南水北调东线一期工程骨干通信网方案研究设计.docx

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南水北调东线一期工程骨干通信网方案研究设计

南水北调东线一期工程骨干通信网方案研究设计

2007年第26卷第3期?

DWRHE水利水电工程设计?

33?

南水北调东线一期工程

骨干通信网方案研究设计

辛贵升闫国福杨安文

摘要通信系统是南水北调东线一期工程各输水建筑物与各级调度管理之间信息传输的纽带,是实现调度运行管

理自动化的保障.通过对建设方案,传输方式,光纤通信传输体制及网络拓扑结构等的研究比选,提出了骨干通信

网组网设计方案.

关键词通信传输网络光纤通信SDHMSTP南水北调东线一期工程

中图分类号TN929.11文献标识码A文章编号1007—6980（2007）03—0033—04

南水北调东线工程是一项跨流域的大型调水工程,一

期工程从调水源头扬州附近的三江营到鲁北和胶东,跨越

多个省,市,涉及到多级管理单位,与许多洪水控制工程,

排涝工程,水资源控制工程,污水处理工程,航运工程交

错分布,调水线路复杂,梯级泵站众多.其调度运行管理,

水资源配置与调度任务十分复杂繁重.为发挥各种调水工

程的综合效益,消除负面影响,实现调水工程运行管理维

护工作的信息化和管理现代化,满足工程的联合优化调度

运行要求,保证工程发挥最大效益,必须租用公网和自建

专网结合,因地制宜地建设一个稳定可靠,实用先进的能

够开展各项通信综合业务的通信系统.

通信系统服务对象包括:

全线计算机监控系统,工程

视频监视系统,工程安全监测系统,水文,水质监测系统,

办公自动化系统,视频会议系统,通信网监测管理及供电

监控保护系统,程控交换及调度系统及其他应用系统等.

通信系统的任务是为上述各类业务提供可靠,高效,

高质量,先进的宽带通信通道和各类业务通信接口,满足

各系统灵活组网要求,使调水指挥命令能迅速下达,重要

信息能以各种形式及时可靠的传递;满足工程调度运行管

理系统各种数据,语音,图像信息传输的需要.

1通信传输系统建设方案选择

根据业务需求和各应用系统对通信网络的要求,结合

通信现状,按照公专结合,互为补充的建设原则,主要有

两种通信骨干网建设方案可以选择,一是采用以租用公网

电路为主并结合自建的建设方案（租用方案）,二是采用自

建专网为主并结合租用（合建）的建设方案（自建方案）.

租用公网电路为主并结合自建的建设方案是指按照电

信公网的网络结构,容量设置,管理模式,利用电信公网

已覆盖的区域情况,结合南水北调工程的管理特点,采用

租用公网电路的方式,组成通信传输网络.

工程沿线的各级泵,闸站,各级管理机构,其管理结

构为层层上报,分层管理方式.根据管理结构,所有泵,

闸站均需要通达各管理处,各管理处需要建立通达分公司

的直达电路,各分公司和直属管理处要建立通达总公司的

直达电路.通信网络根据此特点,各泵,闸站均与所属管

理处相连组成星型网络;各管理处与分公司相连组成星型

网络,分公司和直属管理处与总公司相连组成星型网络.

整个网络形成与管理结构相一致的星型辐射状拓扑结构.

由于公网光纤通信建设目前只能达到乡镇级,而输水线

路及各泵站,闸站,分水口门等输水建筑物大部分分布在广

大农村等比较偏远的地区,各乡镇电信公网接入点零散分布

于输水线路两侧.因此要实现各输水建筑物信息点至各管

理部门的通信,还必须要自建从各泵站,闸站,分水口以及各

调度中心,调度分中心等至各公网光纤接入点的光缆通信线

路,从而组成与管理模式相一致的通信星型网络.

