王中雪，許建軍

(中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300452)

0 引言

長期以來，中海石油（中國）有限公司（簡稱中海油）渤海油田海上油氣生產(chǎn)一直面臨著通訊手段單一、衛(wèi)星傳輸延時大、主干線路帶寬低、費用高等難題。十一五期間，渤海油田在生產(chǎn)平臺數(shù)量猛增、成功上產(chǎn)3 000萬噸，油田生產(chǎn)信息化和應急指揮系統(tǒng)朝著集成與協(xié)同方向迅速發(fā)展，為滿足油田日常生產(chǎn)和應急指揮對通訊鏈路的需求，充分利用衛(wèi)星、微波、加速、帶寬管理等通訊網(wǎng)絡技術，建設起可靠、快捷、先進的通訊鏈路，有著十分重要的意義和作用。

1 海上油田通訊網(wǎng)絡應用現(xiàn)狀

中海油渤海油田現(xiàn)有油田 56個，采油平臺 110座，移動船舶（包括工程船、鉆井船、生活支持船等）50多艘，海上員工約4 000人，海陸間通訊涉及到生產(chǎn)和應急應用系統(tǒng)30余個。隨著新油田的不斷投產(chǎn)和管理手段的不斷優(yōu)化，對海陸間通訊網(wǎng)絡的帶寬和穩(wěn)定性需求迅速增加?？紤]到海上惡劣的工作環(huán)境、遠離陸地和天氣條件惡劣等條件的制約，陸地上能夠采用的一些先進的通訊技術手段無法在海上應用。目前海上能夠采用的主要通訊手段包括：衛(wèi)星傳輸、微波傳輸和海纜傳輸。普通微波傳輸因受天氣、公用頻段干擾和專線條件差等條件的制約，穩(wěn)定性較差；衛(wèi)星傳輸雖然相對穩(wěn)定，但帶寬比較小，而且費用昂貴；海纜傳輸雖然能夠保證很好的帶寬，但鋪纜費用較高，一旦發(fā)生故障修復時間較長。

2 通訊網(wǎng)絡架構(gòu)總體設計

2.1 設計思路

衛(wèi)星、微波、海纜 3種技術手段均有自身的優(yōu)勢，也都存在自身的固有問題，在沒有更好的技術可取代它們的情況下，應充分考慮衛(wèi)星、微波、海纜的技術特點，系統(tǒng)性地對通信系統(tǒng)進行整體性規(guī)劃，充分體現(xiàn)這3種技術的互補優(yōu)勢。3種通訊技術手段優(yōu)缺點分析如圖1所示。

圖1 3種通訊技術手段優(yōu)缺點分析

2.2 實現(xiàn)目標

根據(jù)核心生產(chǎn)應用和應急指揮中心建設規(guī)劃要求，海上通訊帶寬年增長率應保持在20%～30%，鉆井平臺通信帶寬目標為 20 Mb/s，生產(chǎn)平臺通信帶寬目標為40 Mb/s。

2.3 架構(gòu)設計

基于渤海油田特點和區(qū)域開發(fā)概念，將通訊網(wǎng)絡劃分為骨干層、匯聚層和接入層。

通過對國內(nèi)外幾種先進通信網(wǎng)絡技術應用的認真研究，在試點建設應用取得良好效果的基礎上，確定了適合渤海灣地理特征和實際生產(chǎn)需要的海陸之間的主要通訊模式：骨干層以微波通訊為主、衛(wèi)星通訊為輔、綜合應用網(wǎng)絡加速和帶寬管理等手段；匯聚層以光纖通訊為主、微波通訊為輔。

3 關鍵技術應用分析

3.1 鏈路集群負載均衡技術

負載均衡建立在現(xiàn)有海上通訊網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)之上，提供了一種廉價有效的方法擴展網(wǎng)絡帶寬和增加吞吐量，加強網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理能力。它能讓多條鏈路共同承擔一些大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸任務，從而以較低的成本，消除網(wǎng)絡瓶頸，提高網(wǎng)絡的靈活性和可靠性。它主要完成以下任務：解決網(wǎng)絡阻塞問題，選擇最優(yōu)的鏈路提供服務；為用戶提供更好的訪問質(zhì)量；避免網(wǎng)絡關鍵部位出現(xiàn)單點失效。通過鏈路集群技術應用，能夠?qū)崿F(xiàn)多種傳輸鏈路互為保護，多傳輸鏈路的統(tǒng)一接入，多業(yè)務應用的統(tǒng)一承載[1-2]。

3.2 多入多出和正交頻分復用技術相結(jié)合的微波系統(tǒng)

