【摘 要】本文從智慧油田對(duì)IPv6協(xié)議技術(shù)的需求出發(fā)，從信息化與工業(yè)化深度融合的角度，理清IPv6技術(shù)及智慧油田的基本概念及相互之間的關(guān)系，描述了運(yùn)用IPv6協(xié)議技術(shù)來(lái)構(gòu)建智慧油田基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的理論、實(shí)踐及效果，旨在說(shuō)明IPv6協(xié)議技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)必將逐漸應(yīng)用到智慧油田的生產(chǎn)實(shí)踐中。文中進(jìn)行詳細(xì)的需求分析、技術(shù)方案的選擇、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的選擇，同時(shí)還要考慮到從IPV4協(xié)議技術(shù)至IPV6協(xié)議技術(shù)的過(guò)渡，以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化油氣田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理，拓寬油田勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)的目的。

【關(guān)鍵詞】IPv6 協(xié)議 智慧油田 物聯(lián)網(wǎng)

一、引言

國(guó)家為推動(dòng)信息化和工業(yè)化的深度融合，在信息化的“十二五”規(guī)劃中提出了加快建設(shè)寬帶、安全、融合、泛在感知的下一代國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施，下一代互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)從當(dāng)今的商用試點(diǎn)階段發(fā)展成為全面商業(yè)用途部署階段。

根據(jù)華北油田戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，堅(jiān)持按照“六統(tǒng)一”原則謀劃信息系統(tǒng)建設(shè)，積極探索物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建智慧油田建設(shè)。通過(guò)全面感知和深入的智能化，改變現(xiàn)行生產(chǎn)管理方式，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)、高效的決策支持手段。將“二連高寒油氣田生產(chǎn)管理示范項(xiàng)目”和“山西煤層氣物聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目”建成智慧油田的示范工程。在二連智慧油田項(xiàng)目中，利用智能巡檢、自動(dòng)感知、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，探索建立無(wú)人值守、全天監(jiān)控、組織運(yùn)維、重點(diǎn)巡視、安全平穩(wěn)、層級(jí)簡(jiǎn)化的高寒油田管理新模式。在山西煤層氣物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，利用泛在感知、整體協(xié)調(diào)排采、全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、云端再現(xiàn)、智能支持等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)全生命周期管理，提高煤層氣的開(kāi)采效率和效益，創(chuàng)建煤、氣的梯級(jí)開(kāi)發(fā)、煤礦安全生產(chǎn)、大氣環(huán)境友好的新型發(fā)展模式。通過(guò)建設(shè)云中心、下一代互聯(lián)網(wǎng)、泛在感知系統(tǒng)、智能電網(wǎng)四個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，搭建智慧地質(zhì)、智慧工程、智慧管理、智慧礦區(qū)四個(gè)應(yīng)用平臺(tái)，按照規(guī)劃、整合、建設(shè)、完善、升華五個(gè)實(shí)施階段，最終實(shí)現(xiàn)智慧油田建設(shè)的宏偉目標(biāo)。

二、智慧油田建設(shè)應(yīng)用基礎(chǔ)需求

智慧油田是數(shù)字油田的升級(jí)版本，數(shù)字化油田用以實(shí)現(xiàn)油田的數(shù)據(jù)化、讓信息系統(tǒng)代替手工勞動(dòng)操作，業(yè)務(wù)模型、知識(shí)庫(kù)、專家系統(tǒng)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)作為其利用的有效資源與源泉，通過(guò)深入分析挖掘，對(duì)油田的生產(chǎn)和決策做出智能輔助分析，達(dá)到利用數(shù)字化、智能化手段，對(duì)油田進(jìn)行深入研究和管理，而各種應(yīng)用則是建立在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，具有感知、可視化和智慧的功能，這就需要其具有包括傳感器、人工采集與數(shù)據(jù)集成在內(nèi)的全方位感知能力。豐富的泛在感知系統(tǒng)、龐大的節(jié)點(diǎn)規(guī)模、以及智慧油田豐富的應(yīng)用，在基礎(chǔ)應(yīng)用需求上也帶來(lái)了技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

一是網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的挑戰(zhàn)

智慧油田建設(shè)中，下一代互聯(lián)網(wǎng)及泛在感知系統(tǒng)由數(shù)量繁多的子節(jié)點(diǎn)組成，在連接的組織方式上，節(jié)點(diǎn)的通信就會(huì)涉及到地址的尋址問(wèn)題，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，IPv4的地址的匱乏問(wèn)題已經(jīng)成為業(yè)界在信息時(shí)代的發(fā)展中不得不面對(duì)的問(wèn)題.當(dāng)前，IPv4地址空間已經(jīng)不能夠滿足泛在感知系統(tǒng)對(duì)地址數(shù)量上的巨大需求。另一方面，由此產(chǎn)生的系統(tǒng)對(duì)海量地址的強(qiáng)大需求，將地址分配的方式擺上了桌面，提出了新的需求，傳統(tǒng)的利用手工分配地址的方式已經(jīng)不能滿足信息化發(fā)展所帶來(lái)的新應(yīng)用。