自建专网为主并结合租用（合建）的建设方案主要是以

满足工程需要为第一考虑因素,按照工程管理模式,输水

建筑物地理位置,行政区划以及管理调度的需求进行通信

组网,在满足工程需要的前提下充分利用已有公网通信网

络资源.具体方案是采用基于SDH的MSTP传输方式,组

成光纤通信环网,覆盖各级管理部门,各泵闸站及分水口

门,实现各种信息的宽带,可靠性传输.该方案大部分主

用光缆线路可以沿输水线路敷设,而迂回光缆路由可以采

取与公网或其它部门合建或租用方式建设,以降低投资.

租用方案的优点是前期工程一次性投资较少,租用电

路部分可获得电信级管理,维护有保障,维护工作量相对

较少.缺点是由于受公网带宽,业务形式和网络结构所限,

通信网络带宽较窄,且不能根据本工程的需要建立先进的,

宽带的高速信息网络,无法根据本工程的管理特点灵活组

织通道和网络.通信租用费用过高,具有不确定性,管理

单位运行成本增加,从长期运行看,总费用较高.同时由

于需要自建一部分接入通信线路,构成星型网络,也需要

一

定的维护成本,且自建部分由于没有备用通道,可靠性

相对较低.

自建方案的优点是能够根据本工程的需要建立先进的,

?

34?

水利水电工程设计DWRHE?

2007年第26卷第3期

宽带的高速信息网络,能够根据本工程的管理特点灵活组

织通道和网络,安全可靠,技术先进,能够确保各类信息

传输畅通无阻,准确无误,满足南水北调东线一期工程调

度运行管理各类信息迅速,可靠传输的需要,并可满足今

后工程发展的需要.缺点是自建光缆线路长,维护工作量

较大,前期工程一次性投资较大,但从长期运行看,总费

用较低,运行成本少.

综合以上比选,本设计推荐自建专网为主并结合租用

（合建）的建设方案.

2通信传输方式的选择

按照自建专网方案,需要选择合适的通信方式,目前

大容量通信传输方式主要有数字微波中继通信,卫星通信

和光纤通信3种.

2.1数字微波中继通信

微波中继通信是一个点到点的通信系统.其优点是抗

灾性能好,通信带宽较宽,通信质量,保密性较好.缺点

是微波通信站点的设置受地形条件和环境条件以及通信站

点位置和业务量分布的影响很大;对本工程这样大型引水

项目而言,通信站点众多,站点过密,分布复杂,通信业

务量大,利用微波通信组建通信传输网络会造成中继站过

多,通路组织困难,投资增大,且由于微波通信的带宽相

对较窄,不能很好的满足本工程的需要.

2.2卫星通信

卫星通信是指利用通信卫星或其他用途卫星上的转发

器实现信号转发的一种多址或单址通信系统,卫星在空中

起中继站的作用,即把地球站发上来的电磁波放大后再返

送回另一地球站.卫星通信优点是通信范围大,不易受陆

地灾害影响,建设速度快,易于实现广播和多址通信,电

路和话务量调整灵活;缺点是在信号到达有延迟,受天气

和环境影响大,通信卫星维护困难,寿命短.对本工程而

言通信带宽较窄,不能满足本工程对带宽的需求.

2.3光纤通信

光纤通信是以光波作为载体,以光导纤维作为传输介

质的一种先进通信手段,是20世纪最有影响的新技术之

一

.光纤通信的主要优点如下.

（1）损耗低,传输距离长.

（2）传输频带宽,通信容量大.

（3）抗电磁干扰,传输质量好.

（4）无串音干扰,保密性好.

（5）组网灵活,维护方便,可靠性高.

由于光纤通信具有以上突出优点,已成为现代通信传

输方式的主要手段之一.光纤通信的主要缺点是光缆线路

易受自然灾害和人为破坏,因此必须要有备用通道.

光纤通信系统无论在传输质量,传输带宽,组织灵活

性以及先进性等方面都具有微波通信和卫星通信无与伦比

的优点,同时,对本引水工程而言,光纤通信可以沿输水

渠道两岸敷设光缆,不需要单独占地和进行青苗补偿,节

约投资,且能够根据工程实际特点灵活组织网络.因此,

本工程自建通信系统传输系统选用光纤通信传输方式.

