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(guó)石油西南油氣田公司龍崗項(xiàng)目部）關(guān)鍵詞：OTN 多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò) 性能 特點(diǎn) 氣田應(yīng)用摘 要：本文探討了高含硫氣田勘探開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程中，利用現(xiàn)代通訊技術(shù)：OTN多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)打造現(xiàn)代化的油氣田通訊的事例。較詳細(xì)的介紹了OTN傳輸網(wǎng)絡(luò)的功能，技術(shù)特點(diǎn)和利用OTN多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的氣田通訊是以語(yǔ)音通信為主，利用超短波電臺(tái)或數(shù)字集群電臺(tái)或有線（鐵線或電纜）通訊傳輸話音信號(hào)，以此來(lái)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(luò)自動(dòng)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(duì)氣田所屬站場(chǎng)的工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，利用遠(yuǎn)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(gòu)成的互聯(lián)廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行壓力、流量和溫度等的控制、調(diào)節(jié)和切斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程的有效控制和管理?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化。

3、100M乃至1000M的快速辦公數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)除了為計(jì)算機(jī)提供專網(wǎng)電路外，還可為工業(yè)電視遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視、視頻會(huì)議、VoIP話音等業(yè)務(wù)提供IP電路。氣田通訊中，為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)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(shù)的SDH-155M光傳輸設(shè)備以外，還可以采用諸如OTN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型光網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。以實(shí)現(xiàn)為用戶提供電話、數(shù)據(jù)通訊、以太網(wǎng)通信、圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控等各種業(yè)務(wù)接口。并通過(guò)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(wù)、圖像、VoIP話音；通過(guò)E1接口提供2M業(yè)務(wù)等。光纜傳輸線路可以是租用中國(guó)電信或中國(guó)移動(dòng)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(shè)硅芯管氣吹通訊光纜，或與10KV高壓輸電線路同桿架空掛設(shè)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(chǎng)站間SDH設(shè)備采用自愈環(huán)網(wǎng)方式級(jí)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(shè)備上。現(xiàn)代通訊技術(shù)采用兼容SDH的多業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)-OTN功能的OTN多業(yè)務(wù)通信平臺(tái)組網(wǎng)，不僅可以將氣田語(yǔ)音、廣播、以太網(wǎng)、電視監(jiān)控（CCTV）等各種不同的業(yè)務(wù)整合在一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)內(nèi)，同時(shí)可以省去諸如視頻編解碼器、PCM復(fù)用器、A/D和D/A的轉(zhuǎn)換器等等復(fù)雜的外部設(shè)備。還可以獲得很高

5、的性價(jià)比和高可靠性。一、 什么是OTN（Open Transport Netowrk）OTN是開(kāi)放、透明的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還兼容SDH的多業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)。所謂開(kāi)放即是：他不但支持各類語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、局域網(wǎng)、視頻的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還支持專用的通信標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)用示意圖 OTN多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)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(wù)通信平臺(tái)組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理圖。如圖（2）： （圖2）以下（圖3）（圖4）（圖5）分別是OTN的具體應(yīng)用示意圖，OTN 常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和網(wǎng)絡(luò)自愈圖。OTN的具體應(yīng)用示意圖（圖3）OTN 常用的網(wǎng)絡(luò)

6、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) （圖4）網(wǎng)絡(luò)自愈: 50ms端到端 （圖5）三、OTN的功能和技術(shù)特點(diǎn)：1、OTN多業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)具有豐富的業(yè)務(wù)接口和靈活的接入能力 OTN 系統(tǒng)擁有一系列的業(yè)務(wù)接口卡，其種類涵蓋了油氣田等專網(wǎng)領(lǐng)域的各種業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用。這些接口卡的信道類型有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(如模擬語(yǔ)音、數(shù)字語(yǔ)音、圖像、低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等)，有點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(如多落點(diǎn)的圖像業(yè)務(wù)或廣播業(yè)務(wù))，也有共享總線式的業(yè)務(wù)(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(yǔ)音、互聯(lián)網(wǎng)、SCADA、辦公自動(dòng)化管理、廣播及工業(yè)電視監(jiān)控等各種業(yè)務(wù)需求。 2、強(qiáng)大的視頻切換功能 圖像業(yè)務(wù)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(kāi)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(gè)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(wú)論外接的攝像機(jī)的數(shù)量有多少，OTN均可通過(guò)與外接CCTV設(shè)備相配合，進(jìn)行N/M的切換和控制。(MN)。并且可以以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式，極為方便的在需要下載圖像的站點(diǎn)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(shí)際情況靈活選用。3、系統(tǒng)擴(kuò)容方便 OTN傳輸系統(tǒng)所提供的接口卡，都是模塊化的結(jié)構(gòu)。雙環(huán)光纖組成的網(wǎng)絡(luò)

