蘇昊

(中國石化國際勘探開發(fā)公司，北京 100029)

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新型MSTP技術在長輸管道設計中的應用

蘇昊

(中國石化國際勘探開發(fā)公司，北京 100029)

近年來數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展促使SDH 技術由最初的NxE1透明傳輸逐漸向?qū)拵Ф鄻I(yè)務傳輸演進。以西南成品油管道工程通信光傳輸系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)為載體，探討基于多協(xié)議標簽交換(MPLS)技術的第三代多業(yè)務傳輸平臺(MSTP)技術在長輸管道項目中的應用，并對實際效果進行橫向?qū)Ρ?，說明其穩(wěn)定性、可靠性和良好的發(fā)展前景。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)多協(xié)議標簽交換多業(yè)務傳輸平臺長輸管道通信組網(wǎng)設計

經(jīng)過二十余年的快速發(fā)展，國內(nèi)油氣長輸管道建設取得質(zhì)、量雙飛躍，相關通信配套技術也有長足進步。隨著新業(yè)務需求的增大，特別是各種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務迅猛發(fā)展，ALL-IP時代傳統(tǒng)的光傳輸系統(tǒng)OTN(optical transport network)向多業(yè)務傳輸平臺MSTP(multi-service transfer platform)演進已是主流。

1　多業(yè)務傳輸平臺技術概述

1.1MSTP是同步數(shù)字傳輸網(wǎng)未來之路

面向時分業(yè)務的同步數(shù)字傳輸網(wǎng)SDH(synchronous digital hierarchy)，憑借其成熟的技術、可靠的性能、強大的管理功能和高安全性，在OTN中得到廣泛應用。特別是提供以E1為主的各種TDM(time division multiplexing)業(yè)務接口，特別適合站點分散、在早期業(yè)務量不大的長輸管道通信中的大量應用。

然而，早期的SDH自PDH(plesiochronous digital hierarchy)升級而來，存在多層網(wǎng)絡結構復雜、功能業(yè)務單一等缺點。對于接入數(shù)據(jù)的多樣性，可通過映射、級聯(lián)等手段，SDH可以傳輸幾乎所有的數(shù)據(jù)格式，對FE數(shù)據(jù)可以固定封裝和透明傳輸以及匯聚。但系統(tǒng)帶寬是由網(wǎng)管系統(tǒng)集中分配，通過E1或E1復用映射來實現(xiàn)，此特點與新業(yè)務帶寬動態(tài)平衡的需求相悖。驗身到設備接口層，因不支持FE接口，不得已使用大量協(xié)議轉換裝置，降低了物理可靠性，另外FE數(shù)據(jù)點到點傳輸，占用大量E1通道，損失了傳輸效率，不能滿足長輸管道數(shù)字化日益復雜的通信要求。

為降低長輸管道工程傳輸網(wǎng)絡建設和運營成本，需要一個多業(yè)務傳送平臺來實現(xiàn)多業(yè)務的綜合傳輸。主流設備提供商研發(fā)出MSTP，這不能算完全的創(chuàng)新，而是通過一定手段將MPLS (multi-protocol label switching)，以太網(wǎng)，ATM (asynchronous transfer mode)，RPR(resilient packet ring)，光纖通道等原有成熟技術集成到SDH上，所以更像一種高質(zhì)量接口轉換器。

在長輸管道組網(wǎng)中，運用MSTP技術可被視為TDM+FE L2，通過鏈路層交換完成數(shù)據(jù)透明傳輸和智能管控，優(yōu)化數(shù)據(jù)在通道中的傳輸質(zhì)量。隨著時間的推移和經(jīng)驗的積累，MSTP技術也在應用中不斷升級，例如，在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)處理上，支持以太網(wǎng)透傳的第一代MSTP、支持二層交換的第二代和當前支持MPLS的第三代MSTP。

1.2基于MPLS的第三代MSTP更適合長輸管道通信系統(tǒng)組網(wǎng)

第三代MSTP的主要特點是引入了中間適配層，采用高速封裝協(xié)議，支持VC(virtual container)級聯(lián)和鏈路容量自動調(diào)整，因而可支持多點到多點的連接，具有可擴展性，支持用戶隔離和帶寬共享，這正是長輸管道通信組網(wǎng)的優(yōu)點。高速GFP(generic framing procedure)封裝格式和VC虛級聯(lián)的第三代MSTP傳輸方式如圖1所示。

