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近日，深圳市厚石網絡科技有限公司市場總監吳林先生發表工業交換機在風電應用的看法，全文如下：
吳林先生表示，目前，我國已經成為全球風力發電規模最大、增長最快的市場。根據全球風能理事會（Global Wind Energy Council）統計數據，全球風電累計裝機容量從截至2001年12月31日的23，900MW增至截至2021年12月31日的486，749MW，年復合增長率為22.25%，而同期我國風電累計裝機容量的年復合增長率為49.53%，增長率位居全球第一；2021年，我國新增風電裝機容量23，328MW（臨時數據），占當年全球新增裝機容量的42.7%，位居全球第一。
數據來源：國家統計局
隨著風力發電場的大量建設，風場信息化管理系統、風機遠程監控系統也隨之被大量應用。這些系統應用環境惡劣，需要管理型寬溫工業交換機進行網絡支持，所以中國風電市場對工業交換機的要求也越來越高。
一、風力發電領域對于交換機的要求
通信網絡的根本任務是解決風電場系統的實時信息交換，而網絡是不可或缺的功能載體，那么構建一個可靠、實時、高效的網絡體系是通信的關鍵之一。在風電場系統中對通信設備的要求主要體現在以下幾個方面：
1、可靠性
由于電力生產的連續性和重要性，通信網絡的可靠性是第一位的，應避免一個裝置損壞導致通信中斷。特別是數字、圖像信息的多媒體技術的應用，我們會更加依賴通信網絡，因此，一個可靠的通信網絡是首要條件。
2、安全性
保證遠程監控數據的安全性，工業交換機需要具備網絡管理和安全設置功能。
3、實時性
因測控數據、保護信號、遙控命令等都要求實時傳送，雖然正常工作時，通信網絡內數據流不大，但出現故障時要傳送大量的數據，要求信息能在通信網絡上快速傳送。
4、環境適應能力
風電場應用環境惡劣，長年風沙嚴重，晝夜、冬夏溫差大，要求交換機工作溫度范圍較寬，擁有較高的防護等級。在風電場中存在非常強的電磁干擾，要求交換機擁有極強的抗電磁干擾能力。
二、風力發電系統中工業交換機應用方案分析
通過分析風力發電的實際需求，厚石網絡提供的工業交換機組網方案主要從以下幾個方面進行考慮：
1、采用統一和開放的協議，能夠無縫連接不同廠商的網絡設備，性價比高。
2、風場建在開闊地帶，容易遭到強雷擊侵擾，當地氣候環境比較惡劣，風電設備本身工作時的機械振動和電磁輻射較大，因此風電場中心監控系統與風力發電機就地控制系統之間的通信可靠性十分重要，將直接影響整個風場機組監控系統的可靠運行。
3、因網絡規模大，組網方案采用清晰的多層結構，從最根本的網絡結構設計上簡化網絡的維護及管理，實現故障點的快速分離，確保系統的穩定運行。
4、組網方案必須具備一定的故障排除及快速自愈功能，能夠針對設備故障、鏈路故障進行診斷及快速排除，并實時報警。
5、考慮到工業現場對實時性要求，采用環網設計理念，避免單條鏈路故障對網絡的影響。
6、為了保證遠程監控數據的安全性，交換機需要有全面的網絡安全設置。
三、厚石網絡工業交換機風電系統網絡方案拓撲圖
在本方案中，每個風機處放置一臺IS3000系列工業交換機，風機處的工業交換機與控制中心處的IS3000系列工業以太網交換機通過光纖互聯形成環網，然后控制中心的IS3000系列工業交換機通過RJ45以太網接口分別連接兩臺核心IS6000系列工業交換機，控制中心的服務器和主機采用雙網卡分別接入兩臺核心交換機。
環網中的IS3000系列工業交換機啟用ERPS協議功能，實現了網絡鏈路的冗余，保障了網絡的無憂切換，網絡自愈時間≤50ms。在組網中啟用交換機的VLAN虛擬局域網功能，將風電系統中不同的業務進行隔離，防止業務的廣播風暴影響其他業務，并將交換機各業務接入端口開啟廣播風暴抑制功能，起到有效數據傳輸，無效數據抑制的作用，提高網絡數據傳輸的安全性。同時采用QOS服務質量功能，根據不同的業務級別對交換機的接入端口進行帶寬分配，提高網絡數據傳輸的高效性。
網絡拓撲如下圖所示：
工業交換機拓撲圖
四、厚石網絡工業交換機方案的優勢
厚石網絡工業以太網交換機具有以下的優勢：
1、支持快速冗余組網
厚石網絡工業交換機支持標準協議ERPS，采用該協議可以搭建一個可靠的冗余網絡，ERPS協議的網絡收斂時間≤50ms。
2、抗干擾能力強
厚石網絡工業交換機可以工作在嚴酷的電磁環境中，并且在數據口和電源端口防雷、快速脈沖群、靜電放電等都有較高的防護等級。
