作者：趙慜 李建華 周玲（冀東油田井場(chǎng)數字化項目部）

    摘要：落后的網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)是制約油田地面工程數字化建設和升級改造的技術(shù)瓶頸。在油田向信息化、數字化邁進(jìn)的過(guò)程中，如何解決監控數據、視頻信息穩定高速傳輸是大多數油田都要面臨的問(wèn)題。結合冀東數字化油田建設通訊網(wǎng)絡(luò )的具體需求，本文詳細描述了冀東油田作業(yè)區在通訊組網(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；監控；地址規劃；升級

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

    1、引言

    隨著(zhù)冀東數字化油田建設和自動(dòng)化監控的普及應用，原有的通訊網(wǎng)絡(luò )已不能滿(mǎn)足現有的數據量傳輸需求，成為了自動(dòng)化系統健康發(fā)展的瓶頸。大量視頻數據、井口數據和計量數據同時(shí)接收和轉發(fā)，對通訊設備提出了更高要求。追求高效、穩定的通訊網(wǎng)絡(luò )是自控系統正常運行的關(guān)鍵。本文以柳贊油區自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )升級改造為例，簡(jiǎn)要介紹了網(wǎng)絡(luò )升級方案及網(wǎng)絡(luò )改造后的運行效果。

    2、網(wǎng)絡(luò )系統要求及結構

    2.1升級后網(wǎng)絡(luò )系統要求

    2.1.1升級后的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )要滿(mǎn)足油田日常生產(chǎn)數據監控、井場(chǎng)視頻語(yǔ)音信息傳輸等需求。網(wǎng)絡(luò )系統采用“主干千兆，支干千兆，百兆交換桌面”的三層設計思路，結構為“核心層+匯聚層+接入層”的3層樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )模型，其覆蓋范圍涵蓋管理部門(mén)和生產(chǎn)運行現場(chǎng)。

   2.1.2 滿(mǎn)足200臺的以上各種監控計算機、控制器之間穩定通訊和高效通訊，實(shí)現油田主要生產(chǎn)環(huán)節和生產(chǎn)設備的自動(dòng)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)器設備具有冗余負載均衡的電源，可提供連續不斷的電源供應。

    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 )系統的效率。

    2.2升級前、后通訊網(wǎng)絡(luò )結構對比

    2.2.1 原有的通訊網(wǎng)絡(luò )

    原有的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )以本地監控為主，通訊設備在邏輯上沒(méi)有劃分，同屬于一個(gè)大型二層網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)廣播方式進(jìn)行通訊，效率低下，不可管理，新建的視頻監控系統圖像有強烈的頓挫感。

                    
                                           圖1原自動(dòng)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 )體系結構。邏輯上進(jìn)行劃分，使網(wǎng)絡(luò )具有可管理性、良好的擴容性、容錯性。避免網(wǎng)絡(luò )資源浪費，提升信息傳輸效率，增強網(wǎng)絡(luò )的安全性與穩定性。
網(wǎng)絡(luò )結構按功能共分為核心層、匯聚層、接入層。承載通訊系統的核心設備為H3C 7506交換機。匯聚層交換機使用H3C 5800，接入層交換機使用H3C 3100或3600交換機。這樣，三個(gè)層次的交換機都具有可管理性。核心層具有強大的數據處理能力，匯聚層分擔部分數據承載，接入層可管理（一、根據不同業(yè)務(wù)劃分交換機各接口功能；二、隨時(shí)管理控制交換機的工作狀態(tài)）。這實(shí)現了通訊網(wǎng)絡(luò )整體規劃，整體管理，網(wǎng)絡(luò )層次分明。

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

    核心層：核心設備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，實(shí)現業(yè)務(wù)的線(xiàn)速無(wú)阻塞轉發(fā)。強大的業(yè)務(wù)數據轉發(fā)能力從根本上解決了監控數據，海量存儲的帶寬問(wèn)題。特別是組播技術(shù)的應用，解決了海量用戶(hù)對視頻觀(guān)看的需求，最大程度上減少了帶寬的浪費，從而減小網(wǎng)絡(luò )運行成本。

    匯聚層：匯聚交換機器5800，具有即插即用、單一IP管理，同步升級的優(yōu)點(diǎn)，可大大降低系統擴展成本。其路由熱備份技術(shù)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )內實(shí)現控制平面和數據平面所有信息的冗余備份和無(wú)間斷的三層轉發(fā)，增強了網(wǎng)路整體的可靠性和穩定性，同時(shí)消除了單點(diǎn)故障，避免了業(yè)務(wù)中斷。通過(guò)分布式鏈路聚合技術(shù)，實(shí)現多條上行鏈路的負載分擔和互為備份。通過(guò)標準的千兆以太網(wǎng)接口實(shí)現智能彈性架構，可根據需求分配業(yè)務(wù)帶寬和系統連接帶寬，合理分配本地流量與上行流量，作為匯聚層設備，可以高效率的處理區域的數據，分擔核心的數據分發(fā)的承載壓力。