二是網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的挑戰(zhàn)

隨著移動(dòng)終端的發(fā)展壯大，移動(dòng)性對(duì)互聯(lián)網(wǎng)提出了革命性的挑戰(zhàn)，互聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)性不足成為了下一代互聯(lián)網(wǎng)及泛在感知系統(tǒng)的瓶頸，IPv4協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)，由于基于當(dāng)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，并未考慮到未來(lái)的移動(dòng)性問(wèn)題，當(dāng)然也沒(méi)有注意到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的路由問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性設(shè)計(jì)是需要特殊機(jī)制的，雖然前期在IPv4協(xié)議中提到了利用相關(guān)機(jī)制解決移動(dòng)性問(wèn)題，但同時(shí)產(chǎn)生了三角路由的問(wèn)題，這種方法對(duì)于數(shù)量不多的節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)資源損耗較少，但是這種機(jī)制并不適合數(shù)量巨大的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，利用這種機(jī)制，將會(huì)導(dǎo)致資源被迅速耗盡，整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

三是網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的挑戰(zhàn)

網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保證是下一代互聯(lián)網(wǎng)及泛在感知系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。目前IPv4網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的劃分基本是從流的類型出發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)端到端服務(wù)質(zhì)量保證，而下一代互聯(lián)網(wǎng)及泛在感知系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量保障必須與具體的應(yīng)用相結(jié)合。

四是泛在網(wǎng)絡(luò)安全性的挑戰(zhàn)

由于節(jié)點(diǎn)成本的制約，相當(dāng)多的節(jié)點(diǎn)是基于簡(jiǎn)單硬件的設(shè)備，其可靠性差，并不具備處理復(fù)雜加密算法的能力，安全性能主要依靠多節(jié)點(diǎn)冗余技術(shù)進(jìn)行保證。因此，傳統(tǒng)的應(yīng)用層加密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)并不能滿足網(wǎng)絡(luò)安全性的需求。

由此看來(lái)，IP位址的需求量愈來(lái)愈大，更大的地址空間、更小的路由表、增強(qiáng)的組播支持以及對(duì)流的支持、自動(dòng)配置的支持、更高的安全性使得現(xiàn)有的IPv4協(xié)議技術(shù)必須尋求一種新的協(xié)議技術(shù)用于滿足這些需求，而IPv6協(xié)議技術(shù)的出現(xiàn)，恰恰迎合了這種新的需求。

三、IPv6協(xié)議應(yīng)用在智慧油田中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

一是地址空間優(yōu)勢(shì)。IPv6擁有不可想象的地址空間優(yōu)勢(shì)， 128位的IPv6地址包括地址前綴和接口地址兩部分，其標(biāo)識(shí)空間約有185億億個(gè)地址空間，其空間完全滿足海量節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)的需要，從根本上解決地址不足的問(wèn)題。在油田的泛在感知系統(tǒng)中可以利用IPv6地址中的接口地址來(lái)標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)，并對(duì)以往的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，以適應(yīng)油田泛在感知系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用的需求。

二是管理的優(yōu)勢(shì)。無(wú)狀態(tài)地址分配技術(shù)將會(huì)帶來(lái)高效率的解決海量地址分配，采用該項(xiàng)技術(shù)后，不需要利用原有技術(shù)來(lái)保存節(jié)點(diǎn)地址狀態(tài)，簡(jiǎn)化了地址分配過(guò)程，資源利用率極高。

三是移動(dòng)性優(yōu)勢(shì)。IPv6協(xié)議設(shè)計(jì)之始就充分考慮了移動(dòng)性的問(wèn)題，這對(duì)智慧油田海量信息點(diǎn)的采取提供了基本的保障。

四是傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。IPv6協(xié)議由于定義了流量類別字段和流標(biāo)簽字段，正好解決了在智慧油田應(yīng)用中普遍存在節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，通信流量突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，做到對(duì)服務(wù)質(zhì)量的精細(xì)化控制。

五是安全性優(yōu)勢(shì)。IPv6協(xié)議技術(shù)具有的安全性與可靠性的核心體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是泛在感知系統(tǒng)的安全保障方面，能對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提升網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力；二是在泛在感知系統(tǒng)中可靠性通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的互相冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，IPv6作為構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)擁有技術(shù)上的諸多優(yōu)勢(shì)，巨大的IP地址數(shù)量為移動(dòng)IP設(shè)備提供了地址保障，IPv6的移動(dòng)性在新功能和新應(yīng)用方面可提供更大的靈活性與可靠性，伴隨著這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立在智慧油田范圍內(nèi)的更為豐富的應(yīng)用將會(huì)大量出現(xiàn)，其應(yīng)用前景更加廣闊。