圖1　高速GFP封裝格式和VC虛級聯(lián)的第三代MSTP傳輸方式

比較MPLS與RPR技術則是各有千秋：

1) MPLS可以從整個WAN網(wǎng)絡結構上進行資源的優(yōu)化，達到最佳統(tǒng)計復用，而RPR技術只從局部(在一個保護環(huán)內(nèi))對網(wǎng)絡資源進行優(yōu)化。

2) 從通信組網(wǎng)設備構成上看，MPLS技術可涵蓋WAN中L3路由設備的功能，但RPR設備連接不同環(huán)路時，卻必須安裝L3路由設備。

3) 從數(shù)據(jù)保護看，MPLS技術已具備網(wǎng)絡恢復功能，但RPR的網(wǎng)絡恢復速度更快更強。

4) MPLS可靈活支撐多種復雜拓撲，RPR則依然以環(huán)形拓撲為主。長輸管線多為鏈型或樹型拓撲，RPR的許多優(yōu)勢，如快速自愈保護、空間復用等都不能發(fā)揮。綜合評價，基于MPLS的MSTP更適合長輸管線的通信傳輸。

2　基于MSTP平臺的光傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

以某成品油管道為例，全長約1600km，配套的通信系統(tǒng)工程對保障管道的正常和安全運行尤為重要。作為其中核心的光傳輸部分采用了基于MPLS的第三代MSTP組網(wǎng)，已開通并試運行成功。

2.1通信傳輸業(yè)務需求

西南成品油管道工程通信傳輸主要包括： 語音(TDM)業(yè)務，數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)數(shù)據(jù)業(yè)務，OA數(shù)據(jù)業(yè)務，電視會議、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)業(yè)務，其專網(wǎng)業(yè)務的特殊性決定了傳輸系統(tǒng)具有以下特點：

1) 對可靠性要求高，特別是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)節(jié)點多，平均流量低；雙控制中心，中心之間有較大流量。

2) 物理拓撲為鏈形，可能分枝，難以形成環(huán)網(wǎng)保護；距離長，節(jié)點多，系統(tǒng)時鐘可能劣化，影響系統(tǒng)可靠性。

3) 需要主用和備用傳輸系統(tǒng)。

2.2網(wǎng)絡結構

西南成品油管道通信系統(tǒng)工程沿管線敷設1條16芯通信光纜，同時建設了沿此線路的1套MSTP 2.5G/10G(bit·s-1)光傳輸系統(tǒng)。沿線共有23個光通信站(包括茂名調(diào)控中心以及長坡備用調(diào)控中心)、8個以太網(wǎng)收發(fā)站(建于各泵站之間的截斷閥室內(nèi))。

考慮到截斷閥室只有數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，設計將光纜通信線路(同纜)分為兩部分，干線占用2對光纖(1+1 MSP)，至截斷閥室占用2對光纖(一主一備)，共占用8芯。截斷閥室的數(shù)據(jù)信號就近接入干線節(jié)點，并通過干線網(wǎng)絡傳輸?shù)矫{(diào)控中心。

2.3設備配置

各節(jié)點(包括支線和管理處)選用PCM設備接入語音，在調(diào)控中心使用PCM設備將語音接出；使用MSTP的以太網(wǎng)接口通過單獨的路由器設備接入SCADA數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡交換機接入OA、會議電視系統(tǒng)以及圖像監(jiān)控系統(tǒng)。在調(diào)控中心以太網(wǎng)板接口輸出以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過路由器和交換機接入相應系統(tǒng)。SCADA數(shù)據(jù)使用主、備兩個獨立的路由器接入，主、備兩個獨立的路由器將SCADA數(shù)據(jù)同時發(fā)往主、備調(diào)控中心，在主、備調(diào)控中心使用GE板接出。

主管線沿路各站設備，選用STM-16等級的MSTP設備，安裝于控制室或無人自動閥室內(nèi)，初期設計傳輸速率為2.5Gbit/s，17個節(jié)點站設備以及支線節(jié)點設備均能實現(xiàn)2.5G/10G(bit·s-1)平滑升級(即僅增加群路盤就能升級為10G)。