3光纤通信传输体制的选择

采用光纤通信传输方式,要选择合适的光纤通信传输

体制,以满足本工程水文,水质监测,水资源优化调度系

统,计算机监控与视频监视系统,调度管理应用系统,工

程安全监视系统和办公自动化系统以及其他应用系统的灵

活组网的需要,满足调度专用通道,环型网组网以及业务

发展的需要.

目前可选择光纤通信传输体制主要有:

基于工业以太

网的IP网传输方式（IP网方式）,ATM网传输方式,基于

SDH的MSTP网传输方式等.

3.1IP网方式

采用IP网方式优点是:

性能价格比好,初始成本和运

营成本均较低,扩展性好,容易安装开通,并且可靠性较

高,以太网接入采用异步工作方式,很适合于处理IP突发

数据流,带宽可调,无需协议转换,完全透明传输.工业

以太网采用全双工L交换,基本上实现了计算机间的信

息隔离,消除了链路带宽的竞争和潜在的碰撞,大大地提

高了传输距离.

缺点是无法提供传输层的保护,性能监视,故障定位,

带宽调度,Qos较差,实时业务支持能力差,不能提供电

信级服务保证;网络管理能力较低,无大规模,长距离组

网经验,且由于光口采用点对点相连,所以光纤线路成本

随节点数增加和通信距离的增加迅速增涨.

3.2ATM方式

ATM是一种出色的多业务平台技术.ATM采用分组交

换中统计复用技术,动态按需分配带宽,并将流量统一划

分为53Byte信元.ATM的统一信元格式和信令协议保证了

覆盖各种速率,跨越局域广域界限的网络的实现;ATM能

够精确地控制网络传输的有关参数,包括延迟,抖动,带

宽,差错等,能够实现基于信元的QOS服务,实现高速通

信.ATM的非介质共享式传输模式提供了较好的通信保密

性和安全性.

基于ATM的多业务交换平台的主要缺点是网络体系结

构复杂重复;ATM的连接建立信令较复杂,选路灵活性不

高;硬件投资高,运行维护管理复杂,特别是做大型路由

配置时耗时耗力;对于较短的数据包,链路建立时间远长

于网络数据传输延时,而在链路建立期间无法传送数据,

在高速条件下成为重要的带宽损失.同时利用ATM技术承

载IP网络,即IPoverATM应用结构复杂重复,硬件投资

高,运行维护管理复杂.

3.3基于SDH的MSTP方式

SDH技术是一个标准化的成熟技术,具有传输的高可

靠性和自动保护恢复功能;实现99.999%的工作时间,硬

件冗余,小于50rns的自动保护恢复.

利用SDH承载IP网,即IPoverSDH技术是目前应用广

辛贵升等?

南水北调东线一期工程骨干通信网方案研究设计?

35?

泛,技术成熟,可靠性和稳定性高的数据传输网技术.

数据包通过采用PPP协议映射到SDH帧结构中,按STM—

N速率传输,具有网络结构简单,数据传输效率高的优点.

基于SDH的MSTP（多业务传送节点）技术是由SDH技

术发展演变而来的.一方面,具有SDH技术的众多优点,

如组网,业务保护等;另一方面,MSTP又是对传统SDH

技术的革新,采用了GFP（通用帧映射规程）,虚级联和

LcAS（动态链路调整）等新技术,又容纳了IP/以太网和

ATM技术.实现了TDM,ATM,以太网等业务的接人,处

理和传送,提供统一网管的多业务节点.在具有传统SDH

优势的同时,支持多种物理接口包括提供电路交换接口（DS

一

1,DS一3）,光口（OC一3,OC一12）,以太网接口（10/

100Base—T）,DSL和GE,FR,El/T1等,能够提供多业务

灵活接人,支持多协议处理功能,简化网络结构.

