方案介绍
1 项目概述
1.1系统描述
近年来，国内各类企业的智能化、信息化建设水平逐渐提升，各类入网系统、入网设备层出不穷，设备上网对网速、带宽的要求也逐渐提高。为满足其网络要求，确保日常工作不受影响，设备的更新、网络拓扑线路的升级改造已经是势在必行。随着本矿井下勘测、开采、生产、监控、通讯等方面的自动化水平提高，公司各单位在井下需要入网的设备和智能化系统越来越多，而监控影像、上传系统数据的增加使得各个岗点上网速度减慢，影响下一步信息化水平提高的开展。为保证各类数据上传不受影响，满足今后的信息化建设对带宽的要求，需要对公司工业环网进行升级改造，提高网络带宽，更新部分网络传输设备。
1.2总体目标
工业环网系统是煤矿的重点项目，矿井将实现矿井综合信息网络化、过程控制自动化、安全管理系统化、生产管理集约化为总体目标，工程完成后要达到国内一流的矿井生产调度综合监控水平。矿井综合监控系统网络平台，主要是建立高速数据工业以太网网络，解决所有子系统传输物理通道和接入协议通信；对所要求各子系统进行数据采集、处理、存储、发布，完成一个信息集中管控/网络发布平台，建立一套适合煤矿的安全生产调度综合监控系统，完成集团公司和矿之间信息传输，在集团公司系统网络中通过WEB权限认证可以看到煤矿生产实时信息。
1.3设计原则
考虑到本煤矿工业环网交换机的实际需要和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，项目设计原则为：“先进性、成熟性、实用性、安全性、实时性、易操作性、完整性、可查询性、互联性和扩展性、经济性”。为了使所设计的方案尽可能满足矿方实际的需求，使系统正常、高效运转，整体方案设计遵循以下设计原则：
1、先进性、成熟性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。
2、实用性
由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据大的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽。
3、高可靠性
高可靠性体现在系统的总体架构设计、冗余的网络设计、冗余的应用与数据库系统、产品选型、优秀的软件产品以及优秀的工程开发实施队伍等，我们一惯致力于为用户提供稳定、可靠、开放的系统设计。能提供全年365天，一天24小时的高效稳定的系统不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。
4、易操作性易维护性
先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。
5、安全性
网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包括：防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。
6、易操作性
先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。
7、实时性
设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。
8、完整性
提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。
9、实用性
由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽越大越好。
10、互联性和可扩展性
把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统之间的互联性和可扩展性。充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
1.4建设规范及标准要求
Ø 《煤矿安全规程》；
Ø 《煤矿设计规范》；
Ø GB 3836.1 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求
