用OTN傳輸網(wǎng)打造現(xiàn)代化的

1、用OTN傳輸網(wǎng)打造現(xiàn)代化的氣田通訊張義堂（中國石油西南油氣田公司龍崗項目部）關鍵詞：OTN 多業(yè)務傳輸網(wǎng)絡 性能 特點 氣田應用摘 要：本文探討了高含硫氣田勘探開發(fā)與生產(chǎn)過程中，利用現(xiàn)代通訊技術：OTN多業(yè)務傳輸網(wǎng)絡打造現(xiàn)代化的油氣田通訊的事例。較詳細的介紹了OTN傳輸網(wǎng)絡的功能，技術特點和利用OTN多業(yè)務傳輸網(wǎng)絡組網(wǎng)的優(yōu)點。傳統(tǒng)的氣田通訊是以語音通信為主，利用超短波電臺或數(shù)字集群電臺或有線（鐵線或電纜）通訊傳輸話音信號，以此來調(diào)度和管理氣田生產(chǎn)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，現(xiàn)代化的氣田，特別是高含硫氣田的管理除了要能夠滿足生產(chǎn)需求，提供石油專網(wǎng)通信以外，更主要的是大規(guī)模的采用了光纖通訊和網(wǎng)絡自動控制系統(tǒng)

2、，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。利用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對氣田所屬站場的工藝參數(shù)和設備運行狀況進行實時監(jiān)視和控制，利用遠程終端裝置RTU（Remote Terminal Unit）/PLC(Programmable Logic Controller)可編程邏輯控制器及SCS（Station Control System）站控系統(tǒng)構成的互聯(lián)廣域網(wǎng)實現(xiàn)對凈化氣集輸管道、氣田內(nèi)部集輸管道、凈化廠廠外供水管道的輸送介質(zhì)進行壓力、流量和溫度等的控制、調(diào)節(jié)和切斷，以實現(xiàn)對生產(chǎn)全過程的有效控制和管理。互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)了辦公自動化。

3、100M乃至1000M的快速辦公數(shù)據(jù)網(wǎng)絡除了為計算機提供專網(wǎng)電路外，還可為工業(yè)電視遠程圖像監(jiān)視、視頻會議、VoIP話音等業(yè)務提供IP電路。氣田通訊中，為實現(xiàn)業(yè)務快速、靈活接入，單井站、集氣站、RTU閥室除一般要采用基于SDH技術的SDH-155M光傳輸設備以外，還可以采用諸如OTN網(wǎng)絡技術的新型光網(wǎng)絡傳輸設備。以實現(xiàn)為用戶提供電話、數(shù)據(jù)通訊、以太網(wǎng)通信、圖像遠程監(jiān)控等各種業(yè)務接口。并通過快速以太網(wǎng)端口為各生產(chǎn)井站、集氣站或RTU閥室提供各種數(shù)據(jù)業(yè)務、圖像、VoIP話音；通過E1接口提供2M業(yè)務等。光纜傳輸線路可以是租用中國電信或中國移動的2M或155M的電路，也可自建光傳輸線路。在氣田內(nèi)部一般

4、為自建，并與輸氣管道同溝鋪設硅芯管氣吹通訊光纜，或與10KV高壓輸電線路同桿架空掛設ADSS（All-Dielectric Self-Supporting Fiber Optic Cable）全介質(zhì)自承式架空光纜。氣田內(nèi)部各場站間SDH設備采用自愈環(huán)網(wǎng)方式級聯(lián)，而后接入到天然氣凈化廠或氣田管理中心MSTP-2.5G的設備上?，F(xiàn)代通訊技術采用兼容SDH的多業(yè)務通信系統(tǒng)-OTN功能的OTN多業(yè)務通信平臺組網(wǎng)，不僅可以將氣田語音、廣播、以太網(wǎng)、電視監(jiān)控（CCTV）等各種不同的業(yè)務整合在一個統(tǒng)一的網(wǎng)內(nèi)，同時可以省去諸如視頻編解碼器、PCM復用器、A/D和D/A的轉(zhuǎn)換器等等復雜的外部設備。還可以獲得很高

