矿用本安型工业环网KJJ12

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矿用本安型工业环网KJJ12

设备的可靠性
由于工业环境（如煤矿等行业）的特殊性，普通交换机在抗干扰性能、电磁兼容性、可靠性、可用性、MTBF等方面不能完全适应工业环境的要求，且不能形成高速冗余环的连接方式，使用寿命也会大大降低。因而采用工业级的以太网交换机，本方案中选用东土科技的SICOM3000BA工业交换机(如图1所示)，是高可靠性的交换机。SICOM3000BA是工业以太网交换机，它们采用工业级的设计理念：，在设计时，采用低功耗的设计理念，尽量降低它的功耗使交换机在工作时尽可能的减少热量的产生，因为高温本身会对芯片等电子元器件产生致命的影响，会的降低其使用寿命。其次，SICOM3000BA都采用工业级的芯片，这不仅的交换机的传输性能和增加了其运行的稳定性。第三，SICOM3000BA、是为工业环境设计使用的，它对环境有着的适应能力，工作温度（-40℃--85℃）、存储温度（-45℃--85℃）、相对湿度（0—95%无凝结），在严酷的环境中，依然能稳定的工作。第四，SICOM3000BA采用单肋铝制外壳散热技术（专利），这是一种无风扇的散热技术，不仅将风扇这种易损部件从设备中排除，还增加了设备的防护等级（IP43），较高的防护等级可以防止灰尘及空气中的其他有害物质进入到交换机内部，保护了设备内部的元件。第五，良好的电磁兼容性，可以保障系统工作在各种强电磁环境中，并能可靠的完成任务，因为上述这些因素，SICOM3000BA拥有极长的平均无故障工作时间（MTBF）：35年。SICOM3000BA这种高可靠性的网络设备了整个系统的可靠性。

网络的可靠性
为了整个网络的可靠性，仅仅依靠设备的可靠性是不能完全满足需求的，还要为网络提供设备和链路的冗余。因此，我公司采用的工业以太网交换机支持多种冗余协议，能够方便的组成环型网、星型网等多种冗余的网络结构，这些网络结构可以完全排除单点故障带来的危害，当网络中出现任何的单点故障时，对于整个网络来说，不会出现任何节点通信的中断。
对于环形网络，启用华科电气自主研发的DT-Ring环网冗余协议，在网络中出现单点故障时，系统可以在50ms内进行倒换，以业务数据的正常传输，增加了网络的可靠性。
网络的可靠性
为了整个网络的可靠性，仅仅依靠设备的可靠性是不能完全满足需求的，还要为网络提供设备和链路的冗余。因此，我公司采用的工业以太网交换机支持多种冗余协议，能够方便的组成环型网、星型网等多种冗余的网络结构，这些网络结构可以完全排除单点故障带来的危害，当网络中出现任何的单点故障时，对于整个网络来说，不会出现任何节点通信的中断。
对于环形网络，启用华科电气自主研发的DT-Ring环网冗余协议，在网络中出现单点故障时，系统可以在50ms内进行倒换，以业务数据的正常传输，增加了网络的可靠性。
网络数据传输安全性分析
1.2.1 零丢包率设计理念
网络数据的传输可靠性和确定性是网络系统的为核心问题，华科电气系列高可靠性工业交换机采用了零丢包的设计方法。零丢包技术具体体现在两个方面。
在外界的电磁干扰和温度干扰的条件下SICOM系列工业交换机能系统传输的可靠性，具体体现在干扰状态下电源系统的纹波参数，仍然能与没有干扰状态下一致，而不逾越交换芯片和接口芯片、CPU芯片对电源纹波的容限。保障系统能正常工作。
1.2.2 网络时延考虑
网络时延是工业以太网应用与工业现场讨论多的问题，也是工业以太网厂商研究多的问题，现行的工业以太网技术采用全线速、全双工交换的模式，克服了早期以太网技术的缺陷。
网络时延分析：
线路传输时延 TLC =L/d×(2/3) ×（1/1000）=0.5µS
d=300,000km/s(光在真空中的传输速度)
L=100KM(传输距离)
数据帧在交换机中存储转发的时延(64\1522字节)
TS&F (max)=(1522+20)*8/100Mbps=123µS．．．．．(1522字节)
TS&F (min)=(64+20)8/100Mbps=6.7µS．．．．．．…(64字节）
数据帧在交换机中排队时延(64\1522字节)
假定交换机处于拥塞状态，并且其传输的所有报文均为大报文长度
TQ (min)=(64+20)*8/100Mbps=6.7µS．．．．． (64字节)
TQ (max)=(1522+20)*8/100Mbps=123µS．．．．．(1522字节)
交换机的固有延迟 TG (max)=5µS
网络传输产生的大时延（64\1522字节,N=30）
ΣT (min)= （TLC + TS&F (min)+ TQ (min) + TG ）*N=416µS
ΣT (max)= （TLC + TS&F (max+ TQ (max) + TG ）*N=3700.5µS
以30台交换机为例，采经上述分析得出，在报文64字节以及1522字节的数据下，网络传输过程中产生的大时延分别为0.4MS和3.7MS。
1.2.3 VLAN功能
VLAN作为一种网络分段技术，可将广播风暴限制在一个VLAN内部，避免影响其他网段。与传统局域网相比，VLAN能够更加有效地利用带宽。在VLAN中，网络被逻辑地分割成广播域，由VLAN成员所发送的信息帧或数据包仅在VLAN内的成员之间传送，而不是向网上的所有工作站发送。这样可减少主干网的流量，提高网络速度。
采用VLAN提供的安全机制，可以限制特定用户的访问，控制广播组的大小和位置，甚至锁定网络成员的MAC地址，这样，就限制了未经安全许可的用户和网络成员对网络的使用。为了增加网络安全性，为每种业务分配一个不同的VLAN，各个业务的数据只能在本业务VLAN中传输，隔离了全部的业务数据，防止业务数据间的相互干扰。
但由于业务类型的变化和业务模式的变化，不仅需要VLAN之间进行隔离，而且需要特定VLAN之间进行数据通信的功能。SICOM系列产品不仅提供了通用的基于端口、基于协议、基于IEEE802.1q的VLAN模式，还提供特有的D-PVLAN的模式