8、可隨時(shí)增加新的節(jié)點(diǎn)機(jī)。因此完全可以根據(jù)油氣田的需要進(jìn)行擴(kuò)容或增添新的業(yè)務(wù)，并通過(guò)網(wǎng)管軟件靈活地進(jìn)行新增業(yè)務(wù)的帶寬分配。OTN在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和增加新的業(yè)務(wù)時(shí)，對(duì)已有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。4、極大的網(wǎng)絡(luò)可靠性1）網(wǎng)絡(luò)的自愈和抗毀能力 一個(gè)OTN網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生故障時(shí)，如光纖中斷，節(jié)點(diǎn)機(jī)斷電退出服務(wù)，環(huán)路重組或一個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)重新進(jìn)入環(huán)路工作等原因，OTN系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)修復(fù)并重新配置；網(wǎng)絡(luò)在重啟后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到原先的工作模式，無(wú)需人工干預(yù)，節(jié)點(diǎn)機(jī)在故障解除后會(huì)自動(dòng)返回到原先的工作模式。這對(duì)運(yùn)行要求具有高可靠性的現(xiàn)代化的油氣田生產(chǎn)管理來(lái)說(shuō)，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(shí)針），備環(huán)

9、（圖中黑色環(huán)，逆時(shí)針）上產(chǎn)生的故障不會(huì)影響主環(huán)的正常運(yùn)行。但在網(wǎng)絡(luò)控制中心將會(huì)接收到相應(yīng)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(luò)自愈-副環(huán)故障（圖6）3）主環(huán)故障 當(dāng)主環(huán)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)切換至副環(huán)（圖中逆時(shí)針內(nèi)環(huán)）工作。所有的節(jié)點(diǎn)機(jī)都會(huì)檢測(cè)出主環(huán)同步系統(tǒng)丟失而自動(dòng)轉(zhuǎn)換至副環(huán)。自動(dòng)切換至備用環(huán)工作主環(huán)故障ABCDOTNOTNOTNOTNABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡(luò)自愈-主環(huán)故障 （圖7）4）光纜斷裂 當(dāng)環(huán)路中主環(huán)和備環(huán)的光纖同時(shí)斷裂時(shí)，節(jié)點(diǎn)C和D檢測(cè)出故障，在節(jié)點(diǎn)機(jī)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(luò)。所有業(yè)務(wù)仍可以在新的環(huán)路中運(yùn)行。某段光纖故障ABCDOTNOTNOTNOTN 重構(gòu)新環(huán)路ABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡(luò)自愈-光纜斷裂 （ 圖8 ）5）節(jié)點(diǎn)機(jī)斷電如果節(jié)點(diǎn)D出故障，則和節(jié)點(diǎn)D相鄰的兩節(jié)點(diǎn)A和C將自動(dòng)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(diǎn)A、B、C之間重新形成一鏈狀網(wǎng)絡(luò)，所有業(yè)務(wù)信息仍可以在新的環(huán)路中運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)機(jī)故障ABCDOTNOTNOTNOTN隔離故障重建路由ABCDOTNOTNOTNOTN 網(wǎng)絡(luò)自愈-節(jié)點(diǎn)機(jī)故障（圖9） 以上故障的修復(fù)時(shí)間都在50ms以內(nèi)。 上述系統(tǒng)自愈和修復(fù)功能可確保油氣

11、田的各種業(yè)務(wù)，在各種故障條件下，仍能正常運(yùn)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(wù)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(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)收到的光信號(hào)，如果功率降到系統(tǒng)設(shè)定的限界，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的告警，提醒用戶去檢測(cè)光學(xué)元件的老化程度或光纖的質(zhì)量問(wèn)題；同時(shí)光接口卡也對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，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(wù)光纖傳輸系統(tǒng)采用了基于光纖的技術(shù)，系統(tǒng)傳輸不受電磁等環(huán)境干擾，因此傳輸?shù)目煽啃源蟠筇岣摺TN多業(yè)務(wù)光纖傳輸系統(tǒng)誤碼性能符合下列要求：OTN多業(yè)務(wù)光纖傳輸系統(tǒng)指標(biāo)錯(cuò)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(shí)延（CTD）50s7、實(shí)時(shí)的無(wú)阻塞的網(wǎng)絡(luò) OTN多業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)，其專用的業(yè)務(wù)固定帶寬分配和TDM時(shí)分復(fù)用技術(shù)避免了網(wǎng)絡(luò)阻塞問(wèn)題，可確保油氣田幾十至上百個(gè)通信站點(diǎn)所有的業(yè)務(wù)、特別是SCADA（IP）業(yè)務(wù)能在任何時(shí)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(diǎn)。在OTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，各類業(yè)務(wù)，包括以太網(wǎng)業(yè)務(wù)都擁有在物理上獨(dú)立的、屬于自己的傳輸通道，這種方式避免了在訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)前需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的碰撞、等待，一些實(shí)時(shí)性的業(yè)務(wù)，如SCADA和RTU自動(dòng)化控制、圖像監(jiān)控業(yè)務(wù)等成為最大的收益者。OTN 的以太網(wǎng)傳輸機(jī)制（圖