3、寬溫度設計，可應用于惡劣的環境
厚石網絡工業交換機是寬溫設計，工作溫度：-40℃~75℃，存儲溫度：-40℃~85℃，滿足惡劣工作環境的需求。
4、具有靈活的安裝方式
厚石網絡工業交換機支持卡軌式安裝、機架式安裝，靈活的安裝滿足多種場景的安裝需求。
5、電源優勢
厚石網絡工業交換機支持雙電源供電模式，支持寬電壓輸入，提高交換機供電的可靠性。
6、安全優勢
厚石網絡工業交換機通過以下措施來保證工業網絡通信的安全性：
Ø 支持802.1x功能
802.1x協議是基于Client/Server的訪問控制和認證協議。它可以限制未經授權的用戶/設備通過接入端口(access port)訪問網絡。在獲得交換機提供的各種業務服務之前，802.1x對連接到交換機端口上的用戶/設備進行認證。在認證通過之前，802.1x只允許EAPoL（基于局域網的擴展認證協議）數據通過設備連接的交換機端口；認證通過以后，正常的數據可以順利地通過以太網端口。達到了接受合法用戶接入，拒絕非授權用戶的訪問，保護網絡安全的目的。
Ø 支持ACL（訪問控制列表）功能
訪問控制列表（Access Control List，ACL） 是交換機接口的控制指令列表，用來控制端口進出的數據包。配置ACL后，可以限制網絡流量，允許特定設備訪問，指定轉發特定端口數據包等。為了保證網絡之間的安全性，需要通過安全策略來保障非授權用戶只能訪問特定的網絡資源，從而達到對訪問進行控制的目的。簡而言之，ACL可以過濾網絡中的數據報文，是控制訪問的一種網絡技術手段。
Ø 支持VLAN（虛擬局域網）功能
VLAN 是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網絡，從而實現將一個大的物理網絡分隔成多個虛擬工作組數據交換技術。這些設備和用戶不受物理位置的限制，可以根據功能、部門及應用等因素設定為一個群組，使它們之間通信像在同一個物理分段中。
Ø 支持QOS（服務質量）功能
QoS（Quality of Service，服務質量）是用各種手段解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。當網絡過載或擁塞時，QoS 能確保重要業務量和關鍵應用不受延遲或丟棄，同時保證網絡的高效運行。
厚石網絡工業交換機采用了CoS、DSCP、本地優先級策略，保障了關鍵數據的實時可靠傳輸。
Ø 支持端口鏡像功能
端口鏡像（port Mirroring）功能通過在交換機上，將一個或多個源端口的數據流量轉發到某一個指定端口來實現對網絡的監聽，指定端口稱之為“鏡像端口”或“目的端口”，在不嚴重影響源端口正常吞吐流量的情況下，可以通過鏡像端口對網絡的流量進行監控分析，在網絡出故障的時候，可以快速地定位故障。
厚石網絡工業交換支持鏡像監控端口的入口數據、出口數據，也可以同時監控端口的出、入口數據。
Ø 支持流量控制功能
交換機的流量控制可以預防因為廣播數據包、組播數據包及因目的地址錯誤的單播數據包數據流量過大造成交換機帶寬的異常負荷，并可提高系統的整體效能，保持網絡安全穩定的運行。
厚石網絡工業交換機支持對端口的出口、入口數據進行限速配置。
Ø 支持風暴抑制功能
廣播風暴是指廣播的泛洪數據充斥網絡無法得到處理，并占用大量的網絡寬帶和資源，導致正常業務不能運行，甚至徹底癱瘓。
廣播風暴控制是允許端口對網絡上出現的廣播風暴進行過濾。開啟廣播風暴過濾后，當端口收到的廣播幀累計到預定門限值時，端口將自動丟棄收到的多出廣播幀。當未啟用該功能或廣播幀未累計到門限時，廣播幀將被正常廣播到交換機的其它端口。設備系統風暴過濾的對象分別為廣播/未知單播/未知組播三種，對于三種報文的操作和工作原理均一樣。
Ø 支持告警功能
厚石網絡工業交換機支持不同事件的繼電器告警、告警燈告警、trap告警、日志告警，支持的事件包括：電源告警、端口UP/DOWN告警、環網拓撲變更告警、環路檢測告警、配置變更告警、溫度告警、CPU告警、內存告警等，當觸發事件告警時，繼電器將處于閉合狀態，告警燈亮，交換機向trap主機發送trap告警信息，并將告警信息記錄在日志中。
網管人員依據以上信息掌握設備的運行狀況，及早發現問題，及時進行配置設定和排障，保障網絡安全穩定地運行。
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