來(lái)源：深圳宇航光通科技有限公司：2017-08-10

　　1 概述

　　目前，全國(guó)已有北京、上海、廣州、深圳、南京、天津、重慶、武漢、西安、成都、沈陽(yáng)等多個(gè)城市的軌道交通投入運(yùn)營(yíng)，城市軌道交通的正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期。其中綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為城市軌道交通中一個(gè)非常重要的系統(tǒng)，也發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。本文針對(duì)組建綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)的重要硬件設(shè)備——工業(yè)級(jí)交換機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

　　2 交換機(jī)的應(yīng)用組網(wǎng)方式

　　綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)，利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)自身工業(yè)級(jí)

　　以太網(wǎng)交換機(jī)及通信系統(tǒng)提供的光纖獨(dú)立組建工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)。

　　3 工業(yè)級(jí)交換機(jī)

　　3.1 工業(yè)級(jí)交換機(jī)簡(jiǎn)介 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)（Industrial etherent switch）是滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要，技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)兼容，而實(shí)時(shí)通訊、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等各方面要求高于商業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的一種以太網(wǎng)設(shè)備。

　　3.2 工業(yè)級(jí)交換機(jī)和民用交換機(jī)的比較交換功能上基本一致，但有很多方面存在著區(qū)別。首先在設(shè)計(jì)上以及在元器件的選用上，產(chǎn)品的強(qiáng)度和適用性方面更能滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要；其次在模塊擴(kuò)展方面也表現(xiàn)的更為靈活，有多種光口和電口可供選配；還有在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。另外工業(yè)級(jí)交換機(jī)PCB板一般做“三防”處理。接下來(lái)我們可以從以下幾個(gè)方面確定在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)選用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的必要性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的方面來(lái)考慮，一般民用交換機(jī)的MTBF是3～5年，而工業(yè)級(jí)交換機(jī)的MTBF可高達(dá)15～50年，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用交換機(jī)；另外，工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)自身具有很好的環(huán)網(wǎng)組建和自愈等優(yōu)越條件，又僅占用了通信系統(tǒng)提供的光纖，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性和將來(lái)調(diào)試的便利性。

　　目前大部分城市在建設(shè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，建議綜合監(jiān)控

　  采用通信系統(tǒng)提供的光纖、利用工業(yè)級(jí)交換機(jī)硬件獨(dú)立組網(wǎng)。

　　4 工業(yè)級(jí)交換機(jī)關(guān)注問(wèn)題

　　4.1 熱設(shè)計(jì) 現(xiàn)代電子設(shè)備所用的電子元器件的密度越來(lái)越高，這將使元器件之間通過(guò)傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流產(chǎn)生熱耦合。因此，熱效應(yīng)已經(jīng)成為影響電子元器件失效率的一個(gè)最重要的因素。對(duì)于某些電路來(lái)說(shuō)，可靠性幾乎完全取決于熱環(huán)境。資料表明：環(huán)境溫度每提高10℃，元器件壽命約降低1/2。這就是有名的“10℃法則”。我們分析其中用風(fēng)扇散熱的24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的檢測(cè)報(bào)告，在環(huán)境溫度為30℃，40℃，50℃時(shí)，無(wú)風(fēng)扇交換機(jī)和有風(fēng)扇交換機(jī)的測(cè)試結(jié)果。

　　由此可見(jiàn)，溫度對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的影響是非常大的，如果像民用交換機(jī)一樣采用風(fēng)扇降溫，能夠有效降低機(jī)內(nèi)溫度而延長(zhǎng)設(shè)備的MTBF，但風(fēng)扇本身的壽命又非常有限（2.28年）（由SANYO FAN DATA SHEET 給出的數(shù)據(jù)）。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的交換機(jī)設(shè)備，往往是一開(kāi)機(jī)就常年運(yùn)行，而且運(yùn)行的環(huán)境也往往較惡劣，沙塵、昆蟲(chóng)、潮濕都會(huì)直接影響風(fēng)扇的運(yùn)行。主動(dòng)散熱性交換機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)散熱主要就是靠風(fēng)扇散熱，一旦風(fēng)扇失效而不及時(shí)更換，“10℃法則”將會(huì)起作用：機(jī)內(nèi)環(huán)境溫度每提高10℃，元器件壽命就降低1/2。交換機(jī)的機(jī)內(nèi)積熱將會(huì)快速導(dǎo)致交換機(jī)性能的下降，直至交換機(jī)崩潰。因此，工業(yè)交換機(jī)的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，顯的尤為重要。

　　4.2 背板帶寬 交換機(jī)的背板帶寬我認(rèn)為從兩個(gè)方面來(lái)考慮：①所有端口容量X端口數(shù)量之和的2倍應(yīng)該小于背板帶寬，可實(shí)現(xiàn)全雙工無(wú)阻塞交換，證明交換機(jī)具有發(fā)揮最大數(shù)據(jù)交換性能的條件。②滿(mǎn)配置吞吐量(Mpps)=滿(mǎn)配置GE端口數(shù)×1.488Mpps其中1個(gè)千兆端口在包長(zhǎng)為64字節(jié)時(shí)的理論吞吐量為1.488Mpps。例如，一臺(tái)最多可以提供64個(gè)千兆端口的交換機(jī)，其滿(mǎn)配置吞吐量應(yīng)達(dá)到64×1.488Mpps=95.2Mpps，才能夠確保在所有端口均線(xiàn)速工作時(shí)，提供無(wú)阻塞的包交換。

　　背板相對(duì)大，吞吐量相對(duì)小的交換機(jī)，除了保留了升級(jí)擴(kuò)展的能力外就是軟件效率/專(zhuān)用芯片電路設(shè)計(jì)有問(wèn)題；背板相對(duì)小，吞吐量相對(duì)大的交換機(jī)，整體性能比較高。背板帶寬的值相對(duì)來(lái)說(shuō)很好確定和測(cè)量，但是吐量一般是個(gè)設(shè)計(jì)值，測(cè)試很困難的并且意義不是很大。

    本文以地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)實(shí)施為依托，對(duì)工業(yè)級(jí)交換機(jī)與普通交換機(jī)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)品簡(jiǎn)介等方面給出了簡(jiǎn)要的闡述，結(jié)合實(shí)際需求，選擇適合的系統(tǒng)方案和產(chǎn)品。