2.4同步方式

同步方式為主從同步，由某特大城市的中國電信機房引入標準2048Kbit/s時鐘，沿線各站從群路信令中直接獲取，作為主時鐘。

MSTP設備配有2個外同步輸入接口和1個外同步輸出接口，可根據(jù)需要，接入備用時鐘，日常運行中自動選取同步質(zhì)量最高的信號，并避免形成定時環(huán)。

2.5保護方案

在西南成品油管道工程中，MSTP保護倒換的核心承載是TCP/IP數(shù)據(jù)，對其透傳保護直接利用SDH提供的保護(復用段保護和子網(wǎng)連接保護)。對以太網(wǎng)交換保護采用分層保護方式。物理層采用SDH提供的保護(包括復用段保護、子網(wǎng)連接保護)，或者采用協(xié)議保護。當?shù)箵Q與物理層同時使用時，采用相應策略以保證兩種倒換不會重疊發(fā)生，如可以采用拖延倒換時間來支持倒換。對以太環(huán)網(wǎng)保護采用分層保護方式。物理層采用SDH保護(如復用段保護)來提供以太網(wǎng)業(yè)務的保護；MAC層采用協(xié)議或其他保護算法提供以太網(wǎng)業(yè)務保護。

2.6網(wǎng)管方案

由于該工程距離超2000km，MSTP平臺設網(wǎng)管中心兩處(主備)，只能用軟件實現(xiàn)對整個系統(tǒng)拓撲、配置、故障、安全等完善的監(jiān)控和管理，并支持遠程在線升級。

3　技術應用的優(yōu)勢和特點

事實證明，采用MSTP設備組網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)勢明顯：

1) 系統(tǒng)擴容升級方便，經(jīng)濟、高效。不僅干線設備可以平滑升級到10Gbit/s，該工程的支線622M MSTP設備也可實現(xiàn)平滑升級到2.5Gbit/s。今后如有業(yè)務量的增加，只增加相應功能板即可，不但簡捷更保護了前期投資。

2) 實現(xiàn)了電路到多業(yè)務的一體化傳輸。工程中MSTP設備提供豐富的10M/100M自適應FE接口和少量GE接口，解決了傳輸數(shù)據(jù)多樣化的實際需求。

3) 系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性升級?；阪湢钔負涞腗SP 1+1保護，提升整體的安全穩(wěn)定性。

4) 帶寬利用率高。長輸管道數(shù)據(jù)點比較分散且點數(shù)較少，語音、SCADA等數(shù)據(jù)的傳送能充分利用系統(tǒng)資源，提高了帶寬利用率，減少了光纖需要量。

5) 網(wǎng)管更便捷。統(tǒng)一的智能型網(wǎng)管，可操作性更強，不但節(jié)約成本減少誤操作，還能降低維護成本。

4　結束語

基于MPLS的第三代多業(yè)務大容量MSTP以其突出的優(yōu)勢已成為油氣長輸管道數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)建設的主流技術，經(jīng)西南成品油、川氣東送、魯皖等具體項目的成功運用，證實了其可靠性和突出的性價比，并有利于在后續(xù)運行中發(fā)現(xiàn)問題，為今后類似項目設計水平的進步提供了寶貴經(jīng)驗。

[1]黃峰，張海濤，蔣章震，等.YD/T 1474—2006 基于SDH的多業(yè)務傳送節(jié)點(MSTP)技術要求[S].北京： 中國郵電出版社，2006.

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[4]雷學智.使用MSTP實現(xiàn)冗余備份負載均衡的組網(wǎng)方案[J].電子世界，2014(09)： 28-30.

Application of Novel MSTP Technology in Long Distance Transportation Pipeline Design

Su Hao

(Sinopec International Exploration and Production Corporation， Beijing， 100029， China)

Abstracts： The development of data business has impelled SDH technology to advance into broadband multi-service transportation from initial NxE1. With design and realization of southwest final oil pipeline engineer communication optical transmission system as support， application of third generation Multi-service transmission platform technology based on multi-protocol label switching in long distance transportation pipeline project has been expounded in detail. The practical results have been compared transversely. It indicates the system is stable and reliable with good development prospects.

supervisory control and data acquisition ；multi-protocol label switching；multi-business transmission platform；long distance transportation pipeline；communication networking design

蘇昊(1978—)，男，山東東營人，現(xiàn)就職于中國石化國際勘探開發(fā)公司，任地面工程專家助手，主任工程師。

TP273

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1007-7324(2016)04-0007-03

稿件收到日期： 2016-03-30。