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    作者：趙慜 李建華 周玲（冀東油田井場數(shù)字化項目部）

    摘要：落后的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是制約油田地面工程數(shù)字化建設(shè)和升級改造的技術(shù)瓶頸。在油田向信息化、數(shù)字化邁進(jìn)的過程中，如何解決監(jiān)控數(shù)據(jù)、視頻信息穩(wěn)定高速傳輸是大多數(shù)油田都要面臨的問題。結(jié)合冀東數(shù)字化油田建設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)的具體需求，本文詳細(xì)描述了冀東油田作業(yè)區(qū)在通訊組網(wǎng)的具體技術(shù)方案及升級改造后的使用效果。

    Adstract：The behind network communication technology become the bottlenecks of the digital oilfield construction and upgrading. In process of oilfield towards informationization and digitization. It is most problems faced in oilfield how to solve the monitoring data and video to transmit steadily at a high speed. Combined with the specific requirements of the Jidong digital oilfield network，this paper describes the specific network technology program and the effect of use after upgrade.

    關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)通訊；監(jiān)控；地址規(guī)劃；升級

    Keywords：network communication; supervision; network-plan; upgrade

    1、引言

    隨著冀東數(shù)字化油田建設(shè)和自動化監(jiān)控的普及應(yīng)用，原有的通訊網(wǎng)絡(luò)已不能滿足現(xiàn)有的數(shù)據(jù)量傳輸需求，成為了自動化系統(tǒng)健康發(fā)展的瓶頸。大量視頻數(shù)據(jù)、井口數(shù)據(jù)和計量數(shù)據(jù)同時接收和轉(zhuǎn)發(fā)，對通訊設(shè)備提出了更高要求。追求高效、穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡(luò)是自控系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。本文以柳贊油區(qū)自動化網(wǎng)絡(luò)升級改造為例，簡要介紹了網(wǎng)絡(luò)升級方案及網(wǎng)絡(luò)改造后的運(yùn)行效果。

    2、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求及結(jié)構(gòu)

    2.1升級后網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求

    2.1.1升級后的自動化網(wǎng)絡(luò)要滿足油田日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、井場視頻語音信息傳輸?shù)刃枨蟆＞W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用“主干千兆，支干千兆，百兆交換桌面”的三層設(shè)計思路，結(jié)構(gòu)為“核心層+匯聚層+接入層”的3層樹狀網(wǎng)絡(luò)模型，其覆蓋范圍涵蓋管理部門和生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)場。

   2.1.2 滿足200臺的以上各種監(jiān)控計算機(jī)、控制器之間穩(wěn)定通訊和高效通訊，實(shí)現(xiàn)油田主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制，使信息化管理深入到油田生產(chǎn)、管理的各方面。

    2.1.3服務(wù)器設(shè)備具有冗余負(fù)載均衡的電源，可提供連續(xù)不斷的電源供應(yīng)。

    2.1.4采用最少的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)投資成本，最大限度的發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效率。

    2.2升級前、后通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比

    2.2.1 原有的通訊網(wǎng)絡(luò)

    原有的自動化網(wǎng)絡(luò)以本地監(jiān)控為主，通訊設(shè)備在邏輯上沒有劃分，同屬于一個大型二層網(wǎng)絡(luò)，通過廣播方式進(jìn)行通訊，效率低下，不可管理，新建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像有強(qiáng)烈的頓挫感。

                    
                                           圖1原自動化網(wǎng)絡(luò)

    2.2.2 升級后的通訊網(wǎng)絡(luò)

    升級后的通訊網(wǎng)絡(luò)將適應(yīng)新的通訊需求，利用組網(wǎng)技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)整改為模塊化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。邏輯上進(jìn)行劃分，使網(wǎng)絡(luò)具有可管理性、良好的擴(kuò)容性、容錯性。避免網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，提升信息傳輸效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性與穩(wěn)定性。
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按功能共分為核心層、匯聚層、接入層。承載通訊系統(tǒng)的核心設(shè)備為H3C 7506交換機(jī)。匯聚層交換機(jī)使用H3C 5800，接入層交換機(jī)使用H3C 3100或3600交換機(jī)。這樣，三個層次的交換機(jī)都具有可管理性。核心層具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，匯聚層分擔(dān)部分?jǐn)?shù)據(jù)承載，接入層可管理（一、根據(jù)不同業(yè)務(wù)劃分交換機(jī)各接口功能；二、隨時管理控制交換機(jī)的工作狀態(tài)）。這實(shí)現(xiàn)了通訊網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃，整體管理，網(wǎng)絡(luò)層次分明。