Ø GB 3836.2 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：隔爆型“d”
Ø GB 3836.3爆炸性气体环境用电气设备 第3部分：增安型“e”
Ø GB 3836.4爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：本质安全型“i”
Ø AQ6201-2006 《煤矿安全监控系统通用技术要求》
Ø MT/T 772-1998 煤矿监控系统主要性能测试方法
Ø MT287-92 煤矿信号设备通用技术条件
Ø MT209-90 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
Ø MT210－90 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法
Ø MT/T286-1992 煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法
Ø MT/T772－1998 煤矿监控系统主要性能测试方法
Ø MT/T899－1999 煤矿用信息传输装置通用技术条件
Ø MT/T 1004 煤矿安全生产监控系统通用技术要求
Ø MT/T 899-2000 煤矿用信息传输装置
Ø MT/T 1007-2006 矿用信息传输接口
Ø 《矿用以太网》MT/T1131的相关规定
2 平台概述
2.1网络拓扑结构
1、煤矿综合信息自动化控制系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在生产规模、系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于世界先进水平。
煤矿综合信息自动化系统网络采用三层物理网络结构，即信息管理层、综合自动化层和设备层。
信息管理层网络系统：采用星型以太网结构，配备高性能第三层万兆以太网核心交换机形成骨干核心交换系统，是与集团网连接的关键交换机；配置汇聚交换机对各接入交换进行连接，保证各层次交换的有序性；配备接入交换机，通过划分VLAN，区分各职能部门间的网络隔离，建立安全的网络访问环境，根据需要通过核心交换系统的第三层路由交换，转发部门间信息包，同时防止广播风暴及屏蔽不安全访问；与上级部门互通可通过VPN方式建立安全的连接，在核心交换机与接入路由器之间配备防火墙，实现数据过滤和内网安全保护；由核心交换机向下配备连接若干台接入交换机，供各生产部门级100M/1000M访问。
综合自动化层网络系统：由核心交换到控制层工业网采用10000M主干连接，与信息层之间配备网闸，实现控制层网络与信息层网络的有效隔离，控制层采用两个环型工业以太网结构，配备工业级汇聚交换机，工业级汇聚交换机建立两个环型工业以太网系统，井下10000M环形以太网、地面10000M环形以太网组成，两个相对独立的环形以太网在控制汇聚交换机处实现互联互通、信息共享。控制系统的管控服务器、数据存储服务器、WEB服务器、防病毒服务器及控制操作员站和工程师站连接到汇聚交换机，用于全矿井控制信息的采集和控制指令的下传，控制系统WEB服务器透明的通过防火墙向信息层提供WEB访问服务。
设备层网络系统：设备层的数据信号和控制信号传输是基于工业以太环网网络，控制采用系统内自己中心站控制和平台可控，与第三方系统则采用通用传输协议进行互联，完成不同厂家，不同设备的互连互通。
2、光缆敷设
考虑到井下的工作环境复杂，除了高温，粉尘外还存在由大型设备发出的大量电磁干扰，普通的铜质通信电缆极易受到这些因素的影响，从而影响整个通信系统的正常运行。而且由于铜质通信电缆传输距离有限，不得不增加中继设备，相应增加了成本和发生故障的可能性。光纤系统则克服了这些缺点，采用矿用专用光缆，可获得较长的通信距离及较强的抗干扰能力，是用于井下环境的理想通信线路。
3、网络带宽
考虑目前各子系统的通讯要求基本上都是实时性、可靠性要求比较高，同时今后煤矿自动化系统业务的发展，语音、视频、其他数据业务等会逐步建立，最终确定网络带宽为万兆。
4、其他功能设计
自愈环网保护组网能力：系统具备先进的环网技术，在节省光纤的基础之上具备环网保护的快速切换和链路备份能力，为系统的可靠性提供保证。
