DCS系统中赫斯曼交换机可替代性研究

马小龙

摘要：城市轨交交通数据通信系统由成千上万台交换机组成，在南京地铁通信与信号专业中常用的交换机型号也不尽相同。例如S9号线信号DCS系统数据传输使用赫斯曼交换机，S1号线通信视频监视系统数据传输使用H3C交换机，S3号线通信PIS系统数据传输使用阿郎交换机，S3号线通信视频监视系统数据传输使用华为交换机;使用场合不同即使相同品牌交换机型号也有所不同。考虑到，一是设备停产无法采购完全同型号备件，二是新的交换机功能日益强大、价格愈发低廉，三是应急处理故障，因此需采购大量品牌型号不一的交换机设备作为备件。结合交换机硬件外观、安装方式、端口需求和配置需求，深入研究采用不同品牌交换机进行替代，实现数据交互功能，节约了必须采购同型号备件带来的采购成本、时间成本。

关键词：地铁;信号DCS系统;交换机;替换;控制成本

1 研究背景

S9号线信号DCS系统使用赫斯曼交换机进行终端设备接入。

在维保过程中，维护单位申报预算采购备件时，公司要求采购同型号设备需提供单一来源说明，若不提供，则将采购其他型号交换机，避免受制于一家单位。

交换机产品更新换代快，为防止同品牌同型号交换机停产，提前进行预防。

2 可替代性分析

交换机替代需满足几个原则：

1）无论任何型号交换机在局域网中的应用，都要求以太网交换机具有极高的信息安全性、电信级的网络可靠性以及强大的网管功能，并且能保证用户的接入带宽，支持 VLAN、组播、STP（生成树协议）、QoS 保证、SNMP、OSPF等通用协议;

2）业务端口数量保证相同或不少于;

3）若互联交换机使用光模块，该光模块的规格参数必须一致（也可成对更换），且不同品牌交换机需要插入相同兼容光模块才能实现互连。如：速率、波长、传输距离、单纤/双纤需一致;

4）若互聯交换机使用电网口，链路两端需要以太网协议相同（也可成对更换），端口速率、工作模式需一致。

5）如安装位置较有限，交换机尺寸应基本一致，方可进行替换。

参考以上原则，以赫斯曼SPIDER 5TX为例进行交换机可替代性分析。

2.1 赫斯曼SPIDER 5TX

1.3针电源接线端子;

2.5个端口，RJ45，10/100 Mbit/s，自动交叉，自动协商，自动极性识别;

3.电源指示灯。

交换机特性：

卡轨式安装;

支持RING环网，冗余技术;

支持802.1q VLAN、LLDP、DHCP、ARP、组播、MSTP、QoS/ACL、SNMP这些常见的功能;

宽度×高度×厚度：25 mm × 114 mm × 79 mm;

24V DC，单路电源输入;

重量：113 g;

工作温度：-40℃至+70℃。

SPIDER交换机是特制用于工业环境，支持10MBit/s以太网和100MBit/s快速以太网，支持根据IEEE标准802.3，使用铜和光纤技术的交换式以太网网络。

根据以上参数，在华三、华为等主流交换机厂家官网上查找，发现相比它，H3C IE4300-12P-AC性能只高不低。

2.2 H3C IE4300-12P-AC

1.Diag诊断指示灯;

2.4个SFP口，自动交叉，自动协商，支持IEEE 802.3;

3.8个10/100/1000BASE-T自适应以太网端口，自动交叉，自动协商，支持IEEE 802.3;

4.10/100/1000BASE-T自适应以太网端口状态指示灯;

5.SFP口状态指示灯;

6.Alarm告警指示灯;

7.电源状态指示灯（PWR）。

1.数字输入接口（DI）;

2.数字输出接口（DO）;

3.交流电源接口;

4.拨码开关（1：流量控制;2：广播风暴抑制;3：链路聚合;4：RRPP）;

5.CONSOLE口;

6.接地螺钉。

交换机特性：

卡轨式安装;

支持RRPP 环网，冗余技术;

支持802.1q VLAN、LLDP、DHCP、ARP、IPv4路由、RIP三层动态路由、组播、MSTP、QoS/ACL、端口镜像、SNMP、Telnet、FTP这些常见的功能;

24V DC，2路冗余电源输入;

宽度×高度×厚度：63 mm×150 mm×127 mm;

工作温度：-40℃至+85℃。

从以上参数可以看出，H3C IE4300-12P-AC交换机端口数满足需求。

2.3 交换机数据配置

南京地铁S9号线信号赫斯曼SPIDER 5TX如果想替换成H3C IE4300-12P-AC交换机，除了硬件连接外，还需进行交换机配置，才能保证交换机接入信号DCS系统。

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Railswitch Release L2E-09.0.04