                    
                                        圖2升級后的自動化網(wǎng)絡(luò)

    核心層：核心設(shè)備H3C S7506E支持多種隧道技術(shù)，支持IPv4的三層組播技術(shù)，采用分布式體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的線速無阻塞轉(zhuǎn)發(fā)。強(qiáng)大的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力從根本上解決了監(jiān)控數(shù)據(jù)，海量存儲的帶寬問題。特別是組播技術(shù)的應(yīng)用，解決了海量用戶對視頻觀看的需求，最大程度上減少了帶寬的浪費(fèi)，從而減小網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本。

    匯聚層：匯聚交換機(jī)器5800，具有即插即用、單一IP管理，同步升級的優(yōu)點(diǎn)，可大大降低系統(tǒng)擴(kuò)展成本。其路由熱備份技術(shù)，在整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平面所有信息的冗余備份和無間斷的三層轉(zhuǎn)發(fā)，增強(qiáng)了網(wǎng)路整體的可靠性和穩(wěn)定性，同時消除了單點(diǎn)故障，避免了業(yè)務(wù)中斷。通過分布式鏈路聚合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多條上行鏈路的負(fù)載分擔(dān)和互為備份。通過標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)智能彈性架構(gòu)，可根據(jù)需求分配業(yè)務(wù)帶寬和系統(tǒng)連接帶寬，合理分配本地流量與上行流量，作為匯聚層設(shè)備，可以高效率的處理區(qū)域的數(shù)據(jù)，分擔(dān)核心的數(shù)據(jù)分發(fā)的承載壓力。

    接入層：接入交換機(jī)3100和3600，使整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次分明，該交換機(jī)便于整體管理與規(guī)劃。它的使用提高了網(wǎng)絡(luò)管理、維護(hù)的方便性與易用性，對網(wǎng)絡(luò)中存在的問題進(jìn)行檢測并能快速準(zhǔn)確的定位故障點(diǎn)，并且可在網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)中對接入交換機(jī)進(jìn)行批量操作，極大程度的提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率，有效降低維護(hù)成本。

    模塊劃分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：根據(jù)油田作業(yè)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，采用模塊化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)通訊系統(tǒng)中不同的功能將整個網(wǎng)絡(luò)分為功能相對獨(dú)立的單元，這樣整體網(wǎng)絡(luò)功能可通過增加或刪除模塊來進(jìn)行調(diào)整。在邏輯上以功能相近為原則，模塊可獨(dú)立擴(kuò)展，也可在網(wǎng)絡(luò)上方便添加，且不影響其他模塊的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。模塊之間的連接通過局域網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用層之間的隔離或連接。

    3、網(wǎng)絡(luò)實(shí)施內(nèi)容

    3.1 VLAN(虛擬局域網(wǎng))劃分

    原有的自動化通訊網(wǎng)絡(luò)是一個大的交換網(wǎng)，所有VLAN都穿透骨干，終結(jié)到核心交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)中大量的廣播路由信息，浪費(fèi)帶寬，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的可用性和穩(wěn)定性。而虛擬局域網(wǎng)能有效限制廣播的區(qū)域，使作業(yè)區(qū)所有的VLAN都終結(jié)到相應(yīng)的二級節(jié)點(diǎn)上，這樣劃分在不同VLAN內(nèi)的設(shè)備之間通過網(wǎng)關(guān)相互訪問，交換數(shù)據(jù)。因此網(wǎng)絡(luò)整改后，不存在穿透骨干網(wǎng)的VLAN，成就了核心路由，邊緣交換的網(wǎng)絡(luò)，使其安全性和可控性得到了保證。