实时性：环网节点设备具有数据传输实时性的保证措施，可保证远程监控业务数据的实时传输。当一处光纤出故障时，系统可以自动切换，网络自愈时间小于等于50ms。
关键模块冗余备份能力：环网核心交换机关键电源模块和网络接口模块支持热拔插。主要模块出现故障时，实现业务不间断运行的情况下更换模块。
扩展性：为适应以后业务容量变化的要求，可根据需要灵活配置系统业务，可根据需要灵活扩容。需具备环网节点设备扩容能力。
图形化网络管理：为便于维护管理人员操作，提供网管监控软件：支持自动识别网络上的网络设备产品及其重要的系统参数（如IP地址）和配置情况，可自动绘制拓扑图，每10秒实时回报网络事件，可将VLAN及IGMP配置可视化，一键式批量备份配置文件，可记录最近 30 天网络状态并以可视化方式进行回放。
网络可靠：整个系统网络可靠性分为两个层次，第一个层次为设备的可靠性，第二个层次为网路的可靠性。
网络系统实时性：数据传输速率范围均可达到10Gbps，端口延迟均小于10us，可以满足应用的实时性的要求。
在L2层和L3层上均实现了线速交换，任何数据包到达后都会被立刻转发。
全面支持工业网络必须的时钟同步SNTP（简单网络时钟协议）功能，全网时钟统一，实时性高。
工业环网光缆敷设，充分考虑煤矿井下满足防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求，地面系统充分考虑抗电磁干扰的设置。各个安全生产监控环节现场设备PLC、PC与工业以太网交换机连接的线缆使用工业级快速连接插件及线缆（工业级标准）。连接的所有类型的网络和终端传输数据平稳，同时亦可实现系统维护方便，重新配置的灵活性。
光缆均采用单模，解决今后扩展问题，均符合标准，使用寿命≥25年。
每台交换机旁放置井下光纤配线架，光缆先进光纤配线架进行熔接，再跟交换机接联。
所有硬件设备日志保留时间不少于6个月。
2.2网络平台规划
1、局域网设计
目前，煤矿自动化系统已经根据不同的业务状况规划了信息管理网、调度网，综合控制环网相互间需要处于实时连接状态，网间需要进行隔离，确保安全生产。
2、服务器设计
业务信息公共服务平台建设内容包括安全监控、人员管理、无线通讯、瓦斯抽放系统、语音扩播、电力监控等多个系统。由于业务的复杂性、对象的多样性，必须选用高可用性的主机和服务器系统。服务器包括数据库服务器和应用服务器两部分建设。
3、数据存储设计
由于矿井IT信息服务平台涉及到煤矿安全生产的关键数据，计算机故障、人为错误、黑客和病毒等行为将威胁到数据安全，因此必须进行数据存储及安全保障，防止数据的破坏和丢失，数据存储系统建设将从系统稳定性高，技术先进，性能优良，利于管理和操作等方面进行考虑。
4、安全系统设计
搭建整个安全系统，并针对应用和信息密级对安全子系统和安全边界进行划分，对不同的安全子系统，提出相应的安全策略和措施，确保业务信息、地理信息、设备信息等在内、外网中数据的机密性和完整性。
2.3网络选型
目前，在控制层应用的网络结构主要有现场总线和工业以太网。现场总线是目前过程控制层中控制网络采用的主要技术，在过程控制层在用户有综合自动化需求的早期操作执行层（设备层）的网络主要采用现场总线，随着计算机网络技术的发展以太网逐渐在综合自动化控制系统中应用。
现场总线是在工业现场运行的、性能可靠的、造价低廉的通讯系统，能完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，是目前自动化控制领域普遍采用的技术，随着用户对信息应用要求的不断提高，避免自动化系统成为“信息孤岛”，在商用计算机网络的技术、性能不能完全满足工业自动化要求的情况下，系统集成商普遍采用现场总线来完成信息的集成，但现场总线的多种技术标准并存、通讯协议间兼容性差、总线速率较低，使其在异构条件下建立应用网络比较困难。
当今信息技术飞速发展，企业迫切需要生产与管理间的无缝信息集成。目前现代以太网标准，如交换、全双工传输、实时数据的优先级、带宽由100Mb/s到1000Mb/s乃至10000Mb/s的升级，很好地解决了以太网存在的不确定性和实时性欠佳的问题，使生产监控信息在以太网中实时、安全、可靠的传输成为可能。此外，以太网所采用的IEEE802.3数据传输协议是一个开放的标准，已被自动化设备厂商和集成商广泛接受。