多入多出（MIMO）技術是指在發(fā)射端和接受端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，從而提高數(shù)據(jù)速率，減少誤比特率，改善無線信號傳遞質(zhì)量。正交頻分復用（OFDM）技術是一種特殊的多載波數(shù)字調(diào)制技術，它可以被看做是一種調(diào)制技術，也可以被當作一種復用技術。

在海上微波通信系統(tǒng)中，多徑效應、頻率選擇性衰落是信號傳輸過程中必須考慮的幾個關鍵問題。通過應用MIMO和OFDM相結(jié)合的微波系統(tǒng)，使微波技術更適用海面環(huán)境應用。提高信道的容量和可靠性，提高頻譜利用率和抗多徑干擾能力。

3.3 WiMAX組網(wǎng)技術

全球微波互聯(lián)接入[3]（WiMAX，Worldwide Interoperability for Microwave Access）是一項無線通信的新技術。該技術以IEEE802.16系列標準為主要規(guī)范，具有距離長、速率高、部署簡便、受地理條件限制少的技術優(yōu)勢，同時，在傳統(tǒng)寬帶接入的領域，有著得天獨厚的優(yōu)勢。WiMAX技術兼具了基于線纜的傳統(tǒng)寬帶接入的優(yōu)勢和無線接入的靈活性和移動性，并能提供可滿足話音和視頻服務應用的服務質(zhì)量支持[4]。

3.4 網(wǎng)絡加速技術

網(wǎng)絡加速主要采用廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務技術（WDS，Wan Data Service）、可伸縮的數(shù)據(jù)索引技術，對網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)優(yōu)化、傳輸優(yōu)化、應用協(xié)議優(yōu)化。網(wǎng)絡加速設備采用數(shù)據(jù)緩存技術、TCP優(yōu)化及應用優(yōu)化、數(shù)據(jù)壓縮、服務質(zhì)量控制等技術手段，可以對傳輸中的TCP流和數(shù)據(jù)進行分段并為其建立索引。建立索引的數(shù)據(jù)將與磁盤上的數(shù)據(jù)進行比較，以前發(fā)送過的數(shù)據(jù)段不會通過廣域網(wǎng)再次發(fā)送，而只發(fā)送與其對應的引用來代替它。這種過程將使得先前通過廣域網(wǎng)發(fā)送過的重復數(shù)據(jù)被極小的引用代替。通過使用多層次引用結(jié)構(gòu)，一個引用可表示多個字段至數(shù)兆字節(jié)的數(shù)據(jù)，減輕了廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸壓力。

4 實現(xiàn)方案

通過對先進通訊技術的分析論證，確定了適合渤海灣地理特征和實際生產(chǎn)需要的海陸之間主要通訊模式。采取多種通訊鏈路集群方案, 建立多種通訊技術的多層次復合應用。實現(xiàn)衛(wèi)星、微波和海纜的統(tǒng)一接入以及多業(yè)務的統(tǒng)一承載，以海纜為主用鏈路，微波與衛(wèi)星為備用鏈路，通過配置帶寬分配策略，最大限度保證核心業(yè)務的通訊質(zhì)量。固定式油田群以微波通訊為主，衛(wèi)星通訊為輔。移動式平臺或船舶采用可以按需動態(tài)分配的衛(wèi)星通訊為主，結(jié)合渤海油田實際情況，確定了渤海通訊網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不同層次的設備技術選型方法：

1）固定式油田群骨干層采用5.8 GHz大帶寬設備，使用PDH/SDH微波系統(tǒng)代替原有設備；匯聚層采用 5.8 GHz無線網(wǎng)橋、WiMAX技術設備、海底光纜光復用技術；接入層采用WiMAX和5.8 GHz無線網(wǎng)橋設備。

2）移動式平臺或船舶采用按需動態(tài)分配的衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)。

3）在微波、衛(wèi)星的網(wǎng)絡中應用新技術和新設備：如加速設備和帶寬管理設備，以進一步提高網(wǎng)絡性能。

4）通過一套自主研發(fā)的安全生產(chǎn)及應急指揮系統(tǒng)平臺，為生產(chǎn)調(diào)度、應急指揮處理提供更可靠的支持，使其在危險發(fā)生時，安全響應及時有效，快速地為決策者提供依據(jù)。

4.1 多層次多鏈路組網(wǎng)模式

骨干層的建設是以距離陸地40 km以內(nèi)的海上固定式采油中心平臺，建設了大帶寬微波系統(tǒng)與陸地建立連接，并通過租用專線電路連接塘沽核心節(jié)點。對于距離陸地40 km以上的采油中心平臺，通過微波跳接的方式建立與陸地間的傳輸鏈路。各骨干微波鏈路落地后，通過租用專線電路連接塘沽核心節(jié)點。而各油田內(nèi)的匯聚層通訊網(wǎng)絡的建設是通過新建5.8 GHz微波鏈路和光纜傳輸鏈路，覆蓋各油田的所有小平臺。同時，選擇了試點平臺部署WiMAX基站以實現(xiàn)對各類船舶的游牧式接入。

