SDH光通信保护在油气管道项目的应用

刘永军，韩冬梅，渠忠强

（中国石油管道局工程有限公司设计分公司，廊坊 065000）

1 引言

光纤通信已经成为油气管道数据通信最主要的传输手段。目前中国石油管道传输网已建成以光通信为主，卫星通信为辅，租用公网为补的贯通全国大部分省、市、自治区的通信网络。作为石油专网主用通信方式的光通信系统的可靠性直接决定着整个网络的可靠性，因此光通信系统本身必须具备系统保护功能，要有自愈能力。

2 光通信系统常用保护机制

2.1 设备级保护

油气管道的SDH设备要求做到支持多种设备级保护。SDH的大部分类型板卡可以配置1+1或1∶N的保护方式，根据各板卡的重要性以及故障频率，同时考虑经济性，一般将电源接口板、交叉板、系统控制板进行1+1热备份配置，线路板和业务处理板根据实际需求进行冗余备份配置。SDH设备子架每站设置1台，一般不进行子架的冗余备份。

2.2 网络级保护

网络级保护基本原理是网络具备对某些局部失效，无需人为干预就能自动发现替代传输路由并重新建立通信的能力。替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复。网络保护的先决条件是有冗余的路由、网元强大的交叉能力以及网元一定的智能。

3 油气管道行业常用的网络级保护方式

3.1 自身管道1+1MSP线性复用段保护

油气管道有很多的工艺站场和阀室，它们沿管道按照一定的间距一字排开，自然形成了线形的结构。通常在建设管道时与管道同沟敷设1条光缆，在站场或阀室各设置1套光通信设备，组成油气管道光通信系统。典型图如图1所示，由A站、B站、C站、D站和E站以及它们之间的光缆组成的管道线形光通信结构。

图1 线形光通信结构

早期的管道在建设时大多为孤立的管道，光缆资源有限，因此只能采用线形的光通信拓扑结构。根据实际情况利用光缆中的4芯光纤采用1+1MSP线性复用段保护方式，这也是比较经济的网络拓扑结构。

3.2 与其他管道成环保护

随着管道光通信建设增多，管道光通信系统之间组成环形网络越来越方便。

子网连接保护SNCP环采用1+1保护方式，具有双发选收的特点，是基于业务的保护，无站间协议，保护的所有监测、倒换动作，都是单站完成。SNCP稳定性高，业务配置灵活多变，可用于对跨子网业务进行保护，可以提供环带链，环相切，环相交，两环DNI连接等组网形式的保护，使用时具有较大的灵活性。因此成为在多条油气管道光通信组环时普遍采取的保护方式。典型图如图2所示。

图2 与其他光通信网络组环

图2中B站、C站、D站与其他管道光通信网络组成了一个SNCP环，可对环上的业务及过环业务进行保护。A站至B站，D站至E站之间没有组成环保护，设置为1+1MSP保护方式。

当可利用组环的网络资源多了以后，可以根据实际情况组成不同的光通信SNCP环，例如涩复线光通信系统就分别与双兰线和西一线的光通信系统组成了2个SNCP环，典型图见图3。

图3 同时与两个其他光通信网络组环

图3中，本工程光通信网络A站、B站、C站、D站和E站各站均配置了2块10Gb/s的光线路板；另外2个管道的光通信网络与本工程管道具有相同的光线路板10Gb/s容量。由A站、B站、C站、D站和其他管道光通信网络1组成了1个10Gb/s容量的SNCP环1；由B站、C站、D站和其他管道光通信网络2组成了1个10Gb/s容量的SNCP环2。这就把这条管道光通信系统分成了三段：A-B段、B-D段和D-E段，每段采用了不同的保护方式。

A-B段光通信系统是由1个10Gb/s的保护环（SNCP环1）和1个10Gb/s的无保护链组成的20Gb/s容量的系统。其中在SNCP环1上的当这部分业务（10Gb/s容量）在任一点中断后可以由SNCP环1进行业务保护。而剩余的另一块光线路板的10Gb/s容量没有组成环保护，配置在这块板上的业务就形成了一个无保护的单链。运行在这段上的业务可以根据需求，将重要业务配置在SNCP环1中，而将非重要业务配置在无保护链中。

