中國石油西南油氣田分公司通信與信息技術(shù)中心川中總站 陳 建 鄒濱陽

隨著兩化融合的不斷深入推進(jìn)，石油天然氣工業(yè)建成數(shù)字化、智能化油氣田迫在眉睫，基于“油公司”扁平化管理模式，作業(yè)區(qū)實(shí)行“中心站+無人值守場(chǎng)站”的管理方式，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)路由域不滿足提質(zhì)增效，路由冗余，帶寬及光纜資源充分利用等需求，尋求高效合理的“中心站+無人值守場(chǎng)站”組網(wǎng)新模式成為了智能化油氣田建設(shè)的最優(yōu)選擇，SEP作為智能以太保護(hù)協(xié)議，靈活的部署方式，多元化的負(fù)載分擔(dān)，強(qiáng)大的自愈能力，很好的適配了目前西南地區(qū)實(shí)行“中心站+無人值守場(chǎng)站”的管理方式，解決目前油氣生產(chǎn)組網(wǎng)中的基礎(chǔ)架構(gòu)組網(wǎng)問題。

隨著智能化油氣田的建設(shè)不斷深入，總部至礦區(qū)，礦區(qū)至作業(yè)區(qū)，作業(yè)區(qū)至中心站的智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已通過SDH或PTN的模式實(shí)現(xiàn)，而單井場(chǎng)站至中心站的組網(wǎng)還無法與智能化油氣田要求所匹配，單井場(chǎng)站已全面實(shí)施無人化，對(duì)通信的要求更高，加之提質(zhì)增效，天然氣生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，生產(chǎn)視頻網(wǎng)絡(luò)化等，而組網(wǎng)能力強(qiáng)大的PTN必定帶來成本的上升，在原有二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不變的情況，從組網(wǎng)協(xié)議上考慮優(yōu)化才是最優(yōu)的選擇。

石油天然氣專網(wǎng)全業(yè)務(wù)IP化已對(duì)承載網(wǎng)提出更高的要求，油氣田單井場(chǎng)站至中心站基礎(chǔ)架構(gòu)組網(wǎng)需要網(wǎng)絡(luò)滿足如下需求：

業(yè)務(wù)帶寬化——大流量業(yè)務(wù)的調(diào)度和傳遞；

鏈路冗余化——必須具備冗余鏈路，且可保障通信；

負(fù)載均衡化——在成本控制下，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，充分利用資源。

在這樣的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展訴求下，SEP作為靈活的以太保護(hù)協(xié)議，引入油氣田基礎(chǔ)架構(gòu)組網(wǎng)，充分利用其組網(wǎng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與其他以太冗余協(xié)議混合組網(wǎng)，最快小于50ms的環(huán)網(wǎng)倒換能力，助力網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，使得油氣田基礎(chǔ)架構(gòu)組網(wǎng)更高效，更可靠，更簡單。

1 SEP組網(wǎng)特點(diǎn)介紹

1.1 SEP介紹

SEP（Smart Ethernet Protection）智能以太保護(hù)是一種專用于以太網(wǎng)鏈層的環(huán)網(wǎng)協(xié)議。通過有選擇性的阻塞網(wǎng)絡(luò)環(huán)路冗余鏈路，來達(dá)到消除二層環(huán)路的目的，SEP具有以下優(yōu)勢(shì)：

● 靈活選擇阻塞端口，更好支持負(fù)載分擔(dān)；

● 提供和其他以太冗余協(xié)議混合組網(wǎng)能力；

● 支持拓?fù)洳榭矗@示SEP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

● 簡化組網(wǎng)配置，更高效的支持多環(huán)組網(wǎng)。

1.2 SEP組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)制

1.2.1 環(huán)網(wǎng)匹配

石油天然氣行業(yè)目前對(duì)通信的依賴程度高，因此油氣田內(nèi)部自建光纜路由發(fā)達(dá)，對(duì)于 某個(gè)中心站所管轄的生產(chǎn)片區(qū)某些重要生產(chǎn)場(chǎng)站要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部鏈路冗余，如增加站、集氣站、清管站等，以環(huán)的方式組網(wǎng)最能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部鏈路冗余，故利用環(huán)網(wǎng)將中心站所管轄范圍內(nèi)比較重要的場(chǎng)站串聯(lián)起來，確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性是最優(yōu)的解決方案，而SEP作為鏈路層的環(huán)網(wǎng)協(xié)議，滿足環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)需要。

1.2.2 負(fù)載分擔(dān)匹配

西南地區(qū)公網(wǎng)資源發(fā)達(dá)，中心站往往租用公網(wǎng)資源作為備用保障，目前的組網(wǎng)是利用動(dòng)態(tài)路由開銷實(shí)現(xiàn)主備切換，這樣既未充分利用帶寬資源，也無法監(jiān)測(cè)備用網(wǎng)絡(luò)的可靠性，不利于智能化油氣田的建設(shè)，SEP作為以太保護(hù)協(xié)議，可通過靈活的端口阻塞來實(shí)現(xiàn)不同的鏈路跑不同的業(yè)務(wù)，當(dāng)鏈路中斷后放開阻塞的端口，自愈網(wǎng)絡(luò)，通過拓?fù)滹@示監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中鏈路通斷情況。