工业以太网有以下特点：
1、以太网是当今最流行应用最广泛的通讯网络，目前国际上著名的自动化产品供应商均推出了基于工业以太网的技术和产品。
2、易于与Internet、Intranet连接，可降低系统开发难度。
3、以太网克服了现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊病。
4、以太网技术的发展为通讯响应“确定性”提供了技术保障。
因此，本设计采用工业以太环网作为操作执行层（设备层）的网络平台。
2.4网络安全设计
网络安全是信息网络建设的重要组成部分，随着网络应用的日益深入，企业网面临着多重风险，选择合理的防控措施，降低、减免网络危害是企业网（特别是生产网络）面临的任务。
由于风险和网络危害的活跃特性，任何安全设施和保护系统均需要完善的安全管理机制来保障，因此，建立矿井网络登陆和应用规则是控制网络危害的重要一环。除遵从国家、行业颁布的网络应用安全条例外，企业也必须建立自身的网络管理、应用的制度以保障矿井安全生产、调度指挥的可靠性，避免重大信息网络事故的发生。
2.5井下环网平台设计
“建设本质安全型矿井实现煤矿安全生产”是当今煤矿建设的主题，本质安全型矿井，不仅仅是矿井人员安全意识的培训、规范安全作业等，更重要的是矿井建立健全科技管理机构和科研激励机制，实施“科技兴安”战略，积极开发、引进、推广、应用高新技术，以优化生产要素、创造“本质安全型环境”为目的，依靠科技进步，与煤炭科研单位开展合作和交流，广泛开展群众性技术革新活动。
1、安全性要求
煤矿综合信息自动化网络系统以及办公信息管理网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时应充分考虑煤矿综合信息自动化控制系统和办公信息系统网络建设的现状。
建设井下环网平台，采用标准的TCP/IP协议和工业级以太网技术加以实现，实现将井上和井下区域控制器和综合监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统，井下环网平台也称作为控制网平台。
在经验和实践应用中得出，在全煤矿自动化整个系统安全应从以下几个方面进行分析：
l 接入子系统与整个系统之间安全问题
l 信息网和工业控制网之间的安全隔离
l 信息网络安全问题
煤矿安全生产监控系统新标准也明确提出可以采用环行通信装置作为传输通道，要严格遵守煤矿安全规程，满足煤矿产品的电器性能要求。
煤矿安全规程规定，井下设备具备防爆或本质安全性质，对于通信装置必须具备本质安全特性。高瓦斯矿井对产品要求应该更加严格。系统的本质安全特性，取决于系统中单个设备本质安全特性；系统中的设备之间特性是否配备；系统间的设备之间输入/输出口是否隔离；系统中产品的是否通过联调检验。这些都是对系统安全的基本依据。
在综合自动化控制系统，所有子系统都采用环网做为信息传输主通道，在每个接入子系统安全问题将决定整个系统的安全性，在这个传输信道中保证各个子系统安全的独立性，那么将在接入整个大的系统——即综合自动化控制系统，应该将接入器（即环网交换机）端口进行有效的隔离，让单个系统的不安全、不稳定不能影响整个系统的安全与稳定，最终完成整个系统的安全性，以致达到提高整个系统的速率与抗干扰性。
由于煤矿技术在不断的更新，系统的传输不再采用传统的总线方式，考虑到煤矿的特殊性，在近两年来井下子系统不能完全摆脱总线传输方式，在信息通道建立我们也采用工业以太环网做依托，多种总线并存，形成工业以太环网+现场总线的综合自动化控制系统传输架构，至于它的优点，就不再叙述。
依照煤矿安全规程，通信产品检验规范，加上我公司多年的煤矿经验，在整个系统开发前，全面的选型优良的电子设备或优良器件、全盘考虑整个系统的安全性，主要表现在下列方面：
1、环网装置符合本质安全特性；
2、环网装置所有的输入口采用光电隔离；
3、环网装置采用后备电源，供电时间符合煤矿安全规程；
4、接入环网的子系统采用非本质安全-本质安全隔离栅设备；
5、采用网管型的环网交换机，软硬兼顾，对端口进行有效管理。
