測子系統)、通信系統、計算機網絡系統以及信息系統。計算機網絡系統設計為滿足管理與決策需求，實現工程統一調度、運行參數校核、應急事故處理、工程數據錄入處理、報表生成及打印及信息發布等功能，建設了集管(管理)、控(監控)、監(監視)為一體的黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統提供堅實的基礎。

引嫩擴建一期工程；計算機網絡；網絡拓撲；網絡分區

0 前 言

尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程主要包括北引總干渠、紅旗干渠、友誼干渠。北部引嫩渠首位于尼爾基水庫壩下約28km處，渠首采用閘壩結合的布置型式。樞紐總長5592.5m，由土壩、進水閘、泄洪閘、溢流壩、固灘等組成，兩側與嫩江堤防銜接。該工程主要任務是滿足大慶、安達兩市工業和居民、沿線農牧業灌溉和生態用水為目的的供水輸水工程。

北引總干渠上布置渠系建筑物94座，主要包括節制閘8座，分水閘10座，抽水站3座；引水干渠分水閘共4座。退水閘3座，坡水涵洞13座，坡水渡槽3座，坡水渡槽有交通要求。鐵路橋3座，公路橋5座，農橋39座。其他建筑物有交通設施的11座。河渠交叉建筑物共有2處。紅旗干渠全長39.4km。紅旗干渠渠道上共布置建筑物13座，進水閘2座，農道橋6座，倒虹吸1座，跌水3座，節制閘1座。友誼干渠長26.7km，主要任務是為向中引補水，實現北、中引聯合調度。友誼干渠共包括進水閘1座，節制閘1座，跌水3座。公路橋2座，鐵路橋1座，農道橋6座。倒虹吸1座，涵洞4座。

黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統建設內容包括監控系統(干渠閘站監控子系統、干渠視頻監視子系統、干渠堤防工程安全監測子系統、氣象及地下水位監測子系統、凍害防治監測子系統)、通信系統、計算機網絡系統以及信息系統。

1 計算機網絡設計原則

引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統根據管理職能設置1個總控中心、4個分控中心、2個管理中心及43個管理站/監控站。系統應以先進成熟的網絡通訊技術為手段進行組網，支持數據、語音和視頻等多媒體應用，具有標準化及開放性、靈活性和兼容性、可擴展性和開放能力、可管理性、可靠性和可用性、安全性與保密性、實用性和經濟性，在有限的投資中構造一個性能最佳的實用性的計算機網絡。

2 計算機網絡拓撲結構選擇

計算機網絡拓撲結構主要包括總線型網絡、環型網絡、星型網絡、樹型網絡和網狀型網絡。

總線拓撲結構中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于局域網的連接,總線一般采用同軸電纜或雙絞線。 該結構便于安裝及擴展,由于各個節點共用一個總線作為數據通路,信道的利用率高。但由于信道共享,連接的節點不宜過多且傳輸容量有限，可靠性及安全性差。

星型拓撲結構是一種以中央節點為中心的輻射式互聯結構。適用于局域網,主要以雙絞線或同軸電纜作連接線路。星型拓撲結構安裝容易,結構簡單,費用低,通常以集線器(HUB)作為中央節點,便于維護和管理。

環型拓撲結構是將網絡節點連接成閉合結構。信號順著一個方向從一臺設備傳到另一臺設備,每一臺設備都配有一個收發器,信息在每臺設備上的延時時間是固定的。環型拓撲結構安裝容易,費用較低,電纜故障容易查找和排除。環型網絡的缺點是當節點發生故障時,整個網絡就不能正常工作。

樹型拓撲結構就像一棵“根”朝上的樹,與總線拓撲結構相比,主要區別在于總線拓撲結構中沒有“根”。樹型拓撲結構容易擴展、故障容易分離處理,缺點是整個網絡對根的依賴性很大,一旦網絡的根發生故障,整個系統就不能正常工作。

