2015, Vol. 33 
随着国民经济的发展，经过多年的规划和建设，特别是智能电网建设的推进，我国的电力通信网普遍建立了光纤网络。电力通信网承载的业务由最初的窄带业务（如语音通信和电网调度实时监控信号的传输等），逐渐发展到同时承载电网调度自动化、电力营销自动化、配电网自动化、变电站继电保护自动化以及办公自动化、视频监控和视频会议、IP电话和其他数据传输等多种业务的接入[1]。IP标准的全球唯一性大大降低了社会和企业的综合成本，也为业务多样化、信息共享、用户体验融合带来便利。IP的优势在面向个人用户的应用中已得到充分体现，在电力行业的应用也在快速发展。电力信息通信平台必须具备足够的可扩展性，才能支持越来越多的电力业务IP化、宽带化的应用特点，而以工业以太网交换机为基础的信息通信传输平台将成为未来电力信息通信的主要模式之一[1]。
工业以太网交换机主要用于复杂工业环境中的实时以太网数据传输，采用存储转换交换方式，提高了以太网通信速度，并内置智能监控网络运行状况功能，使其在恶劣、危险的工业环境中也能保证以太网可靠、稳定地运行。
1 工业以太网交换机的主要特点工业以太网交换机可以通过简单的连接方式实现快速配置和布局，通过不断的技术开发提供了持续的兼容性，通过交换技术提供无限制的通信性能和各种联网应用[2]。其主要特点如下。
1.1 功能强、性能可靠（1） 工业以太网交换机支持快速转发和QoS服务质量，以保证IEC 61850 标准中重要的GSE/GOOSE数据包得以实时传输，并且能够支持组播通信管理IGMPsnooping。
（2） 工业以太网交换机支持构建冗余的网络拓扑（如环网架构）以提高拓扑的可靠性，同时能够提供极短的网络故障恢复时间。
（3） 工业以太网交换机支持包括像VLAN、优先级和快速生成树等技术功能。
（4） 电磁兼容方面，工业以太网交换机能够抵御电击、雷击和其他电磁干扰。
（5） 宽温环境方面，工业以太网交换机能够在-40~85 ℃的极端温度环境下正常工作。
1.2 应用广泛以太网是应用最广泛的计算机网络，几乎所有的编程语言（如Visual C++、Java、VisualBasic等）都支持以太网的应用开发，应用技术的广泛性为电力信息化提供了良好的发展基础。
1.3 通信速率快目前，10 Mbit/s、100 Mbit/s的快速以太网已开始广泛应用，1 Gbit/s以太网技术也逐渐成熟，以太网的速率完全可以满足电力信息通信带宽不断增长的要求。
1.4 成本低廉以太网已经应用多年，以太网的设计、应用等方面技术已非常成熟。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的整体成本，加快系统的开发和推广速度。
1.5 资源共享能力强以太网上的用户不受资源地理位置的束缚，只要获得授权接入互联网的任何1台计算机都能浏览工业控制现场的数据，这是其他任何1种现场总线都无法比拟的。
1.6 开放式标准工业以太网提供1个开放的标准，实现从现场控制到管理层的全面的无缝信息集成，解决了因协议不同导致的“自动化孤岛”问题。
2 不同制造厂家的以太网交换机组网互通的必要性采用工业以太网交换机组建的变电站和配网自动化专用通信系统是1个需要长期稳定运行的支撑网络系统，其运行的稳定性和扩展性决定了整个变电站和配网自动化系统的运行效果。
2.1 兼容性及扩展性工业以太网交换机在电力、铁路等系统得到越来越广泛的应用，这依赖于工业以太网交换机具有的良好兼容性及可扩展性。如果因为在组网时采用私有协议导致不同厂家交换机的冗余光口不能互通，工业以太网交换机良好的兼容性及可扩展性就完全没有得到有效的利用。
2.2 拓扑结构的灵活重构根据实际运行需要，灵活方便地进行拓扑结构的重新构建是所有通信系统构建时需要面对的主要问题。特别是在配网通信系统中的以太网环网，随着一次架构的变化，需要对拓扑结构进行调整，即对已有的以太网环网进行解环，加入新的节点。在这种情况下，采用RSTP、MSTP国际标准环网协议，就可以无障碍地按照需要用不同厂家的工业以太网交换机重构网络[2, 3]。
2.3 投资的有效性鉴于系统需要不断更新，因此在组网时最好能结合未来情况考虑，选择具有RSTP等国际标准组网协议的交换机，采用RSTP 协议组建冗余环网。只有这样才能在增加节点时做到只需接入新的交换机即可，从而可以最大限度地保证之前投资的有效性。
2.4 系统的运行安全性要保证系统长期稳定、安全运行，系统必须是开放的，兼容多个厂家的产品，如果仅仅依赖于某一个厂家，则风险非常大。