煤矿严禁隔爆设备和本安系统连接，中间必须加上安全隔离栅。为了解决这类问题，我公司专门研究开发出一种的非安-本安隔离转换设备来解决系统接入安全性问题。
煤矿严禁隔爆设备和本安系统连接，中间必须加上安全隔离栅，保证这个传输系统的安全。
2、控制环网建设
根据需求，集团信息化设备及井下万兆网设备主要包括井下万兆工业以太环网系统，通过核心交换机连接起来。环型以太网为10000M工业以太网，作为全矿主干网，为全矿各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口，地面、井下子系统均可以方便接入。
2.6关键技术
KJJ660矿用隔爆兼本安型万兆环网交换机采用了最新的工业以太网技术，支持环型冗余，链路聚集，能最大限度地保证煤矿井下数据信息传输的可靠性和实时性。
2.6.1工业以太网技术
普通商用以太网不能保证网络的冗余性、可靠性和实时性，为使以太网能够成功应用在工业控制领域，许多研发机构和厂商相继推出了以太网的环冗余和链路聚合等技术。
工业以太网环冗余技术
由于很多场合环境恶劣，存在网络意外断裂的可能较大，而另一方面，出于生产和安全的需要，对网络的可靠性要求又很高，所以需要信息传输网络能够提供链路冗余。环型以太网结构的出现在很大程度上解决了以太网的容错问题，提高了以太网的可靠性。环型网络构造了一个简单环，从而保证了在某条链路意外损坏时数据仍然可以通过备用链路传输，双环冗余型结构的以太网更是可以保证在两条链路同时损坏或者某个网络交换机损坏的情况下，网络仍然能够正常工作。在交换式以太网中，冗余的管理能够实现很高的网络可用性，交换式高速以太网启用环冗余的时间少于50ms，也就是说，一条链路出错后，网络可以在50ms时间以内重新可用。
链路聚合技术
链路技术可以在不改变现有网络设备以及原有布线的条件下，使用专用的软件或软硬件结合的产品，把多条交换机到服务器或交换机到交换机的数据通道捆绑起来，形成一条逻辑上的高带宽数据链路，满足高带宽应用的需要，同时还可以增加网络的负载均衡能力以及容错性，极大地提高整个系统的性能。当聚合链路中一条或几条（不是全部）意外损坏时，数据仍然可以通过剩余的物理链路传输。
KJJ660矿用隔爆兼本安型万兆环网交换机是主干网设备即采用了这两项先进的网络技术，保证为我们的用户提供最大的传输可靠性。
2.6.2 丰富的软件特性
支持Internet宽带接入，可用于轨交、工厂、安防等恶劣条件下的千兆接入，支持VOD等多媒体服务，支持VolP等时延敏感的语音业务。提供支持组播的音频和视频的服务功能，提供千兆端口接入，提供万兆或千兆上行。支持Jumbo Frame，支持802.1X，MAC认证，端口安全，支持LACP协议，支持4K个VLAN，支持最大32K MAC地址及黑洞MAC等特性，支持基于端口的二三层优先级自动映射，支持基于端口的镜像，支持重定向，支持端口隔离，支持访问控制列表，支持端口限速，支持IPv6, 支持以太网OAM:802.3ah和802.1ag (CFD:Connectivity Fault Detection, 连通错误检测)丰富IPv6功能。可以区分环网端口和业务端口，支持将环网 (ERPS 、MRP) 端口划为独立的广播域，杜绝网络风暴。任意两个端口可用于组成自愈环网，支持多个独立自愈环。
2.6.3 完备的安全控制策略
--在网络通信设备和工业控制领域，嵌入式系统发挥了重要的作用，目前主要应用在路由器和交换机上。从根本上说，在网络通信设备中，只要用到了CPU，那么在其上一定要运行一个完成特定功能的操作系统，也就是嵌入式系统，所以嵌入式系统和网络通信设备是不可分割的。
HL-6300-H-8X4GS24G-EXT-2LV-XC模块化工业交换机支持集中式 MAC 地址认证、802.1x 认证、支持用户帐号、IP、MAC、VLAN、端口等用户标识元素的动态或静态绑定，同时实现用户策略 (VLAN、QoS、ACL)的动态下发。
2.6.4 虚拟化集群交换技术
Ÿ HL-6300-H-8X4GS24G-EXT-2LV-XC模块化工业交换机支持虚拟化集群交换技术，将多台物理设备互相连接起来，使其虚拟为一台逻辑设备，也就是说，用户可以将这多台设备看成一台单一设备进行管理和使用。这样做可以为用户带来以下好处：