（Build date 2016-01-14 01：08）

System Name：  RS-68076C

Mgmt-IP    ：  0.0.0.0

Base-MAC   ：  EC：74：BA：68：07：6C

System Time：  2016-03-22 00：22：53

（Hirschmann Railswitch） #show running-config                 //显示当前配置信息

！Current Configuration：                                              //當前配置

vlan database                                                   //VLAN数据库

exit

configure

！

interface  1/1                                                   //进入端口1/1

no auto-negotiate                                              //关闭自动协商

exit                                                                   //退出

interface  1/2                                                  //进入端口1/2

no auto-negotiate                                              //关闭自动协商

exit       //退出

interface  1/3                                                  //进入端口1/3

exit       //退出

interface  1/4                                                  //进入端口1/4

exit       //退出

interface  1/5                                                  //进入端口1/5

exit       //退出

！

users passwd admin ：v1：81449548fb49a99bb2011eac3288319c52469571368f57f6391d16fa8

874f598：

users snmpv3 authentication admin md5                          //用户名和密码

users passwd user ：v1：81439e52f35ecc7c175c41bb6d718e0f7059c7011b2f333d91c01da50d

0dab33：

users snmpv3 authentication user md5                            //用戶名和密码

lineconfig

exit

以上是S9号线信号赫斯曼SPIDER 5TX交换机的配置，关闭端口1和2自适应功能，配置登录用户名和密码，无其他配置，因此可以用H3C IE4300-12P-AC交换机直接替换使用，待线缆连接完毕后，配置相应端口自适应功能即可。

缺点是若替换为H3C IE4300-12P-AC交换机，则赫斯曼交换机网管SNMPc软件无法对其进行有效监管，包括重启、查看和备份配置等操作，因此只能作为应急措施，不建议长期实行，还应等赫斯曼交换机送外维修完毕后替换回来。

3 不同品牌交换机通信测试

组网测试：为了更进一步研究跨品牌交换机的可替代性，使用H3C 3600V2、赫斯曼MACH1030、华为S3700-52P-EI-AC三种品牌交换机搭建互联平台，配置三台交换机互联端口在相同的VLAN下，使用笔记本进行PING测试，通信正常，反馈延时小于1ms。

经验证，赫斯曼支持标准网络和路由等协议，且H3C、华为交换机均可采用通用的TCP/IP、路由等协议，替换使用不存在问题。

除此之外，为有效地占有市场，各品牌交换机存在其私有协议，其网管软件也无法互相监控。如：

RRPP协议：为H3C开发，专门应用于环网保护。在实际组网应用中，大多局域网会采用冗余环网来提供网络高可靠性。环网技术简单来说，就是将网络设备通过环的形式连接到一起，实现局域网内设备相互通信的一种技术。因交换机的工作特性，环网内可能会出现网络风暴，为避免在环网中产生网络风暴，最初各品牌交换机均采用了已被普遍应用的STP协议环网保护机制。但实际应用中，发现STP协议的收敛时间受网络拓扑的影响，在网络直径较大时，STP收敛时间较长，因而往往不能满足传输质量要求较高的数据的要求。为缩短环网的收敛时间并消除网络规模大带来的影响，RRPP协议应运而生。

HIPER-Ring协议：环网保护协议，由德国赫思曼自动化和控制公司开发，这个协议能够确保环网在10毫秒内完成自愈，避免形成网络风暴。环网结构不仅能够实现冗余网络的成本优化，也给日后运行中的交换机维护和业务扩展提供了便利。因此，Fast HIPER-Ring协议尤其适合应用在复杂的网络中，例如音频、视频和数据信号混合传输的网络。赫思曼的网管型交换机均支持Fast HIPER-Ring协议。支持Fast HIPER-Ring协议的网管型交换机连接成一个环网，为避免网络中形成回路，将一台交换机设为冗余环网管理者，这台管理交换机以1毫秒为间隔发出测试帧，如果有连续三个帧未返回，则在10毫秒内启动备用链路。

HGMP协议：是Huawei Group Management Protocol的缩写，即华为组管理协议，它是华为的私有协议，对该协议有解释权和修改权。它是一种实现管理进程对代理进程进行集中管理和二层多播组控制的通信协议。其主要结构是一个管理进程，同时管理其下的许多代理进程，在管理进程和代理进程上同时都运行HGMP协议。HGMP协议不支持存在环路的网络。

HSRP：热备份路由器，是cisco平台一种特有的技术，是cisco的私有协议。支持特定情况下IP流量包转移失败不会引起混乱，并允许主机使用单路由器，以及即使在实际第一跳路由器工作失败的情形下仍能维护路由器间的连通性。使用HSRP协议的条件是系统中有多台路由器，它们共同组成一个“热备份组”，这个组形成一个虚拟路由器。也就是说，当源主机不能动态得知第一跳路由器的IP地址时，HSRP协议能够保护第一跳路由器不出故障。

以上私有协议不影响交换机、路由器的基础功能，即数据交换、路由寻址功能，在跨品牌替换交换机时，不开启私有协议即可。

4 结语

通过此研究，确认华三工业交换机可以替代赫斯曼交换机，实现跨品牌、跨型号备件通用。维护人员对赫斯曼交换机有了更深刻的认识，对于今后的日常维护、故障处理更加有把握、更加系统和科学。

参考文献

[1]Description and operating instructions SPIDER xTX（/xFX） Industrial Ethernet Rail Switch，Hirschmann Automation and Control GmbH。

[2] H3C IE4300-12P-AC & IE4300-12P-PWR 工业交换机安装指导，新华三集团。