5、的性價比和高可靠性。一、 什么是OTN（Open Transport Netowrk）OTN是開放、透明的光纖傳輸網(wǎng)絡，同時還兼容SDH的多業(yè)務通信系統(tǒng)。所謂開放即是：他不但支持各類語音、數(shù)據(jù)、局域網(wǎng)、視頻的工業(yè)標準，還支持專用的通信標準。所謂透明，是指他在物理層傳輸，而且高效透明。二、OTN的具體應用示意圖 OTN多業(yè)務網(wǎng)絡組成圖：（圖1）（圖1）以下是四川某氣田內(nèi)部集輸通訊系統(tǒng)采用OTN多業(yè)務通信平臺組網(wǎng)的網(wǎng)絡結構原理圖。如圖（2）： （圖2）以下（圖3）（圖4）（圖5）分別是OTN的具體應用示意圖，OTN 常用的網(wǎng)絡拓撲結構圖和網(wǎng)絡自愈圖。OTN的具體應用示意圖（圖3）OTN 常用的網(wǎng)絡

6、拓撲結構 （圖4）網(wǎng)絡自愈: 50ms端到端 （圖5）三、OTN的功能和技術特點：1、OTN多業(yè)務通信系統(tǒng)具有豐富的業(yè)務接口和靈活的接入能力 OTN 系統(tǒng)擁有一系列的業(yè)務接口卡，其種類涵蓋了油氣田等專網(wǎng)領域的各種業(yè)務需求和應用。這些接口卡的信道類型有點對點(如模擬語音、數(shù)字語音、圖像、低速數(shù)據(jù)業(yè)務等)，有點對多點(如多落點的圖像業(yè)務或廣播業(yè)務)，也有共享總線式的業(yè)務(如以太網(wǎng)、RS485等)，靈活的信道類型，完全能夠滿足油氣田的語音、互聯(lián)網(wǎng)、SCADA、辦公自動化管理、廣播及工業(yè)電視監(jiān)控等各種業(yè)務需求。 2、強大的視頻切換功能 圖像業(yè)務的處理能力是OTN 最具特色的功能之一。OTN 系統(tǒng)擁有的

7、開放式的OVS圖像管理軟件可與多種外圍的CCTV系統(tǒng)相整合。甚至可以將OTN系統(tǒng)本身看成一個龐大的視頻切換矩陣，在這種工作模式下，只需為系統(tǒng)劃出一定帶寬及一定數(shù)量的輸出畫面，而無論外接的攝像機的數(shù)量有多少，OTN均可通過與外接CCTV設備相配合，進行N/M的切換和控制。(MN)。并且可以以點對點，點對多點，多點對多點的方式，極為方便的在需要下載圖像的站點切換出操作人員需要觀看的圖像畫面。其次OTN還擁有M-JPEG、MPEG2、MPEG4、H.264等多種壓縮方式的圖像編解碼卡，都可供用戶根據(jù)實際情況靈活選用。3、系統(tǒng)擴容方便 OTN傳輸系統(tǒng)所提供的接口卡，都是模塊化的結構。雙環(huán)光纖組成的網(wǎng)絡

8、可隨時增加新的節(jié)點機。因此完全可以根據(jù)油氣田的需要進行擴容或增添新的業(yè)務，并通過網(wǎng)管軟件靈活地進行新增業(yè)務的帶寬分配。OTN在進行網(wǎng)絡擴容和增加新的業(yè)務時，對已有網(wǎng)絡的正常運行不產(chǎn)生任何影響。4、極大的網(wǎng)絡可靠性1）網(wǎng)絡的自愈和抗毀能力 一個OTN網(wǎng)絡在發(fā)生故障時，如光纖中斷，節(jié)點機斷電退出服務，環(huán)路重組或一個節(jié)點機重新進入環(huán)路工作等原因，OTN系統(tǒng)會自動修復并重新配置；網(wǎng)絡在重啟后會自動恢復到原先的工作模式，無需人工干預，節(jié)點機在故障解除后會自動返回到原先的工作模式。這對運行要求具有高可靠性的現(xiàn)代化的油氣田生產(chǎn)管理來說，十分重要。2）副環(huán)故障 系統(tǒng)正常工作在主環(huán)上（圖中黃色環(huán)，順時針），備環(huán)

9、（圖中黑色環(huán)，逆時針）上產(chǎn)生的故障不會影響主環(huán)的正常運行。但在網(wǎng)絡控制中心將會接收到相應的故障告警信息，并將故障信息顯示在網(wǎng)管PC的顯示器上。備用環(huán)故障ABCD不影響主環(huán)正常工作OTNOTNOTNOTNABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡自愈-副環(huán)故障（圖6）3）主環(huán)故障 當主環(huán)出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡會自動切換至副環(huán)（圖中逆時針內(nèi)環(huán)）工作。所有的節(jié)點機都會檢測出主環(huán)同步系統(tǒng)丟失而自動轉(zhuǎn)換至副環(huán)。自動切換至備用環(huán)工作主環(huán)故障ABCDOTNOTNOTNOTNABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡自愈-主環(huán)故障 （圖7）4）光纜斷裂 當環(huán)路中主環(huán)和備環(huán)的光纖同時斷裂時，節(jié)點C和D檢測出故障，在節(jié)點機內(nèi)部