（1）简化管理：可以连接到任何一台设备的任何一个端口就以登录统一的逻辑设备，通过对单台设备的配置达到管理整个智能弹性系统以及系统内所有成员设备的效果，而不用物理连接到每台成员设备上分别对它们进行配置和管理。
（2）简化业务：形成的逻辑设备中运行的各种控制协议也是作为单一设备统一运行的，例如路由协议会作为单一设备统一计算，而随着跨设备链路聚合技术的应用，可以替代原有的生成树协议，这样就可以省去了设备间大量协议报文的交互，简化了网络运行，缩短了网络动荡时的收敛时间。
（3）弹性扩展：可以按照用户需求实现弹性扩展，保证用户投资。并且新增的设备加入或离开集群架构时可以实现“热插拔”,不影响其他设备的正常运行。
（4）高可靠：高可靠性体现在链路，设备和协议三个方面。成员设备之间物理端口支持聚合功能，集群系统和上、下层设备之间的物理连接也支持聚合功能，这样通过多链路备份提高了链路的可靠性；集群系统由多台成员设备组成，一旦Master设备故障，系统会迅速自动选举新的Master，以保证通过系统的业务不中断，从而实现了设备级的1: N 备份；集群系统会有实时的协议热备份功能负责将协议的配置信息备份到其他所有成员设备，从而实现1: N 的协议可靠性。
（5）高性能：对于高端交换机来说，性能和端口密度的提升会受到硬件结构的限制。而集群系统的性能和端口密度是集群系统内部所有设备性能和端口数量的总和。因此，虚拟化集群交换技术能够轻易的将设备的交换能力、用户端口的密度扩大数倍，从而大幅度提高了设备的性能。
2.6.5 双向转发监测功能
BFD可以提供毫秒级的检测，可以实现链路的快速检测，BFD通过与上层路由协议联动，可以实现路由的快速收敛，确保业务的永续性。BFD 能够与相邻系统建立对等关系，然后，每个系统以协商的速率监测来自其他系统的BFD速率。监测速率能够以毫秒级增量设定。当对等系统没有接到预先设定数量的数据包时，它推断BFD保护的软件或硬件基础设施发生故障，不管基础设施是标记交换路径、其他类型的隧道还是交换以太网络。BFD部署在路由器和其他系统的控制平面上。BFD检测到的网络故障可以由转发平面恢复或由控制平面恢复。
2.6.6 支持PTP与SyncE(同步以太网）
IEEE 1588v2作为一种主从同步系统，在系统的同步过程中，主时钟周期性发布PT 时间同步协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟端口发来的时间戳信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。IEEE1588v2可以同时实现频率同步和时间同步，时间传递的精度保证主要依赖于两个条件计数器频率准确和链路的对称性。与传统授时技术相比，IEEE1588v2有着明显的优势。其采用双向信道，精度为20ns级，费用低，能适应不同的接入环境等等。在对精度不断要求提高的行业背景下，IEEE1588v2已成为一种发展的必然趋势。
2.7典型应用
KJJ660矿用隔爆兼本安型万兆环网交换机提供了星型、环型、双环冗余型等多种组网方式，用户可以根据矿井规模、对可靠性的需要选择不同的关键设备和组网方式。
2.7.1 星型结构网络
星型结构网络是商用以太网最为常用、也是最简单的一种组网方式，网络结构如图1所示。这种网络的优点是结构清晰，布线简单，节省线路，成本也最低。但缺点是没有冗余链路，如果交换机1与交换机2之间的链路意外损坏，将导致交换机2所连接的所有网络设备（包括它的下级交换机）不能向地面传送数据。解决的办法是，可以在两台交换机之间预留一条备用链路，在原链路损坏后，由人工更换备用链路，但是确定故障和更换线路需要较长的时间。
主要网络性能参数：
主干网传输速率10000Mbps；
传输介质可以是单模光纤（传输距离20km）或者矿用阻燃双绞线（传输距离100m）；
支持基于Web的网络管理系统，可以通过浏览器对交换机进行管理和控制；
核心交换机可支持24个以太网接口；井下交换机可支持20个以太网接口
支持全双工/半双工运转；
2.7.2 环型结构网络