    (1) 柳贊三個采油區(qū)的視頻編碼器按各區(qū)歸屬分別劃分VLAN。

    (2) 柳贊所有視頻解碼器單獨(dú)劃分在一個VLAN內(nèi)。

    (3) 柳贊地區(qū)井口數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和計量業(yè)務(wù)劃分在一個VLAN內(nèi)。

    (4) 建立一個管理VLAN，覆蓋到全網(wǎng)的每一臺交換機(jī)。

    (5) 各區(qū)監(jiān)控計算機(jī)按歸屬分別劃分VLAN。

    3.2 IP地址規(guī)劃

    IP地址的規(guī)劃應(yīng)中充分考慮到地址空間的合理使用及日后的擴(kuò)展，保證最佳的業(yè)務(wù)流量均勻分布。

    (1) 每個生產(chǎn)單位的IP地址為連續(xù)的地址空間。相同的業(yè)務(wù)和功能分配在連續(xù)的IP地址內(nèi)，便于路由聚合以及安全控制。

    (2) IP地址的規(guī)劃即滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對IP地址的需求，又充分考慮未來業(yè)務(wù)發(fā)展，預(yù)留相應(yīng)地址段。

    (3) 按業(yè)務(wù)量大小分配各地址段。IP地址分配采用變長掩碼技術(shù)，保證IP地址的利用率。

    (4) 采用CIDR技術(shù)，減小路由表大小，加快路由收斂，減小網(wǎng)絡(luò)中廣播路由信息大小。

    4、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效果

    4.1 升級后的柳贊地區(qū)通訊網(wǎng)絡(luò)已全部覆蓋該地區(qū)的各類自動化設(shè)備。采油區(qū)SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了57座計量間、轉(zhuǎn)油站生產(chǎn)工藝過程監(jiān)控，495口油水井井口數(shù)據(jù)采集和41個井場的視頻圖像上傳。連接著該地區(qū)48臺監(jiān)控計算機(jī)、57臺工控機(jī)及各種自動化儀器儀表，運(yùn)行穩(wěn)定。

    4.2 升級后的通訊網(wǎng)絡(luò)采用了多種隧道技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)三層組播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控業(yè)務(wù)的無阻塞轉(zhuǎn)發(fā)。增強(qiáng)了監(jiān)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)發(fā)能力。視頻監(jiān)控圖像流暢，卡頓現(xiàn)象消失。解決了數(shù)據(jù)存儲帶寬不足的問題。

    4.3 升級后的通訊網(wǎng)絡(luò)為分布式體系構(gòu)架，整體層次分明。便于整體管理和規(guī)劃，提高網(wǎng)絡(luò)了維護(hù)效率，能夠及時快速定位故障點(diǎn)，并能遠(yuǎn)程對網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行操作，極大程度的提高了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率，縮短故障時間，有效保證了計量和視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行。

    4.4 網(wǎng)絡(luò)安全性能得以全面提升。通過對網(wǎng)絡(luò)接入終端的檢查、隔離、管理和監(jiān)控等措施，使整個網(wǎng)絡(luò)變被動防御為主動防御、變單點(diǎn)防御為全面防御、變分散管理為集中管理，提升了網(wǎng)絡(luò)整體的防御能力。

    4.5 升級后的通訊網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性得以增強(qiáng)。通訊網(wǎng)絡(luò)采用模塊化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，整個網(wǎng)絡(luò)按各功能分成相對獨(dú)立的單元，模塊可獨(dú)立擴(kuò)展，也可在網(wǎng)絡(luò)上添加新功能模塊而不影響其他模塊的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

    5、結(jié)語

    新的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高效、靈活安全的工作模式，能夠及時了解生產(chǎn)現(xiàn)場存在的問題，這將會為用戶帶來新的體驗(yàn)和價值。員工們通過可視化的操作能夠監(jiān)控到現(xiàn)場每臺設(shè)備的工作狀態(tài)，對提高工作效率降低勞動強(qiáng)度有著積極意義。在采油區(qū)的監(jiān)控中心，自動化系統(tǒng)使生產(chǎn)過程變得更簡明、更易用、更人性化，這就是網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的根本所在。

    摘自《自動化博覽》2011年第七期