塔里木油田物联网数据传输子系统设计

吴美华，吴金峰，张明强

（塔里木油田分公司，库尔勒 841000）

1 油田骨干网数据传输系统建设的必要性

基于“互联网+”的油气生产供应物联网技术已日趋成熟并得到推广，它将油气生产数据通过高速传输网进行传送处理，实现对生产过程的实时自动控制，以降低用工需求和提高日常工作效率，最终达到“节人、节能、节约运行成本”的目的。

从国内和国外的应用经验考虑，建设油田骨干网是必要的。塔里木油田进入成熟开发期后，老区产量不断递减，油层含水率逐年递增。而基于“互联网+”的油气物联网技术的应用，能为油田较好地应对上述问题提供技术层面的支持。在油气物联网架构中，数据传输子系统主要实现“采集与控制子系统”与“生产现场管理与控制子系统”间的双向数据与指令传输，因而它的实时性与正确性决定了它在物联网架构中起着“承上启下”的枢纽作用，是物联网整体项目成功实施的不可或缺的关键环节。

图1 油气物联网总体架构图

2 油田物联网数据传输子系统构建的总体设计和基本思路

2.1 油田通信传输网现状及存在的问题

塔里木油田已初步形成以SDH光传输系统为骨干传送网的自建传输网络，目前骨干传送网存在以下主要问题：

（1）现网设备种类较多、设备间网管不兼容；光缆大都随油气管网同沟敷设，单一链型和星型架构的网络拓扑缺乏双路由保护，最终造成骨干传输网整体安全性不高、通信资源综合利用率低下、故障响应处理速度慢。

（2）现有骨干通信网传输带宽不能满足目前及未来油田各类大容量、IP化的主流信息和图像视频业务发展的需求。

（3）大部分设备达到使用年限，老化严重；随着产品备件的逐渐减少或停产，设备维修维护的工作量和难度逐渐增大。

作业区传输网汇聚层和接入层还存在以下问题：设备传输容量低，传输质量受沙漠气象条件影响很大，不能满足未来大容量、IP化（含视频图像）业务传输的需求。基于油田周边安保形势建立的视频监控系统效用发挥不足，系统还没有覆盖到站外计量站、配水间及井场。

图2 油田SDH光传输系统拓扑图

2.2 数据传输子系统的设计原则

（1）统一性原则：坚持“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的原则，将油田通信传输网整体纳入物联网构建范畴。

（2）安全性原则：充分利用网络资源，开展多种电路保护方式的研究和利用，保证骨干传输网的安全性和可靠性。

（3）先进性原则：科学分析预测物联网数据的流量、流向，前瞻性考虑未来业务的发展，保证系统具有较长的生命力、可平滑扩容能力和灵活升级能力。

（4）经济性原则：秉承高“效费比”理念，发挥SDH网络技术体制成熟、接入成本低的优势，对其进行合理再利用。

2.3 数据传输子系统的组网思路

数据传输子系统采用有线和无线通信技术相结合的方式，将单井和站场生产数据高效、安全、稳定的传输到作业区；作业区再将重要信息传回油田指挥中心。为提升网络的安全性与可靠性，同时便于今后的维护管理，我们将数据传输子系统分为骨干层、汇聚层和接入层。骨干层以OTN光传输技术为主，位于油田指挥中心（基地）至各主要油气作业区间；汇聚层以三层交换机、PTN和SDH技术为主；接入层以IP技术为主，位于作业区内部，通过有线光缆或无线网络覆盖各类主要生产设施。

图3 数据传输子系统拓扑图

2.3.1 骨干层

骨干层采用的OTN技术，是以传送大颗粒宽带业务为主的高速传送网，可在光层及电层实现业务的交叉调度和业务的接入、保护/恢复、管理及维护，能同时承载40Gb/s、10Gb/s、2.5Gb/s及GE速率的业务。

在系统光层构建方面的主要思路：

（1）为提高基地核心OTN站点的安全性与业务生存能力，将它与基地2号科研楼OTN设备互设为业务分担网元。

（2）为增强系统自我调节能力，在核心通信枢纽增加光监控板件，对各光方向实行在线光功率、告警与性能监测和光功率调节；考虑油田所处大漠风沙环境，在衰减指标和色散指标允许的情况下，尽量少设或不设中继站点，以提高今后系统的维护效率。

（3）考虑油田未来发展，在部分网元适当预留了接口和电路，并做了冗余配置，方便未来油田新区的接入。

在系统电层构建方面的主要思路：采用逐站中继（带宽池）方式开通业务。业务配置时只考虑是否有剩余带宽而不用考虑新开波道，且不用考虑业务的电中继问题。因而具有组网灵活、网络带宽利用率高等特点。

图4 油田骨干层OTN光传送网总规划图

2.3.2 汇聚层

汇聚层主要采用三层交换机、PTN和SDH技术。待骨干层OTN建成后，将SDH变为星形网络结构，并在原作业区内继续作为接入和汇聚层设备使用。

2.3.3 接入层

接入层采用IP技术，可灵活使用网络交换机、TD-LTE、无线网桥和Wi-Fi等多种设备，有光缆敷设的站点、计量站和井场尽可使用网络交换机接入；无光缆的站点、计量站和井场考虑无线组网。

3 结束语

油田物联网传输子系统方案实施后，油田生产指挥中心和各区域指挥中心可对包括单井、计量间、集气站、转油站、联合站、油气处理厂等地面设施的所有工艺参数、设备状态等数据进行实时监控；逐步减少甚至取消原现场手动抄录工艺参数的工作量，减少现场巡检的次数。通过生产和安保视频监视系统对现场情况进行实时监视，并将重要现场视频迅速传至油田指挥中心，为领导对突发事件做出科学决策和预判提供重要依据。

但是，我们也应该看到，随着大量物联网新技术、新设备的投入运行，对油田有关领域的维护技术和体制也应作出前瞻性、科学性安排，同时还要进一步提升维护单位与人员的技术素质、管理水平、故障响应能力。