2.5 可持续发展性以太网的引入将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研发投入，这一点是任何现有的现场总线技术都无法比拟的。同时智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。
因此，基于扩展性、兼容性和可持续发展性考虑，应当充分考虑用不同制造商生产的工业以太网交换机混合组建冗余环网，为未来的网络扩建工作打好基础。
3 不同制造厂家的工业以太网交换机组网互通的技术基础不同厂家制造的工业以太网交换机可以通过环路电口和光口进行组网互通。
3.1 组网协议国家有关标准中说明“可以按照电力系统的需求进行组网，组网协议宜采用国际标准协议RSTP、MSTP等”。因此工业以太网交换机除了支持各厂家自行开发的具有自主知识产权的私有Ring协议外，还必须支持RSTP、MSTP国际标准环网协议[3]。只要采用RSTP、MSTP国际标准环网协议，不同厂家的工业以太网交换机就可以组建星形、环网、树形等拓扑结构的网络。
3.2 物理层2015年第33卷第S1期王跃，等：不同制造厂家的工业以太网交换机组网应用分析53只要介质参数一致（比如光纤收发器是单模还是多模，光纤收发器的波长参数等），在物理层面上不同厂家的交换机互联互通无任何问题[4]。
综上所述，无论从组网协议，还是物理层来看，在组成同一环网时不同厂家的交换机是可以做到互通互联的。
4 解决方案从维护、升级、扩容、重构等方面考虑，由不同厂家制造的工业以太网交换机组成同一环网时，互通互联的具体方案如下。
4.1 采用共用协议组网全网的工业以太网交换机均采用RSTP协议组网，构建一个全开放、全兼容、扩展性强的网络。
（1） 该方案操作简单、有效，一次性处理，可以长期受益。
（2） 混合组网的实施，将全面提升全网的兼容性，提高系统升级更新能力，彻底避免了因系统兼容性不强带来的潜在风险。
（3） 随着技术、需求的发展，协议升级更新是不可避免的。因此，该方案采用国际标准协议，可以很好地规避因私有协议带来的不能同步更新升级的问题。
4.2 采用某个厂家的私有协议组网如果采用私有的环网协议，不同厂家的交换机组成的环网是不能互通的，需要其中一方改变协议适应另外一方。这种适应是有基础的，因为所有的私有协议都采用了基于STP的模式，利用BPDU报文来实现环网的数据传输，所以只需要修改BPDU的格式即可[3, 4]。该方案的优点是无需调整在网设备，缺点是需要已用交换机提供私有环网协议，而且每次有新的厂家设备接入都会有同样问题[5]，因此不建议采用此方案。
5 应用实例乌拉特后旗电力有限责任公司为了解决现有高清视频监控通过SDH传输的不稳定问题，同时考虑将来传输高清视频会议、调度软交换系统、办公系统、数字化变电站等IP数据业务需要，新建了基于工业以太网交换机的变电站IP全光传输平台。该平台采用3层工业以太网交换机组建骨干环网，二层工业以太网交换机为IP数据传输交换节点，采用RSTP协议组网，实现了辖区内所有变电站、供电所的低成本全千兆IP接入，满足了今后较长时间内信息传输的需要。IP全光传输平台网络拓扑结构如图 1所示。
 | 图 1 IP全光传输平台网络拓扑图 |
该网络在变电站及供电所使用的是DT-700S工业以太网交换机，在局端使用的是华为交换机，为2个不同厂家的交换机产品。在工程实施时发现双方采用了各自的私有环网协议，造成设计的三贵口—后山集控站—呼和温都尔—局端的主环路无法组建，严重影响网络的安全性及可靠性。
经协商，将2 家厂家的环网协议均改为RSTP后，经测试，三贵口—后山集控站—呼和温都尔—局端的主环网通信和自愈恢复功能正常。主环网构建后IP全光传输平台达到当初设计目的，实现了信息安全可靠传输。
6 结语在工业以太网交换机已在电力行业得到大规模应用的背景下，各应用部门应当充分考虑不同制造商生产的工业以太网交换机混合组网问题，全面提升全网的兼容性，提高系统升级更新能力，为网络长期稳定运行奠定基础。
| [1] | 牛全保,唐建民,陈磊.光交换以太网在城市开闭所自动化工程中的应用[J].陕西电力,2008,36(3):46-48. |
| [2] | 王平,谢昊飞,向敏,等.工业以太网技术[M].北京:科学出版社,2007:5-15. |
| [3] | 李正军.现场总线与工业以太网及其应用技术[M].北京:机械工业出版社,2011:3-9. |
| [4] | 杜品圣,张龙,马玉敏.工业以太网的原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2011:6-9. |
| [5] | 谷明英.EPON技术在西安配电自动化通信系统中的应用探讨[J].陕西电力,2011,39(12):72-75. |