基于SDH的MSTP网络管理系统在单一系统中涵盖了

实时监控,网络配置,业务调度,故障分析与定位,效能

报表,性能监控,故障单追踪等强大的运行维护功能,通

过简单便捷的用户界面,用户可以快速地掌握传输网络整

体状况,简化操作手段,完成复杂的运维工作,具有强大

的网络管理能力.

综合以上比较,结合南水北调东线一期工程通信传输

的特点和业务需求,建议采用基于SDH的MSTP方式建设

光纤通信传输系统.

需要说明的是由于通信和网络技术发展迅猛,日新月

异.新的技术,新的设备也层出不穷,因此设计需要根据工

程的进展情况,不断跟踪通信发展的最新成果,补充和完善

设计,尽量采用新的,成熟的技术和设备,满足工程需要.

4光纤通信光缆路由及网络方案

4.1光缆路由方案

4.1.1线型路由方案

光缆线型路由方案拓扑结构如图1所示,即根据各通

信节点以及输水建筑物的地理位置,通信光缆路由沿输水

渠道按线型连接方式,个别站点利用分支连接.

●

●一—●—●—●——●—r—一●—●—一.

图1通信骨干光纤网线型路由拓扑结构示意图

该路由方案优点是节省投资;缺点是没有备用通道,

通信可靠性不高.

4.1.2环型路由方案

光缆环型路由方案拓扑结构如图2所示,即通信的各

个节点根据输水建筑物的地理位置,管理模式和行政区划

综合考虑,组成一个个小环,环与环之间交叉连接,环环

相扣（必要时增加一些支线）而组成环型通信网,该方案可

使通信网络可靠性成倍增加.

该方案是光缆路由在沿输水线路线型路由方案的基础

上,根据各通信节点的地理位置,管理模式和行政区划组

成环网路由,不增加通信节点数量,并对迂回路由采用与

公网（或其它行业）合建的方式,因此投资并不会增加过多,

只增加一些光缆建设的投资.本设计通信骨干光纤网推荐

采用环型路由方案.

图2通信骨干光纤网环型路由拓扑结构示意图

4.2网络方案

南水北调东线一期工程沿输水沿线上布置的输水建筑

物及通信站点（如闸站,分水口门等）众多,有的相对集中,相

隔距离较近,有新建站,也有已建站.骨干通信网不可能在

每个闸站都设置通信节点.因此,按照输水建筑物地理位

置,工程管理模式,行政区划及其他系统对通信系统的需求,

并考虑引电方便,便于维护,设置通信骨干网节点.

根据SDH传输体制的特点和光缆路由结构,通信骨干

网采用环网结构,按照光缆的路由走向,信息流向及业务

需求组成多个光纤SDH自愈环,环与环相交或相切,提高

了系统可靠性.骨干光纤环网路由结构图见图3.

一

礁摊粼

江苏墓…南京（江苏省调度中心）r,

图3骨干光纤环网路由结构图

（下转第37页）

季树凯等?

海洋环境下水工钢闸门的防腐设计?

37?

涂锌铝合金涂层最小局部厚度为150/.trn.

3.3封闭涂料的选择

由于金属涂层不可避免的会出现孔隙和局部破损情况,

因此选择适当的涂料覆盖在金属涂层上面,将金属涂层的

孔隙封闭,阻止腐蚀介质的渗透保护钢铁和金属涂层不被

腐蚀,延长金属涂层的使用寿命.封闭涂料应能与金属喷

涂层相容,粘度较低,易于渗入到金属涂层的孔隙中去具

有良好的封孔性能,同时对于海洋环境具有耐久性.

封闭涂料一般采用环氧云铁防锈漆厚度80}唧或环氧

沥青防锈漆厚度120}唧,若选用磷化底漆10,须同时选

配氯化橡胶面漆或环氧类面漆60—100}唧.