四、IPV6與IPV4協(xié)議共存方案路線

智慧油田的建設(shè)是個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，其設(shè)計(jì)實(shí)施涉及眾多方面，作為智慧油田的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，IPv4技術(shù)已經(jīng)不能滿足智慧油田泛在感知系統(tǒng)的實(shí)際需求。鑒于多年來(lái)信息化系統(tǒng)的建設(shè)，如果進(jìn)行全方位、大面積的IPv6改造，其改造成本也將非常高昂，對(duì)于長(zhǎng)期形成的以IPv4技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架也將產(chǎn)生諸多問(wèn)題，比如應(yīng)用層的技術(shù)多以IPv4技術(shù)為基礎(chǔ)，而IPv6技術(shù)當(dāng)前并沒(méi)有全面鋪開(kāi)并形成產(chǎn)業(yè)鏈，所以地區(qū)公司如果全面鋪開(kāi)IPv6技術(shù)必將產(chǎn)生大量銜接問(wèn)題，無(wú)異于IPv6孤島，而僅僅解決了相對(duì)狹小的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題，大量的應(yīng)用層面問(wèn)題將會(huì)出現(xiàn)。因此，基于對(duì)IPv4與IPv6技術(shù)的研究，現(xiàn)實(shí)可行的解決方案是IPv4協(xié)議技術(shù)與IPv6協(xié)議技術(shù)共存互融，兩者將會(huì)長(zhǎng)期存在，對(duì)于示范區(qū)的建設(shè)，有針對(duì)性的采取IPv6協(xié)議技術(shù)，分階段、分層級(jí)、分應(yīng)用的進(jìn)行項(xiàng)目改造。

目前，IPv6/IPv4雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)和IPv4/IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)。是IPv4協(xié)議技術(shù)過(guò)渡到IPv6協(xié)議技術(shù)的主要技術(shù)。對(duì)各種技術(shù)的綜合分析，各種技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，還沒(méi)有一種方案能夠適用于所有的情況，IPv6協(xié)議將長(zhǎng)期與IPv4協(xié)議共存已是不爭(zhēng)的事實(shí)，采用雙棧技術(shù)為主，各種演進(jìn)技術(shù)的綜合使用，是針智慧油田建設(shè)實(shí)踐中最好的過(guò)渡方式。

五、IPV6在智慧油田建設(shè)中應(yīng)用實(shí)效分析

與IPv4相比，IPv6的資源充裕，接入網(wǎng)絡(luò)的終端種類和數(shù)量更多，在萬(wàn)物互聯(lián)的IPv6 時(shí)代，各行各業(yè)都會(huì)牽涉其中，油氣田企業(yè)也不例外，大量前端感知系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)與信息化有效融合提供契機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)自動(dòng)化、研究集成化、管理科學(xué)化、礦區(qū)智能化的工作目標(biāo)。IPv6技術(shù)應(yīng)用于油田生產(chǎn)過(guò)程中，利用自動(dòng)化控制技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化管理；IPv6技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)研究應(yīng)用與集成平臺(tái)上，根據(jù)研究需求，通過(guò)前端IPv6設(shè)備對(duì)油氣田勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及研究成果進(jìn)行集成整合與推送，通過(guò)智能化的分析手段深入挖掘利用數(shù)據(jù)中有效信息建立二維或三維模型，并利用可視化的方法進(jìn)行模擬展示，從而達(dá)到減少了數(shù)據(jù)處理時(shí)間，提高數(shù)據(jù)處理效率，提升數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，提升智能分析水平與輔助決策準(zhǔn)確性的目的。IPv6技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)管理中，充分利用現(xiàn)代信息的工具和手段，建立新型的管理組織、制度和管理方式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與外部、企業(yè)內(nèi)部之間暢通的交互機(jī)制，實(shí)時(shí)獲取需要的信息，并對(duì)信息進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，從而智能的做出科學(xué)決策，達(dá)到信息實(shí)時(shí)掌控、資源最優(yōu)配置、管理精益運(yùn)作、效率快速提升；IPv6技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)建設(shè)中，以IPv6技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在社區(qū)安防、健康管理、智能交通及醫(yī)療衛(wèi)生等民生領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用，達(dá)到改善民生、方便群眾、提高生活質(zhì)量和幸福感的目的。與此同時(shí)，規(guī)?；瘧?yīng)用將使互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)重大突破。

六、結(jié)論與建議

IPv6技術(shù)作為智慧油田的基本保障措施，智慧油田的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，IPv6技術(shù)在智慧油田建設(shè)中的應(yīng)用將是不可或缺的，與IPv4相比，基于IPv6的互聯(lián)網(wǎng)不僅速度更快、更安全，而且IP地址容量更大。目前IPv6網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方興未艾，IPv6網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡部署是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，不是一蹴而就的，過(guò)渡需要時(shí)間和成本，但I(xiàn)Pv6是建設(shè)智慧油田的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等應(yīng)用的基礎(chǔ)，是迎接“大數(shù)據(jù)時(shí)代”到來(lái)的技術(shù)基礎(chǔ)，符合油田公司的建設(shè)需求、符合集團(tuán)公司的整體部署、符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，尤其該技術(shù)在生產(chǎn)工作環(huán)境惡劣的高寒油田中應(yīng)用，將為探索建立智能巡檢、自動(dòng)感知、無(wú)人值守、全天監(jiān)控、安全平穩(wěn)、層級(jí)簡(jiǎn)化的高寒油田管理新模式而提供夯實(shí)的基礎(chǔ)。