B站到D站段光通信系统是由2个10Gb/s的保护环组成的共20Gb/s容量的系统。其中有10Gb/s的容量在SNCP环1上，另一个10Gb/s的容量在SNCP环2上，任意业务中断后都可以可以利用SNCP环1或者SNCP环2进行业务保护。

D站到E站段光通信系统没有与其他光通信系统组环。2块光板可以相互组成1个10G的1+1MSP保护链，也可以当作2个10G的无保护链使用，但一般情况下要求提高可靠性从而采用1+1MSP保护方式。

如果其他管道光通信总系统容量有限，或者是可以利用组环的带宽资源有限，也可以将本工程光系统中的部分容量与其他光通信网络的全部或部分容量组成环保护。有时成环配置也可以多样化发展，不仅与SDH光通信进行组环，还可以与OTN等其他已有系统进行组环配置。

3.3 利用本管道光缆不同纤芯越站成环保护

当某一条油气管道不能依托其他管道光通信系统进行成环保护的情况下，除了采用1+1MSP线性复用段保护方式外，利用自身管道的不同光纤进行成环配置也是一种选择。伊拉克哈法亚外输管道项目就是这样一种组网方式，典型图见图4。

图4 本管道光通信越站组环

图4中1条光缆依次连接5座站场，5座站场每站设置1台光通信设备。这种组网方式实际上物理拓扑结构是线形结构，但在光通信设备进行组网时，可以按照虚线所示组成A-C-E-D-B-A站的环形结构。环保护方式可以选择二纤或四纤复用段保护环或SNCP环。

这种方式可以保护某一站场单点设备故障或者某一点在用光纤中断的情况。例如B站断电或者光通信设备故障时，B站整个节点就会失效无法进行通信，但是A站仍然可以通过保护环与C站保持连通，从而使B站外的其他站之间相互通信不受影响。当连接A站和B站的光通信设备的光纤故障（连接A站与B站的虚线所示光纤故障）时，A站仍然能通过保护环与其他所有站进行通信，整个光通信网各节点的通信都不受影响。

这种组网方式是利用了同一条光缆的不同光纤，而不是两条完全独立的光缆路由。大多数光纤故障是由于外界因素导致的光缆断裂，因此当整条光缆断掉时，利用不同光纤成环保护仍然无能为力。例如A站与B站之间的光缆中断，也就意味着连接A站与B站、A 站与C站的虚线同时中断，那么A站也就失效了。

3.4 利用其他通信方式将首末站连接成环保护

除了利用光通信成环保护外，也可以利用其他的通信方式将线形结构的管道首、末站进行连接，从而形成保护环。经常采用的方式是，在线形结构两端的节点新建卫星端站或者租用公网的方式相互连接，使首站和末站进行通信，对光通信系统进行保护。例如苏丹六区富拉油田外输管道项目，典型图见图5，在A站和E站各设置1套卫星通信设备，利用卫星通信作为光通信的环路通道。

图5 首末站利用卫星方式组环

由于光通信系统带宽大，而首尾的环路保护的方式一般采用卫星或租用公网，租用费用较高，带宽也无法与自建的光通信系统保持一致，因此首站和末站之间的保护带宽是业务传输的瓶颈，通常不能对全业务进行保护，只能选择将SCADA、话音等相对重要的业务进行保护。

对于A站到E站之间的光通信系统是相对独立的部分，即可以配置成1+1MSP方式，也可以配置成利用自身光缆不同光纤的保护环方式。再进行业务配置时注意受保护业务需要向首、末站两个方向配置传输信道，从而利用卫星或公网形成对光通信系统的环保护。

4 结束语

合理的设计和规划才能保证网络的有效性。在各种保护方式中，最为可靠的保护方式是不同光缆线路的环保护方式，可以避免因为光缆中断或单点设备失效造成的业务传输中断。考虑到中石油已建成遍布全国的专网传输系统，在新建管道SDH系统时，应结合中石油光传输全网作整体规划，合理利用资源。新建管道SDH系统的结构和保护方式已不单局限于本工程，在传输本工程生产数据和生活数据的同时，还应考虑为其他管道互为保护，为各业务数据上传北京调控中心和廊坊备用调控中心提供不同光缆路由，为油气管网安全运行保驾护航。