中礦傳動技術(shù)交流

技術(shù)前沿

2021年12月13日發(fā)布

        環(huán)網(wǎng)，顧名思義就是封閉的網(wǎng)絡(luò)循環(huán)，環(huán)網(wǎng)上的某一路鏈路斷開，不會影響網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。因此，環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)有自身的優(yōu)點，比如有冗余性、可靠性等優(yōu)點。

        環(huán)網(wǎng)本身因具有冗余性和高可靠性等優(yōu)點，作為技術(shù)載體，環(huán)網(wǎng)交換機在礦井網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上優(yōu)勢明顯，在主干網(wǎng)和子網(wǎng)建設(shè)上均有大量使用。通過礦井工業(yè)環(huán)形以太環(huán)網(wǎng)的建設(shè)，將礦井各環(huán)節(jié)系統(tǒng)（采掘、供電、運輸、通風(fēng)、排水等）的設(shè)備工作狀態(tài)信息、生產(chǎn)信息、安全信息實時傳遞到礦井生產(chǎn)安全調(diào)度指揮中心，為礦井的綜合自動化系統(tǒng)提供一個高速、安全、可靠的信息傳輸平臺，為礦領(lǐng)導(dǎo)的指揮和管理提供充分的、實時的信息依據(jù)，為礦井建設(shè)綜合自動化平臺提供基礎(chǔ)平臺。

1）外觀比較

       工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機采用表面或褶皺外殼散熱，金屬外殼，強度高。而普通商用交換機為塑膠外殼，強度低，且交換機有風(fēng)扇散熱。

圖1使用環(huán)境

2）使用環(huán)境能力

       工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機工作溫度為-40℃---+85℃，且防塵和濕度適應(yīng)能力強，防護等級 IP40以上。因此工業(yè)交換機的應(yīng)用范圍廣，適合各種環(huán)境的安裝。商用交換機工作溫度為0℃---+50℃，且無防塵和濕度適應(yīng)能力，防護等級差。   

3）使用壽命

       工業(yè)交換機使用壽命>10年。但是普通商用交換機使用壽命為3-5年。

4）其他參考指數(shù)

       使用工作電壓：工業(yè)交換機適用DC12V、DC24V、DC110V 、DC/AC220V。商用交換機必須在AC220V下工作。工業(yè)交換機主打環(huán)網(wǎng)模式，減少線纜的使用和維護的成本。

       環(huán)網(wǎng)交換機可以組建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，每臺交換機上有兩個用于組環(huán)的端口，交換機之間通過手拉手形式構(gòu)成了環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)拓撲。其組建的優(yōu)勢是當環(huán)網(wǎng)上的某一路鏈路斷開時,不會影響網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，因此在很多工業(yè)通信領(lǐng)域引入了環(huán)網(wǎng)交換機。環(huán)網(wǎng)交換機采用了某些特殊技術(shù)，避免了廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生,同時又實現(xiàn)了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的可靠性。環(huán)網(wǎng)交換機通過對信息進行重新生成，并經(jīng)過內(nèi)部處理轉(zhuǎn)發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用，由于環(huán)網(wǎng)交換機根據(jù)所傳遞信息包含的目的地址，將每一條信息獨立從源端口發(fā)送至目的地，避免和其他端口發(fā)生觸碰。

        環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是使用一個連續(xù)的環(huán)將每臺設(shè)備連接在一起。它能夠保證一臺設(shè)備上發(fā)送的信號可以被環(huán)網(wǎng)上其他所有的設(shè)備都看到。而環(huán)網(wǎng)冗余是指工業(yè)級環(huán)網(wǎng)交換機是否支持網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)線纜連接中斷的情況出現(xiàn)時，工業(yè)級環(huán)網(wǎng)交換機接收到此信息，激活其后備端口，使網(wǎng)絡(luò)通信恢復(fù)正常運行。同時，網(wǎng)絡(luò)中7口和8口斷開連接的交換機，繼電器閉合，指示燈向用戶發(fā)出錯誤警報。線纜修復(fù)正常后，繼電器和指示燈恢復(fù)正常狀態(tài)的功能。

1）數(shù)據(jù)鏈路

       環(huán)網(wǎng)交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。環(huán)網(wǎng)交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后環(huán)網(wǎng)交換機會“學(xué)習(xí)”新的MAC地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用環(huán)網(wǎng)交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照IP地址表，環(huán)網(wǎng)交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過環(huán)網(wǎng)交換機。通過環(huán)網(wǎng)交換機的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。
2）端口
　　環(huán)網(wǎng)交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網(wǎng)段（注：非IP網(wǎng)段），連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機，那么該環(huán)網(wǎng)交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps?？傊h(huán)網(wǎng)交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。環(huán)網(wǎng)交換機可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。
3）傳輸
　　環(huán)網(wǎng)交換機的傳輸模式有全雙工，半雙工，全雙工/半雙工自適應(yīng)環(huán)網(wǎng)交換機的全雙工是指環(huán)網(wǎng)交換機在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。環(huán)網(wǎng)交換機都支持全雙工。全雙工的好處在于遲延小，速度快。

圖2  網(wǎng)絡(luò)傳輸模型

        目前礦井主干網(wǎng)絡(luò)搭建是由工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)組成，分為環(huán)型和星型?；诎踩煽糠矫娴目紤]，一般工業(yè)以太網(wǎng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)-RS485現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)，如，即：主干網(wǎng)絡(luò)采用10000M環(huán)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，所有子系統(tǒng)采用總線或以太網(wǎng)方式就近接入環(huán)網(wǎng)節(jié)點。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)通過交換機的環(huán)間耦合技術(shù)和聚合技術(shù)、雙鏈路冗余連接互為備份的整體。使得多環(huán)網(wǎng)通信的故障切換時間得以保證，故障切換時間短。

圖3  環(huán)網(wǎng)+星型結(jié)構(gòu)模型

       通過井上、井下各監(jiān)控設(shè)備就近接入環(huán)網(wǎng)交換機，這種布局網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，網(wǎng)絡(luò)層次分明，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器直接連到核心交換機上，鏈路路徑最直接，采集數(shù)據(jù)快捷。再通過WEB服務(wù)器對企業(yè)網(wǎng)的用戶提供訪問，接在防火墻的DMZ區(qū)，其他的設(shè)備都在防火墻的內(nèi)部區(qū)域，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常簡潔、安全。

  （本稿件由中礦傳動市場部整理編輯，經(jīng)中礦傳動技術(shù)支持團隊審核授權(quán)發(fā)布?。?/span>

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