环型工业以太网的网络结构如图2。使用环型结构的优点是可以提供链路冗余，当某条正在工作的链路意外损坏时，可以在50ms内快速切换到冗余链路，组网也较为简单，价格适中。
主要网络性能参数：
干网传输速率10000Mbps；
传输介质可以是单模光纤（传输距离20km）或者矿用阻燃双绞线（传输距离100m）；
支持基于Web的网络管理系统，可以通过浏览器对交换机进行管理和控制；
核心交换机可支持24个以太网接口；井下交换机可支持20个以太网接口
支持全双工/半双工运转；
支持单冗余链路，最大网络重构自愈时间小于50ms；
2.7.3 双环冗余型结构网络
环型工业以太网的网络结构如图3。其优点是可以提供多条链路冗余和备用设备，图3所示的网络中，隔爆交换机4、隔爆交换机5和隔爆交换机6都是热备用设备，它们之间的链路（内环）也全部是冗余链路，当外环某条或多条正在工作的链路意外损坏、甚至多个工业以太网交换机设备损坏时，可以在50ms内快速切换到冗余链路和备用交换机，组网较为复杂，由于需要备用设备，价格较高。
主要网络性能参数：
网传输速率10000Mbps；
传输介质可以是单模光纤（传输距离40km）或者矿用阻燃五类线（传输距离100m）；
支持基于Web的网络管理系统（可选），可以通过浏览器对交换机进行管理和控制；
核心交换机可支持24个以太网接口；井下交换机可支持20个以太网接口
支持全双工/半双工运转；
支持双冗余链路；
网络中有半数的交换机为热备份，可在需要时快速投入使用；
链路或设备故障后，最大网络重构自愈时间小于50ms；
2.8万兆交换机后备电源智能管理系统
1、系统概述
设备电源后备电池远程自动维护监测功能采用特别开发的后备电池远程管理模块，实时监测后备电池的电压、充放电电流、容量、温度等主要参数，也可以在地面控制井下设备的后备电源进行断电重启测试，记录电源的运行情况和历史故障异常内容和时间节点，保证设备后备电源的可靠，提高整个系统的可靠性。
2、系统主要功能
1）电源工作状态监测
可以监测交流输入是否正常、电池的电压、电池的充放电电流、电池的电量、馈电状态、每路电源模块的直流输出的电压电流，防爆壳内的电池的温度等。
2）报警功能与报警记录查询
系统支持对交流输入状态、直流输出状态的实时监测与异常识别，当系统判定交流输入或直流输出出现异常时，将自动向上位机上传告警信息；上位机接收告警后将触发声光联动告警，并同步生成告警记录，为维护人员定位和处理问题提供依据。
3）断电重启功能
断电重启功能管理系统支持对单路或多路电源输出执行自定义重启操作，可助力电源下挂设备在出现异常时快速恢复，并高效开展故障排查
4）图形化管理界面
上位机采用图形化管理界面，可以直观地显示各电源的工作状态、通信状态，远程控制后备电源进行断电重启，对参数进行配置调整。
2.9交换机智能拓扑网络管理
1、管理设备最多可管理的成员设备数量以实际设备为准，AP 最大数量同管理设备作为融合 AC 支持的数量，摄像头管理最大监控规则数 512，管理 / 成员设备支持最大 SIP 会话数 1000，管理设备支持监控健康度的设备数量 256；
2、采用管理设备（TM）/ 成员设备（TC）模式，基于 NETCONF、SNMP 等协议实现设备管理与配置同步；
3、支持 LLDP 链路发现协议，能自动识别同品牌设备及 IP、MAC 地址等参数，支持接入终端通过 DHCP Option55、HTTP UserAgent 等自动识别；
4、自动生成有线无线一体化网络拓扑图，支持 PoE 供电/受电、摄像头、接入终端等可视化呈现
5、实时监控设备健康度（环境、容量、性能、状态维度）、音视频会话质量（MOS 值），提供故障报警、潜在故障提示及处理记录；
6、操作简单，通过 Web 页面实现一键部署 VLAN、批量下发配置、端口认证等功能，支持健康度报告导出；
7、带有端口认证（Web、802.1X、MAC 地址认证）等安全功能，可控制访问级别，支持故障定位；
8、支持自定义配置文件服务器，可批量配置设备参数，自定义健康度计算周期
9、可同时配置多台成员设备，支持自动部署或手动添加设备，提供详细的配置日志、下发状态日志等；
10、提供与摄像头、AP 等设备的适配接口，可获取终端运行状态、网络拓扑、会话质量等信息，支持音视频监控数据可视化和详细报表；