對于移動式鉆井平臺或移動船舶，使用國際衛(wèi)星通信的主流設備和系統(tǒng)，提高了空間段衛(wèi)星信道的利用率，出境信道采用基于DVB-S2標準，動態(tài)優(yōu)化帶寬資源，帶寬按需分配，通過對海上應用的分析研究，對頻率資源合理劃分，相同帶寬內(nèi)的吞吐量隨之提高，最多可達到90%帶寬利用率的理論數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有工作方式相比，可節(jié)約40%～50%的頻率資源。

4.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)管系統(tǒng)建設

通過建立衛(wèi)星通信網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和網(wǎng)管功能的開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星信道指標的檢測和電路運行效率分析能力；實現(xiàn)遠程NMS監(jiān)視和控制能力；實現(xiàn)系統(tǒng)級TCP、HTTP 加速能力；雙向端到端服務質(zhì)量（QoS，Quality of Service）功能，保證通信質(zhì)量；同時支持虛擬電信運營商（VNO，Virtual Network Operator）功能，為網(wǎng)管系統(tǒng)向海外發(fā)展做準備。該系統(tǒng)能夠優(yōu)化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)端站實現(xiàn)了自動功率電平調(diào)整，具備QoS功能、TCP加速功能，實現(xiàn)單一平臺多頻段及多星管理，能夠節(jié)省衛(wèi)星帶寬 30%，帶寬使用效率和穩(wěn)定性顯著提高[5]。

4.3 網(wǎng)絡加速設備應用

通過在陸地中心機房和海上采油平臺部署網(wǎng)絡加速設備，提升衛(wèi)星和微波系統(tǒng)的有效傳輸帶寬，將廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務（WDS，Wan Data Service）技術運用到辦公專用網(wǎng)（衛(wèi)星鏈路、微波鏈路、數(shù)字專線）和關鍵業(yè)務應用系統(tǒng)，全面優(yōu)化海上采油平臺網(wǎng)絡通訊的性能，使所有基于TCP/IP協(xié)議的應用速度得到明顯提升。在帶寬資源有限的情況下，通過加速策略的設置，為各種應用劃分優(yōu)先級，重點保障辦公和生產(chǎn)應用的網(wǎng)絡帶寬不會被其他非核心應用擠占。

4.4 網(wǎng)絡資源管理系統(tǒng)應用

通過網(wǎng)絡加速設備的應用能夠使渤海灣骨干網(wǎng)實現(xiàn)鏈路優(yōu)化，但在監(jiān)控、分析關鍵應用性能和獲取有效信息促進基礎網(wǎng)絡的有效管理方面缺少必要的技術手段。通過在陸地中心機房部署Cascade網(wǎng)絡性能管理系統(tǒng)，將網(wǎng)絡行為分析技術應用到網(wǎng)絡中。不同于以往的基于簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP，Simple Network Management Protocol）為主的網(wǎng)絡管理工具，它整合了基于IP Flow 采集和Sensor網(wǎng)絡探針的技術，能夠提供更細化的網(wǎng)絡管理和監(jiān)控，支持Netflow、IPFix、Jflow、sFlow 等多種流格式，Cascade系統(tǒng)與網(wǎng)絡加速設備的QoS功能完美結(jié)合，可自動收集網(wǎng)絡流數(shù)據(jù)，并對網(wǎng)絡情況和應用程序進行監(jiān)控、分析，同時將行為分析與用戶定義策略相結(jié)合，提供IT管理者所需的信息并執(zhí)行相關策略[6]。

5 結(jié)語

通過多層次多種鏈路集群通訊方案的應用，能夠解決海上油田長期制約生產(chǎn)的通訊瓶頸問題，改變海上油田通訊手段單一的局面，為生產(chǎn)管理、作業(yè)監(jiān)控及業(yè)務協(xié)同提供信息傳輸通道，實現(xiàn)多元化的信息通訊模式[7-8]，提高通訊的質(zhì)量和可靠性，提高骨干通訊鏈路的利用率，很大程度上緩解了海上油田帶寬資源不足的瓶頸制約。為數(shù)字油田建設奠定了基礎，使公司重要生產(chǎn)運營支持和安全控制相關系統(tǒng)得到更加廣泛的應用。

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[3] 魏笑笑,周政華. WIMAX技術及其應用分析[J].通信技術,2009,42(03):98-102.

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[7] 李愷,曾玲,安紅章.互聯(lián)網(wǎng)接口與衛(wèi)星通信技術研究[J].信息安全與通信保密,2007(08):91-93.

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