DCS系統中赫斯曼交換機可替代性研究

馬小龍

摘要：城市軌交交通數據通信系統由成千上萬臺交換機組成，在南京地鐵通信與信號專業中常用的交換機型號也不盡相同。例如S9號線信號DCS系統數據傳輸使用赫斯曼交換機，S1號線通信視頻監視系統數據傳輸使用H3C交換機，S3號線通信PIS系統數據傳輸使用阿郎交換機，S3號線通信視頻監視系統數據傳輸使用華為交換機;使用場合不同即使相同品牌交換機型號也有所不同。考慮到，一是設備停產無法采購完全同型號備件，二是新的交換機功能日益強大、價格愈發低廉，三是應急處理故障，因此需采購大量品牌型號不一的交換機設備作為備件。結合交換機硬件外觀、安裝方式、端口需求和配置需求，深入研究采用不同品牌交換機進行替代，實現數據交互功能，節約了必須采購同型號備件帶來的采購成本、時間成本。

關鍵詞：地鐵;信號DCS系統;交換機;替換;控制成本

1 研究背景

S9號線信號DCS系統使用赫斯曼交換機進行終端設備接入。

在維保過程中，維護單位申報預算采購備件時，公司要求采購同型號設備需提供單一來源說明，若不提供，則將采購其他型號交換機，避免受制于一家單位。

交換機產品更新換代快，為防止同品牌同型號交換機停產，提前進行預防。

2 可替代性分析

交換機替代需滿足幾個原則：

1）無論任何型號交換機在局域網中的應用，都要求以太網交換機具有極高的信息安全性、電信級的網絡可靠性以及強大的網管功能，并且能保證用戶的接入帶寬，支持 VLAN、組播、STP（生成樹協議）、QoS 保證、SNMP、OSPF等通用協議;

2）業務端口數量保證相同或不少于;

3）若互聯交換機使用光模塊，該光模塊的規格參數必須一致（也可成對更換），且不同品牌交換機需要插入相同兼容光模塊才能實現互連。如：速率、波長、傳輸距離、單纖/雙纖需一致;

4）若互聯交換機使用電網口，鏈路兩端需要以太網協議相同（也可成對更換），端口速率、工作模式需一致。

5）如安裝位置較有限，交換機尺寸應基本一致，方可進行替換。

參考以上原則，以赫斯曼SPIDER 5TX為例進行交換機可替代性分析。

2.1 赫斯曼SPIDER 5TX

1.3針電源接線端子;

2.5個端口，RJ45，10/100 Mbit/s，自動交叉，自動協商，自動極性識別;

3.電源指示燈。

交換機特性：

卡軌式安裝;

支持RING環網，冗余技術;

支持802.1q VLAN、LLDP、DHCP、ARP、組播、MSTP、QoS/ACL、SNMP這些常見的功能;

寬度×高度×厚度：25 mm × 114 mm × 79 mm;

24V DC，單路電源輸入;

重量：113 g;

工作溫度：-40℃至+70℃。

SPIDER交換機是特制用于工業環境，支持10MBit/s以太網和100MBit/s快速以太網，支持根據IEEE標準802.3，使用銅和光纖技術的交換式以太網網絡。

根據以上參數，在華三、華為等主流交換機廠家官網上查找，發現相比它，H3C IE4300-12P-AC性能只高不低。

2.2 H3C IE4300-12P-AC

1.Diag診斷指示燈;

2.4個SFP口，自動交叉，自動協商，支持IEEE 802.3;

3.8個10/100/1000BASE-T自適應以太網端口，自動交叉，自動協商，支持IEEE 802.3;

4.10/100/1000BASE-T自適應以太網端口狀態指示燈;

5.SFP口狀態指示燈;

6.Alarm告警指示燈;

7.電源狀態指示燈（PWR）。

1.數字輸入接口（DI）;

2.數字輸出接口（DO）;

3.交流電源接口;

4.撥碼開關（1：流量控制;2：廣播風暴抑制;3：鏈路聚合;4：RRPP）;

5.CONSOLE口;

6.接地螺釘。

交換機特性：

卡軌式安裝;

支持RRPP 環網，冗余技術;

支持802.1q VLAN、LLDP、DHCP、ARP、IPv4路由、RIP三層動態路由、組播、MSTP、QoS/ACL、端口鏡像、SNMP、Telnet、FTP這些常見的功能;

24V DC，2路冗余電源輸入;

寬度×高度×厚度：63 mm×150 mm×127 mm;

工作溫度：-40℃至+85℃。

從以上參數可以看出，H3C IE4300-12P-AC交換機端口數滿足需求。

2.3 交換機數據配置

南京地鐵S9號線信號赫斯曼SPIDER 5TX如果想替換成H3C IE4300-12P-AC交換機，除了硬件連接外，還需進行交換機配置，才能保證交換機接入信號DCS系統。