部位防腐设计的等效性.选择封闭涂料应能够有效地防护

金属涂层,达到封闭的效果且与所处的环境相适应.旧水工

闸门的基底处理很难达到Sa21级,因此不宜采用喷涂金属

和封闭漆联合防护,涂料防腐仍是旧闸门防腐的主要手段.

参考文献

1涂湘缃.实用防腐蚀工程施工手册（第1版）.北京:

化学工业出

版社,2000

作者简介

季树凯

4结语王瑞海

以上对海洋环境下钢闸门的防腐设计进行了初步探讨.

在海洋环境下闸门不同部位腐蚀情况不同,设计上应考虑各

（上接第35页）

对骨干通信网节点以外的输水建筑物,设置二级接入

通信网络接入骨干通信网.

5光缆建设方案

按照环型路由方案,结合业务需求和组网需要和工程

特点,光缆建设主要有两种方案,一是全部自建光缆,二

是自建与租用（或合建）结合.

全部自建光缆线路方案是根据网络结构特点全部自建

光缆线路,并尽量利用水利系统自身的优势,沿南水北调

输水线和河流,湖堤等新建光缆线路,具有不受外部制约,

扩容方便等特点.大部分光缆线路沿输水线路架设,建设

费用较低,但由于有些光缆线路需要进入城市管理部门,

不能够输水沿线敷设光缆,建设投资较大;且光缆连接各

调度分中心进城时施工困难,光缆线路维护工作量大,与

相关部门协调困难等缺点.

自建与租用（或合建）相结合的光缆建设方案主要是利

用本工程自身的优势,沿南水北调输水沿线以自建方案建

设光缆主用网络,使输水沿线的各主要泵（闸）站通信节

点纳入通信骨干网主用网络,以租用或合建光缆的方案建

设备用环网光缆线路和需进城的光缆线路,使光缆路由形

成大迂回环网路由,可靠性增加.该方案是主用网络采用

自建的方案,不受外部制约,扩容方便;且可沿输水线路

架设,建设费用较低;备用光网络充分利用公网资源,避

免重复建设,也减少了投资和维护工作量.缺点是租用部

分易受外部制约,协调工作难度大,扩容不方便.

综合考虑本设计推荐采用自建与租用（或合建）相结合

的光缆建设方案.

6光纤传输系统

6.1光纤传输设备

本工程采用基于SDH的MSTP光传输设备,可以融合

男工程师天津市永定河管理处天津

30O131

男工程师天津市永定河管理处天津

30O131

（收稿日期2007—06一o5）

ATM,IP与以太网技术,具备各类数据接口且集ADM与

DXC功能于一身.除能够实现多业务的接入和透明传输外,

还能实现对多种业务的汇聚和二层交换功能.通信容量在

满足一期工程通信需要的同时,应充分考虑今后工程发展

的需要.本工程骨干通信网络传输容量为2.5Gb/s,并可

平滑升级至10Gb/s.

6.2网络管理

在江苏省调度中心和山东省调度中心各设置通信监控

中心,监控中心配置子网级网络管理系统,对全网通信系

统进行管理.子网级网络管理系统可对通信节点上的通信

设备实现rITU—TG.784建议的五类管理,即:

告警管理,

性能管理,配置管理,维护管理和安全管理.

7结语

通过对通信建设方案,通信传输方式,光纤通信传输

体制,网络路由,光缆建设方案进行研究和比选,提出了

工程需要的,切实可行的通信骨干网方案,满足南水北调

东线第一期工程全线的计算机网络系统,计算机监控与视

频监视系统,水文水质信息采集系统,调度运行管理等各

种应用系统,以及各级管理机构生产调度,行政管理对数

据,语音,图像等信息传输和通信的需要.

作者简介

辛贵升男高工中水北方勘测设计研究有限责任公

司天津300222

闫国福男教授级高工中水北方勘测设计研究有限责

任公司天津300222

杨安文男工程师潘家口引滦工程管理局河北迁西

064309

（收稿日期2007—05—31）