10、形成回路，將從主環(huán)上接受到的信息倒換到備用環(huán)上，形成新的鏈狀網(wǎng)絡。所有業(yè)務仍可以在新的環(huán)路中運行。某段光纖故障ABCDOTNOTNOTNOTN 重構新環(huán)路ABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡自愈-光纜斷裂 （ 圖8 ）5）節(jié)點機斷電如果節(jié)點D出故障，則和節(jié)點D相鄰的兩節(jié)點A和C將自動形成內(nèi)部回路，從主環(huán)上接收的信息倒換到備用環(huán)上。節(jié)點A、B、C之間重新形成一鏈狀網(wǎng)絡，所有業(yè)務信息仍可以在新的環(huán)路中運行。節(jié)點機故障ABCDOTNOTNOTNOTN隔離故障重建路由ABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡自愈-節(jié)點機故障（圖9） 以上故障的修復時間都在50ms以內(nèi)。 上述系統(tǒng)自愈和修復功能可確保油氣

11、田的各種業(yè)務，在各種故障條件下，仍能正常運行，這就為氣田的正常生產(chǎn)和管理提供了可靠的安全保證。 5、可靠的通訊管理 OTN多業(yè)務系統(tǒng)采用光纖作為傳輸媒介。不受電磁干擾。OTN的光接口卡會持續(xù)監(jiān)測收到的光信號，如果功率降到系統(tǒng)設定的限界，會產(chǎn)生相應的告警，提醒用戶去檢測光學元件的老化程度或光纖的質(zhì)量問題；同時光接口卡也對收到的數(shù)據(jù)進行校驗，確認數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，從而保證了傳輸?shù)目煽啃浴?、系統(tǒng)的誤碼性能OTN多業(yè)務光纖傳輸系統(tǒng)采用了基于光纖的技術，系統(tǒng)傳輸不受電磁等環(huán)境干擾，因此傳輸?shù)目煽啃源蟠筇岣?。OTN多業(yè)務光纖傳輸系統(tǒng)誤碼性能符合下列要求：OTN多業(yè)務光纖傳輸系統(tǒng)指標錯誤信元率（CER）1

12、0-10信元丟失率(CLR) 10-10信元誤插率（CMR） 10-10信元傳送時延（CTD）50s7、實時的無阻塞的網(wǎng)絡 OTN多業(yè)務通信系統(tǒng)，其專用的業(yè)務固定帶寬分配和TDM時分復用技術避免了網(wǎng)絡阻塞問題，可確保油氣田幾十至上百個通信站點所有的業(yè)務、特別是SCADA（IP）業(yè)務能在任何時候發(fā)送或者接收，這是OTN區(qū)別于其它共享式以太環(huán)網(wǎng)的重要特點。在OTN網(wǎng)絡內(nèi)，各類業(yè)務，包括以太網(wǎng)業(yè)務都擁有在物理上獨立的、屬于自己的傳輸通道，這種方式避免了在訪問網(wǎng)絡前需要進行長時間的碰撞、等待，一些實時性的業(yè)務，如SCADA和RTU自動化控制、圖像監(jiān)控業(yè)務等成為最大的收益者。OTN 的以太網(wǎng)傳輸機制（圖

13、10）四、OTN多業(yè)務通信系統(tǒng)具有完善的網(wǎng)管功能 OTN的網(wǎng)管系統(tǒng)基于windows操作系統(tǒng)，人機對話界面友好，操作簡便，功能強大。通過OMS網(wǎng)管，操作人員可根據(jù)實際需要設置一個或多個OTN網(wǎng)絡，設置節(jié)點機、相應的光收發(fā)器模塊、設計最佳的網(wǎng)絡拓樸結構、根據(jù)業(yè)務需求配置相應的接口卡，并為各類業(yè)務分配通道，從而建立一個新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫一旦建立，就可通過OMS命令儲存到每一個節(jié)點機中。 這些數(shù)據(jù)信息在運行過程中用于和OMS系統(tǒng)實際檢測到的運行狀況進行比較，如果發(fā)現(xiàn)不匹配的信息，OMS將給出相應的告警信號。 在創(chuàng)建新的連接時，OMS會首先檢查TDM幀里的比特的分配情況。以確定可用的帶寬（比特），