2 SEP技術(shù)在智能化油氣田的組網(wǎng)應(yīng)用

根據(jù)智能化油氣田建設(shè)的需要，實(shí)現(xiàn)中心站至單井場(chǎng)站的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，以某一作業(yè)區(qū)的中心站作為試點(diǎn)，在原有的硬件、光纜、租用鏈路不改變的情況下，對(duì)組網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行升級(jí)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，減少重復(fù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，體質(zhì)增效。

2.1 組網(wǎng)方式

2.1.1 原有組網(wǎng)介紹

生產(chǎn)網(wǎng)利用現(xiàn)有光纜在A站，B站，中心站以及A廠組建了環(huán)網(wǎng)，以A站交換機(jī)作為上聯(lián)交換機(jī)，以光纖收發(fā)器與A廠連接入網(wǎng)；整個(gè)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)里交換機(jī)與交換機(jī)之間通過對(duì)聯(lián)地址，以O(shè)SPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議組成成環(huán)網(wǎng)，整個(gè)片區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 整個(gè)片區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)架構(gòu)圖

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖3 整個(gè)鏈路結(jié)構(gòu)圖

圖4 中心站接入場(chǎng)站示意圖

2.1.2 SEP組網(wǎng)方式

因氣田組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，除網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化外，新增一批無人值守場(chǎng)站加入到中心站管轄，且中心站租用公網(wǎng)鏈路至作業(yè)區(qū)形成備用通道，為保證重要場(chǎng)站的通信穩(wěn)定性，還是采用環(huán)網(wǎng)的方式組網(wǎng)，將中心站，A站，B站，A廠組成接入環(huán)，中心站，A廠，作業(yè)區(qū)組成匯聚環(huán)。

將業(yè)務(wù)化為兩個(gè)段，工業(yè)視頻一個(gè)VLAN段，生產(chǎn)數(shù)據(jù)一個(gè)VLAN段，目前該片區(qū)視頻主機(jī)35臺(tái)，RTU、PLC、HART、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)一共155個(gè)，對(duì)于兩個(gè)VLAN段，分別分配一個(gè)24位掩碼的C類地址，滿足冗余備用，將業(yè)務(wù)在邏輯上劃分為兩個(gè)段的業(yè)務(wù)，方便于在同一個(gè)物理鏈路上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)邏輯環(huán)路，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在作業(yè)區(qū)匯聚，中心站，A廠3臺(tái)交換機(jī)組成的匯聚環(huán)上運(yùn)行華為SEP段，阻塞端口是有管理優(yōu)先級(jí)及用戶配置優(yōu)先級(jí)共同決定的，為實(shí)現(xiàn)流量負(fù)載分擔(dān)，則端口阻塞的依據(jù)是設(shè)備名+接口名；為充分利用鏈路資源，可在單一物理鏈路上實(shí)現(xiàn)雙SEP環(huán)，即公網(wǎng)6M鏈路通流量較小的生產(chǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)VLAN，SDH主用通流量較大的工業(yè)視頻VLAN段，對(duì)于生產(chǎn)數(shù)據(jù)環(huán)的Block port選舉在A廠對(duì)作業(yè)區(qū)匯聚端口上，而工業(yè)視頻環(huán)的Block port選舉為中心站對(duì)作業(yè)區(qū)匯聚端口，在SEP環(huán)路拓?fù)湮窗l(fā)生變化時(shí)，帶寬大的鏈路傳輸流量大的業(yè)務(wù)，帶寬小的傳輸流量小的業(yè)務(wù)，充分利用帶寬資源，一旦SEP環(huán)網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化，如公網(wǎng)鏈路發(fā)生故障，segment2的Block port變成轉(zhuǎn)發(fā)模式，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)Vlan的通信，相反，如果SDH主用鏈路出現(xiàn)故障，視頻VLAN也可通過公網(wǎng)鏈路連通，以確保通信穩(wěn)定，整個(gè)鏈路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

對(duì)于接入層網(wǎng)絡(luò)，依然采用SEP環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，考慮到中心站接入場(chǎng)站較多，交換機(jī)處理數(shù)據(jù)量較大，則將該SEPsegment的阻塞端口選舉在A站對(duì)中心站的交換機(jī)端口上，不再額外增加中心站交換機(jī)數(shù)據(jù)處理量，如圖4所示，使得業(yè)務(wù)VLAN通過B站到達(dá)A廠進(jìn)入?yún)R聚SEP環(huán)。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由匯聚環(huán)和接入環(huán)組成，匯聚環(huán)由雙層邏輯環(huán)劃分業(yè)務(wù)利用鏈路資源，而接入環(huán)充分考慮交換機(jī)負(fù)載能力，以最短距離實(shí)現(xiàn)大帶寬，使得整個(gè)組網(wǎng)架構(gòu)更高效合理。

SEP智能以太協(xié)議技術(shù)在智能化油氣田建設(shè)中的首次應(yīng)用，將中心站的備用鏈路，光纜資源更高效合理的使用，達(dá)到了提質(zhì)增效的效果，提高了單井場(chǎng)站至中心站網(wǎng)絡(luò)可靠性和穩(wěn)定性，SEP的部署，滿足了當(dāng)下智能化油氣田的建設(shè)需要，靈活的解決了油氣田單井場(chǎng)站至中心站基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，為建設(shè)智能化氣田建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的組網(wǎng)基礎(chǔ)。