    接入層：接入交換機3100和3600，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )結構層次分明，該交換機便于整體管理與規劃。它的使用提高了網(wǎng)絡(luò )管理、維護的方便性與易用性，對網(wǎng)絡(luò )中存在的問(wèn)題進(jìn)行檢測并能快速準確的定位故障點(diǎn)，并且可在網(wǎng)絡(luò )的管理和維護中對接入交換機進(jìn)行批量操作，極大程度的提高網(wǎng)絡(luò )維護效率，有效降低維護成本。

    模塊劃分網(wǎng)絡(luò )結構：根據油田作業(yè)區的網(wǎng)絡(luò )現狀，在網(wǎng)絡(luò )系統中，采用模塊化的網(wǎng)絡(luò )體系結構。根據通訊系統中不同的功能將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分為功能相對獨立的單元，這樣整體網(wǎng)絡(luò )功能可通過(guò)增加或刪除模塊來(lái)進(jìn)行調整。在邏輯上以功能相近為原則，模塊可獨立擴展，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(guò)局域網(wǎng)核心節點(diǎn)設備實(shí)現，達到實(shí)際應用層之間的隔離或連接。

    3、網(wǎng)絡(luò )實(shí)施內容

    3.1 VLAN(虛擬局域網(wǎng))劃分

    原有的自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)大的交換網(wǎng)，所有VLAN都穿透骨干，終結到核心交換機。網(wǎng)絡(luò )中大量的廣播路由信息，浪費帶寬，嚴重影響網(wǎng)絡(luò )的可用性和穩定性。而虛擬局域網(wǎng)能有效限制廣播的區域，使作業(yè)區所有的VLAN都終結到相應的二級節點(diǎn)上，這樣劃分在不同VLAN內的設備之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)相互訪(fǎng)問(wèn)，交換數據。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(gè)采油區的視頻編碼器按各區歸屬分別劃分VLAN。

    (2) 柳贊所有視頻解碼器單獨劃分在一個(gè)VLAN內。

    (3) 柳贊地區井口數據業(yè)務(wù)和計量業(yè)務(wù)劃分在一個(gè)VLAN內。

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

    (5) 各區監控計算機按歸屬分別劃分VLAN。

    3.2 IP地址規劃

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

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

    (2) IP地址的規劃即滿(mǎn)足現有網(wǎng)絡(luò )對IP地址的需求，又充分考慮未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展，預留相應地址段。

    (3) 按業(yè)務(wù)量大小分配各地址段。IP地址分配采用變長(cháng)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 )應用效果

    4.1 升級后的柳贊地區通訊網(wǎng)絡(luò )已全部覆蓋該地區的各類(lèi)自動(dòng)化設備。采油區SCADA系統實(shí)現了57座計量間、轉油站生產(chǎn)工藝過(guò)程監控，495口油水井井口數據采集和41個(gè)井場(chǎng)的視頻圖像上傳。連接著(zhù)該地區48臺監控計算機、57臺工控機及各種自動(dòng)化儀器儀表，運行穩定。

    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)現監控業(yè)務(wù)的無(wú)阻塞轉發(fā)。增強了監控業(yè)務(wù)數據量的轉發(fā)能力。視頻監控圖像流暢，卡頓現象消失。解決了數據存儲帶寬不足的問(wèn)題。

    4.3 升級后的通訊網(wǎng)絡(luò )為分布式體系構架，整體層次分明。便于整體管理和規劃，提高網(wǎng)絡(luò )了維護效率，能夠及時(shí)快速定位故障點(diǎn)，并能遠程對網(wǎng)絡(luò )交換機進(jìn)行操作，極大程度的提高了網(wǎng)絡(luò )維護效率，縮短故障時(shí)間，有效保證了計量和視頻監控系統正常運行。

    4.4 網(wǎng)絡(luò )安全性能得以全面提升。通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )接入終端的檢查、隔離、管理和監控等措施，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )變被動(dòng)防御為主動(dòng)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 )擴展性得以增強。通訊網(wǎng)絡(luò )采用模塊化的網(wǎng)絡(luò )體系結構，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )按各功能分成相對獨立的單元，模塊可獨立擴展，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、結語(yǔ)

    新的通訊網(wǎng)絡(luò )系統可實(shí)現遠程高效、靈活安全的工作模式，能夠及時(shí)了解生產(chǎn)現場(chǎng)存在的問(wèn)題，這將會(huì )為用戶(hù)帶來(lái)新的體驗和價(jià)值。員工們通過(guò)可視化的操作能夠監控到現場(chǎng)每臺設備的工作狀態(tài)，對提高工作效率降低勞動(dòng)強度有著(zhù)積極意義。在采油區的監控中心，自動(dòng)化系統使生產(chǎn)過(guò)程變得更簡(jiǎn)明、更易用、更人性化，這就是網(wǎng)絡(luò )信息化建設的根本所在。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第七期