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System Time： ?2016-03-22 00：22：53

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以上是S9號線信號赫斯曼SPIDER 5TX交換機的配置，關閉端口1和2自適應功能，配置登錄用戶名和密碼，無其他配置，因此可以用H3C IE4300-12P-AC交換機直接替換使用，待線纜連接完畢后，配置相應端口自適應功能即可。

缺點是若替換為H3C IE4300-12P-AC交換機，則赫斯曼交換機網管SNMPc軟件無法對其進行有效監管，包括重啟、查看和備份配置等操作，因此只能作為應急措施，不建議長期實行，還應等赫斯曼交換機送外維修完畢后替換回來。

3 不同品牌交換機通信測試

組網測試：為了更進一步研究跨品牌交換機的可替代性，使用H3C 3600V2、赫斯曼MACH1030、華為S3700-52P-EI-AC三種品牌交換機搭建互聯平臺，配置三臺交換機互聯端口在相同的VLAN下，使用筆記本進行PING測試，通信正常，反饋延時小于1ms。

經驗證，赫斯曼支持標準網絡和路由等協議，且H3C、華為交換機均可采用通用的TCP/IP、路由等協議，替換使用不存在問題。

除此之外，為有效地占有市場，各品牌交換機存在其私有協議，其網管軟件也無法互相監控。如：

RRPP協議：為H3C開發，專門應用于環網保護。在實際組網應用中，大多局域網會采用冗余環網來提供網絡高可靠性。環網技術簡單來說，就是將網絡設備通過環的形式連接到一起，實現局域網內設備相互通信的一種技術。因交換機的工作特性，環網內可能會出現網絡風暴，為避免在環網中產生網絡風暴，最初各品牌交換機均采用了已被普遍應用的STP協議環網保護機制。但實際應用中，發現STP協議的收斂時間受網絡拓撲的影響，在網絡直徑較大時，STP收斂時間較長，因而往往不能滿足傳輸質量要求較高的數據的要求。為縮短環網的收斂時間并消除網絡規模大帶來的影響，RRPP協議應運而生。

HIPER-Ring協議：環網保護協議，由德國赫思曼自動化和控制公司開發，這個協議能夠確保環網在10毫秒內完成自愈，避免形成網絡風暴。環網結構不僅能夠實現冗余網絡的成本優化，也給日后運行中的交換機維護和業務擴展提供了便利。因此，Fast HIPER-Ring協議尤其適合應用在復雜的網絡中，例如音頻、視頻和數據信號混合傳輸的網絡。赫思曼的網管型交換機均支持Fast HIPER-Ring協議。支持Fast HIPER-Ring協議的網管型交換機連接成一個環網，為避免網絡中形成回路，將一臺交換機設為冗余環網管理者，這臺管理交換機以1毫秒為間隔發出測試幀，如果有連續三個幀未返回，則在10毫秒內啟動備用鏈路。

HGMP協議：是Huawei Group Management Protocol的縮寫，即華為組管理協議，它是華為的私有協議，對該協議有解釋權和修改權。它是一種實現管理進程對代理進程進行集中管理和二層多播組控制的通信協議。其主要結構是一個管理進程，同時管理其下的許多代理進程，在管理進程和代理進程上同時都運行HGMP協議。HGMP協議不支持存在環路的網絡。

HSRP：熱備份路由器，是cisco平臺一種特有的技術，是cisco的私有協議。支持特定情況下IP流量包轉移失敗不會引起混亂，并允許主機使用單路由器，以及即使在實際第一跳路由器工作失敗的情形下仍能維護路由器間的連通性。使用HSRP協議的條件是系統中有多臺路由器，它們共同組成一個“熱備份組”，這個組形成一個虛擬路由器。也就是說，當源主機不能動態得知第一跳路由器的IP地址時，HSRP協議能夠保護第一跳路由器不出故障。

以上私有協議不影響交換機、路由器的基礎功能，即數據交換、路由尋址功能，在跨品牌替換交換機時，不開啟私有協議即可。

4 結語

通過此研究，確認華三工業交換機可以替代赫斯曼交換機，實現跨品牌、跨型號備件通用。維護人員對赫斯曼交換機有了更深刻的認識，對于今后的日常維護、故障處理更加有把握、更加系統和科學。

參考文獻

[1]Description and operating instructions SPIDER xTX（/xFX） Industrial Ethernet Rail Switch，Hirschmann Automation and Control GmbH。

[2] H3C IE4300-12P-AC & IE4300-12P-PWR 工業交換機安裝指導，新華三集團。