文 刘涛北京天源科创风电技术有限责任公司
摘要：本文论述了在风电机组光纤环网下实现视频监控与IP 语音电话的问题与方法、影响IP 语音服务质量的主要因素，并提出了基于风电机组通讯网络视频监控与IP 语音相应的解决配置方法。着重分析了风电机组通讯网中的保证监控数据、视频流、语音QoS（Quality of Service）的机制。
1. 引言
随着风电场业主需求的升级，诸如视频监控、IP 语音电话、震动监测等越来越多的应用需要加载到IP 网络上传输。风电场就地光纤环网具备能够承载大量多业务实时数据传输的能力，但是需要在网络配置、数据划分、优先级别设定上进行相关设置，从而保证风电机组监控数据的正常传输。
2. 典型的风电机组通讯网络
风电场通讯网络为光纤环网，所谓的光纤环网就是由多个交换机的光纤端口首尾依次相连形成的环状网络。正常状态下，环网内的数据传输是单向的，当交换机检测到单向传输断开时，自动开启备用端口，进行反方向数据传输。典型的风电机组通讯网络如下拓扑：
3. 网络传输质量因素
以太网是目前应用最广泛的局域网技术。考虑到LAN 中的临界点，如上行链路和百兆光纤环主干。当组织内部配置越来越多要求带宽的应用时，可能存在超过预计的情况。这终将导致需要在LAN 中使用QoS工具。
QoS 的英文全称为"Quality ofService"， 中文名为" 服务质量"。QoS 是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web 应用。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。
风电机组百兆光纤环网资源总是有限的，数据、视频、语音、震动等其他数据只要存在抢夺网络资源的情况，就会出现服务质量的要求。服务质量是相对网络功能业务而言的，在保证风电机组监控数据业务的服务质量保障语音质量，就可能损害视频监控、震动数据等服务质量。因此，需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。
在风电场光纤环网中，交换设备故障、软件配置、硬件连接错误都会造成广播风暴的发生，由于现有网络是完全开放的广播域，所以一旦发生广播风暴风电机组PLC 会因为LAN 口阻塞而停止运行。在现有网络上再增加视频监控、语音电话是不是就增加了广播风暴发生的风险？ 答案是否定的。通过VLAN技术将风电机组监控数据包、视频监控数据包、IP 语音包隔离传输。VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）中文名为" 虚拟局域网"。VLAN 是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的数据交换技术。同一个VLAN 中的广播包只有VLAN 中的设备成员才能接收到，而不会传输到其他的VLAN 中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时，不同VLAN 之间不能相互通讯，这样增加数据传输的安全性。VLAN 在交换机上实现方法主要有六种：基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN、基于网络层协议的VLAN、基于IP 组播的VLAN、按策略划分的VLAN、按用户定义非用户授权划分的VLAN。
4. 风电场通讯网络具体配置应用
通过图1 可以发现风电机组内光纤交换机所连接有IP 语音电话、风电机组PLC、面板触摸屏、视频摄像机；控制室核心交换机连接有相关服务器、IP 语音网关、以及中控IP 语音电话。结合具体需求，网路配置规则如下：
4.1 将交换机电口按数据业务类型划分VLAN
具体来讲将所有交换机的电口1、2 设置为VLAN100，优先级设置为7。风电机组内交换机电口1、2端口连接为PLC 和触摸屏。中控处电口1 、2 连接为数据服务器和中控显示电脑。这样配置目的是将风电机组通讯控制数据单独走VLAN100，交换机在进行数据传输时优先对VLAN100 数据进行转发。
将所有交换机的电口3 设置为VLAN200, 优先级设置为5. 连接设备为IP 语音电话。所有语音数据单独走VLAN200，数据传输优先级别仅次于风电机组通讯数据。将所有交换机电口4 设置为VLAN300，优先级设置为3. 连接设备为视频摄像机。由于视频数据包流量相对较大，占用带宽较多，相对风电机组运行控制数据保障级别又较低，所以视频监控数据传输优先级设为最低。
4.2 交换机QoS配置
结合VLAN 配置，同时需要进行交换机端口QoS 传输保障。QoS目的是将所有端口的数据按照VLAN所设定的优先级进行排列转发。QoS保障首先为最高优先级的队列进行服务，直到该队列为空，然后为下一个次高优先级队列服务，依此类推。这种方法的优势是高优先级业务总是在低优先级业务之前处理。这就保障了风电机组通讯数据在传输转发过程中总是被优先转发处理。具体来讲将所有交换机QoS 配置为抢占式，FE1、FE2 电口级别选择最高优先级， 其余端口选择802.1P 优先级。
5. 总结
风电机组光纤环网交换机选择基于端口划分的VLAN。这种配置固定简单，只要将所有的端口都定义为相应的VLAN 组即可。交换机各端口网线连接必须符合相应的业务类型即可实现通讯，同时各类型设备之间不能互通。这就保证所有风电机组PLC、面板、数据服务器在一个虚拟局域网内通讯。所有IP语音电话语音网关在一个虚拟局域网内通讯。所有视频监控摄像机在一个虚拟局域网内通讯。这种方式最大限度的限制广播域的规模，从而控制广播风暴发生的几率和发生的范围。