3 計算機網絡拓撲結構組建

控制中心計算機網絡的物理拓撲結構采用星型三級以太網絡結構，第一層次以冗余設置的萬兆核心交換機為連接的網段，提供若干千兆位交換模塊，其中千兆位帶寬用于連接各應用系統服務器、接入交換機、輔交換機、視頻工作站、圖形工作站、大屏幕工作站等設備，通過百兆位交換模塊接入其他工作站；第二層次是通過百兆位的輔交換機、光纖網絡，連接分控中心、控制站及各個管理站/管理所的監控系統設備以及授權工作站；第三層次以千兆位接入交換機為連接設備，組建企業內網并實現與外部網絡的連接。網絡二、三級節點分別組建百兆快速星型以太網，利用高性能、多端口的基于標準的分布式交換機作為遠程連接主干、匯聚設備，滿足廣域網和局域網之間帶寬及端口密度要求。

網絡中心設備以及其關鍵部件采用雙機雙網結構，主要硬件設備采用冗余配置，避免單點故障導致系統癱瘓。

圖1控制中心計算機網絡圖

4 計算機網絡配置

網絡中心設備以及其關鍵部件采用雙機雙網結構，主要硬件設備采用冗余配置，避免單點故障導致系統癱瘓。系統配置包括：獨立的各監控子系統網段；獨立的視頻子系統網段；獨立的多點視頻會議網段；主網采用雙網結構(2臺核心交換機)；主系統由1臺GPRS通信服務器、2臺存儲服務器、1臺WEB服務器、1臺內網服務器、1臺網關兼PAS服務器、1臺圖形工作站、1臺網管工作站、1臺物理隔離裝置、1臺路由器及2臺硬件防火墻組成。

1)web服務器1臺，擔負著對內部局域網及外網的網絡服務。

2)圖形工作站1臺，小型機配置，實現可以輕松運行三維處理軟件，并對一些高清衛星圖片進行高性能的分析和處理。并處理能夠解決并行渲染或合成等棘手的高性能圖形處理問題。

3)存儲服務器2臺，小型機配置，設計存儲服務器2臺和磁盤陣列一組，形成Oracle集群服務，保證重要數據的安全。

4)網關兼PAS服務器1臺，實現磁盤配額和文件權限管理，控制不同用戶間的訪問權限。要求有效的防病毒和黑客管理，建立訪問日志。

5)內網服務器1臺，組建企業內網。

表1 控制中心計算機網絡系統設備配置表

5 網絡分區

北引綜合自動化系統網絡基于計算機和網絡技術的業務需求，劃分為實時控制區(安全區Ⅰ)、非控制生產區(安全區Ⅱ)和管理信息大區(安全區Ⅲ)。

實時控制區(安全區Ⅰ)中的任務主要為閘門、泵站的實時監控，以及水位、流量、電氣、電量等參數的采集通道。

非控制生產區(安全區Ⅱ)是干渠安全運行的必要環節，在線運行但不控制或對控制的實時性要求不高。

管理信息大區(安全區Ⅲ)是指生產控制大區以外的企業管理業務系統的集合。

安全區Ⅰ與安全區Ⅱ之間設置防火墻，安全區Ⅱ與安全區Ⅲ之間設置橫向物理隔離網閘。

6 網絡管理

一個完善的網絡管理系統是計算機網絡能夠穩定可靠運行的保證。調度中心的業務是基于計算機網絡(包括局域網和廣域網)，所以網絡管理對于我們的網絡來說是至關重要的。網絡管理做得好，用戶至少可以得到以下好處：

確保業務不致中斷，這對于信息廣域網網絡系統是至關重要的；

高性能的網絡有助于提高工作效率和競爭力，網絡管理員必須確保這些網絡應用能順利運行；

可以確保網絡的規模和性能隨網絡的擴展而增長，不致于拖業務的后腿；可以確保數據的安全性和一致性；

降低網絡維護的成本。

7 結 語

計算機網絡系統設計為滿足管理與決策需求，實現工程統一調度、運行參數校核、應急事故處理、工程數據錄入處理、報表生成及打印及信息發布等功能，建設了集管(管理)、控(監控)、監(監視)為一體的黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程綜合自動化系統提供堅實的基礎。

[1]中國灌溉排水發展中心.大型灌區信息化建設技術指南[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

1007-7596(2017)08-0128-03

2017-07-20

李達(1983- )，男，吉林松原人，工程師；葉江南(1981- )，男，福建壽寧人，工程師。

TP393.07

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