物联网通信-末端监控点环网组网设计

在物联网系统中，常常会涉及到视频、音频等前端设备接入产生大量实时数据实时传输的网络要求，或者各种点式传感器、设备状态的信息汇集在前端RTU后，也需要进行有效的实时传输。

通常的做法是在前端建立监控点， 在每个监控点部署智能监控箱（包含异构接入IO、控制IO、网络通信、前端主机等）。附近的前端感知设备就近接入监控点，通过数据汇聚及治理后上送到分系统或总系统。

一、监控点接入组网

监控点内置光纤交换机及按需配属其他异构组网设备，交换机支持冗余协议可实现环网通信。各个监控点的交换机与接入交换机（通常部署值班室或分控中心）构建环网通信，接入交换机作为环网的主交换机，环形网络中任意监控点的交换机可以通过两个边路通信链路可达接入交换机，实现冗余设计提高网络通信的可靠性。通过环网组网方式进行物联网末端组网设计，主要是针对那些线性分布的场景很有效，例如边防、海防监控、大型社区或产业园区周界监控、公路铁路沿线监控、石化油气管道监控等长距离性布设监控点的场景。

前端监控点和接入站点通过环网组网实现网络通信，在环网中，各节点间建立逻辑相邻关系，相应的连接关系的建立不受物理设备、MAC拓扑的限制。相邻节点之间的连接称为区段，在环网中，区段为双向连接，可以为物理的链路，也可以是逻辑上的连接。环网节点间的用于传送业务的传送通道实体构成的双环结构，两个环的业务流向相反，可分为顺时针方向和逆时针方向，实现双向吞吐量，以具体业务方向为标准，也可分为工作环(工作业务方向)和保护环(工作业务反方向)。每个环保护是针对相邻节点区段，业务的保护倒换与否是按区段的信号质量优劣而定。

二、双链路冗余设计

末端设备组网采用环网（冗余）通信，基于环网交换机组建环形网络。环网交换机采用了某些特殊技术，避免了广播风暴的产生，同时又实现了环形网络的可靠性，并通过主节点交换机向上接入上层网络。

在环型网络中，任何一个网络节点仅有两个相邻的节点。正常工作时，交换机的其中一个连接端口会被置为阻塞状态，阻止以太网数据帧转发，仅允许转发冗余控制帧，保证了物理上是一个回路，但是没有逻辑回路。在通信链路发生故障的时候，启用另外一条健全的通信链路。

三、 监控点接入网部署设计

监控点依据就近原则接入值班室或分控中心的接入交换机。接入交换机和监控点的内置工业级宽温光纤交换机搭建环形网络，基于冗余协议以实现环网通信。依据现场各个监控点的部署点位，会出现串行线缆布线或分叉线缆布线，都是仅采用两条纤芯就实现各个监控点全覆盖环网接入，其余纤芯作为冗余设计芯留待备用。对于串行线缆布线时，在每个监控点取指定一条纤芯进行熔断并熔纤接入监控点的交换机；对于分叉线缆布线，在分叉处的监控点，取往两个分叉路线缆的其中一条纤芯熔纤接入该处监控点的交换机，而取来自主干线缆的两条纤芯分别与去往两个分叉路线缆的一条纤芯进行熔接，并在各个分叉支线上的实现类似串行线路。各个监控点的交换机和接入交换机采用两光口接入网络，并使接入交换机为主节点，各个监控点智能安防箱内的交换机为从节点。

四、 设备接入监控点

基于安全保密考虑，尽可能采取有线通信实现末端设备接入，末端设备接入系统主要由以下几种形式：

• 末端设备支持RJ45接口及以太通信，直接以太网接入交换机实现与系统组网。
• 末端设备支持RS232/RS485串口接口的，通过串口服务器转换为以太网通信，再以太网接入交换机实现与系统组网，又或通过串口交换机（具备串口服务器加交换机双重功能）直接完成组网。
• 末端设备支持类似干接点输出方式的，先通过IO模块实现信号采集，再通过串口服务器及交换机，实现与系统组网。

可能涉及部分末端设备采用无线方式接入系统，主要采用本地化无线中继进行末端聚合，再通过有线以太网实现与系统组网，可以采取以下几种无线接入方式：

• 借助无线网络通信设备（如无线路由、无线AP、无线CPE等），具备无线网络通信能力的末端设备通过中继设备，进而连接到系统接入交换机上，实现与系统组网。
• 借助物联网无线中继设备，如ZigBee通信设备、LoRa设备，先实现数据聚合，再连接到系统接入交换机上，实现与系统组网。

五、环网接线方式

以宇泰2光6电的工业交换机为例来看其如何实现接线及软配置，假设有三台交换机，一台作为主交换机(master)部署在接入站，两台作为从交换机（slave）部署在监控点。我们采用两个光口（7、8口）进行接线，接线示意如下：

主交换机环网端口软部署：

从交换机环网端口配置，注意RingID和主机保持一致。