14、然后OMS進行計算來為新的連接分配比特。當某些比特被選擇時，此信息被送給該連接所涉及的所有節(jié)點，并儲存在節(jié)點機內(nèi)主控卡（BORA）上受保護的存儲器里。節(jié)點機從此將TDM幀里這些位置的比特當作它的接口卡上的一個特定端口或電路的“專有財產(chǎn)”，并傳到此接口卡。 對于某些業(yè)務類型的連接，如二線模擬語音、寬帶音頻廣播、E1等，其帶寬是固定分配的。而另外一些業(yè)務類型則可由用戶根據(jù)實際需要來指定其使用的帶寬。例如，對于快速以太網(wǎng)接口卡，能夠在OMS系統(tǒng)上設定10M/100M或1000M范圍的帶寬（2.5G的設備）；對于圖像輸入/輸出接口卡，其帶寬可以在212M之間選擇；對于低速數(shù)據(jù)接口卡，其數(shù)據(jù)率可以在9.

15、6K2M之間選擇（不同的數(shù)據(jù)率占用帶寬也不相同）。 而當一些連接被撤銷時，OTN系統(tǒng)會重新調(diào)整整個網(wǎng)絡的帶寬應用。 在正常運行條件下，OMS連續(xù)查詢網(wǎng)絡中各個設備的工作狀態(tài)，獲取的信息會根據(jù)信息類型以不同的顏色顯示在屏幕上，管理人員可以很容易地識別和找到故障信息，OMS系統(tǒng)會對收集到的故障信息進行分析，將涉及到的設備以不同的顏色顯示出來供管理人員參考。除了在屏幕上顯示以外，還可以將這些信息登錄在指定的文件中以備日后的查詢。 OMS系統(tǒng)可以監(jiān)測到網(wǎng)絡中每個節(jié)點機上的每個模塊、每一接口卡、每一個端口的工作狀態(tài)。 歸結起來，OTN的OMS網(wǎng)管具有以下功能： 性能管理 配置管理（脫機或連機） 帶寬管理

16、 告警管理 日志數(shù)據(jù)庫管理 安全管理 運行管理 可移動性 因此，采用OTN多業(yè)務通信平臺組網(wǎng)，只需一個網(wǎng)管，就可以管理整個油氣田的所有業(yè)務。管理方便，網(wǎng)絡結構簡單。五、OTN多業(yè)務傳輸網(wǎng)絡的優(yōu)點 綜合以上OTN的功能和技術特點，OTN多業(yè)務傳輸網(wǎng)絡的優(yōu)點主要有：1、任一個光纖環(huán)路斷裂或發(fā)送器、接收器故障，網(wǎng)絡均能在50ms內(nèi)自愈。2、不同類型業(yè)務信息直接復用至OTN數(shù)據(jù)幀內(nèi)。（如圖11）：t - in secondsx+1x+2x+3xt - x+132000 frames/s frame duration = 31.25 sxt - 1 frame = 31.25 secVoiceEther

17、netVideoDataAudio(圖11)3、OTN管理系統(tǒng)(OMS)可對網(wǎng)絡和網(wǎng)元進行配置4、各種接口豐富（如圖12）：（圖12）如12路模擬話音接口（2LVOI-IP）；通用話音接口（UNIVOICE）；E1/T1接口；（全雙工的透明傳輸，滿足所有高層協(xié)議）。數(shù)字話音（SO-P）和（SO-T）；數(shù)字話音UPO/E卡；提供低速數(shù)據(jù)接口RS232/RS422/RS485；RS485采用profibus模式和PLC(Programmable Logic Controller)可編程邏輯控制器及SCS（Station Control System）站控系統(tǒng)共同實現(xiàn)自控業(yè)務。高質(zhì)量廣播音頻接口（H

18、QAUD/M/S）；5個獨立的以太網(wǎng)網(wǎng)段（S-LAN）和ET100E/AE，10/100Base-T以太網(wǎng)接口；以實現(xiàn)真正的高服務質(zhì)量（QoS）、物理（硬件）分段、 “通道專用”等。5、在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸過程中，較IP通訊網(wǎng)絡，OTN可以為每一個應用的網(wǎng)段分配預制帶寬，保證VLAN流量在全網(wǎng)內(nèi)隔離。6、靈活的帶寬分配，豐富的接口類型，強大的網(wǎng)絡互聯(lián)互通能力，簡易方便的網(wǎng)絡擴展升級以及可視化的顯示等保證所支持的系統(tǒng)帶寬155Mbps、622 Mbps、2.5Gbps、10Gbps與傳統(tǒng)的MSTP兼容。所有的傳輸通道可用于:數(shù)據(jù)應用，局域網(wǎng)，電話的連接，所有的帶寬分配由OMS完成。作者簡介：張義堂（1954），男，1987年畢業(yè)于瀘州教