13、10）四、OTN多業(yè)務(wù)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(jī)對(duì)話界面友好，操作簡(jiǎn)便，功能強(qiáng)大。通過(guò)OMS網(wǎng)管，操作人員可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置一個(gè)或多個(gè)OTN網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置節(jié)點(diǎn)機(jī)、相應(yīng)的光收發(fā)器模塊、設(shè)計(jì)最佳的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)、根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置相應(yīng)的接口卡，并為各類業(yè)務(wù)分配通道，從而建立一個(gè)新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)一旦建立，就可通過(guò)OMS命令儲(chǔ)存到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)中。 這些數(shù)據(jù)信息在運(yùn)行過(guò)程中用于和OMS系統(tǒng)實(shí)際檢測(cè)到的運(yùn)行狀況進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)不匹配的信息，OMS將給出相應(yīng)的告警信號(hào)。 在創(chuàng)建新的連接時(shí)，OMS會(huì)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(jìn)行計(jì)算來(lái)為新的連接分配比特。當(dāng)某些比特被選擇時(shí)，此信息被送給該連接所涉及的所有節(jié)點(diǎn)，并儲(chǔ)存在節(jié)點(diǎn)機(jī)內(nèi)主控卡（BORA）上受保護(hù)的存儲(chǔ)器里。節(jié)點(diǎn)機(jī)從此將TDM幀里這些位置的比特當(dāng)作它的接口卡上的一個(gè)特定端口或電路的“專有財(cái)產(chǎn)”，并傳到此接口卡。 對(duì)于某些業(yè)務(wù)類型的連接，如二線模擬語(yǔ)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(wù)類型則可由用戶根據(jù)實(shí)際需要來(lái)指定其使用的帶寬。例如，對(duì)于快速以太網(wǎng)接口卡，能夠在OMS系統(tǒng)上設(shè)定10M/100M或1000M范圍的帶寬（2.5G的設(shè)備）；對(duì)于圖像輸入/輸出接口卡，其帶寬可以在212M之間選擇；對(duì)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(dāng)一些連接被撤銷時(shí)，OTN系統(tǒng)會(huì)重新調(diào)整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬應(yīng)用。 在正常運(yùn)行條件下，OMS連續(xù)查詢網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)，獲取的信息會(huì)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(shí)別和找到故障信息，OMS系統(tǒng)會(huì)對(duì)收集到的故障信息進(jìn)行分析，將涉及到的設(shè)備以不同的顏色顯示出來(lái)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(cè)到網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)上的每個(gè)模塊、每一接口卡、每一個(gè)端口的工作狀態(tài)。 歸結(jié)起來(lái)，OTN的OMS網(wǎng)管具有以下功能： 性能管理 配置管理（脫機(jī)或連機(jī)） 帶寬管理

16、 告警管理 日志數(shù)據(jù)庫(kù)管理 安全管理 運(yùn)行管理 可移動(dòng)性 因此，采用OTN多業(yè)務(wù)通信平臺(tái)組網(wǎng)，只需一個(gè)網(wǎng)管，就可以管理整個(gè)油氣田的所有業(yè)務(wù)。管理方便，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。五、OTN多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn) 綜合以上OTN的功能和技術(shù)特點(diǎn)，OTN多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)主要有：1、任一個(gè)光纖環(huán)路斷裂或發(fā)送器、接收器故障，網(wǎng)絡(luò)均能在50ms內(nèi)自愈。2、不同類型業(yè)務(wù)信息直接復(fù)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(duì)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)元進(jìn)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(shí)現(xiàn)自控業(yè)務(wù)。高質(zhì)量廣播音頻接口（H

18、QAUD/M/S）；5個(gè)獨(dú)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(shí)現(xiàn)真正的高服務(wù)質(zhì)量（QoS）、物理（硬件）分段、 “通道專用”等。5、在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，較IP通訊網(wǎng)絡(luò)，OTN可以為每一個(gè)應(yīng)用的網(wǎng)段分配預(yù)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(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通能力，簡(jiǎn)易方便的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展升級(jí)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(yīng)用，局域網(wǎng)，電話的連接，所有的帶寬分配由OMS完成。作者簡(jiǎn)介：張義堂（1954），男，1987年畢業(yè)于瀘州教