无源光网络技术在油区接入网中的应用和展望

蔡成都 麻杨军

摘 要：油气田企业生产自动化建设显著提高企业效益，随着油气生产物联网、云计算、高清视频监控、智能移动巡检等业务的发展，油区数据量呈现出巨大的增长趋势。无源光网络具有高带宽、扁平化管理、中间设备无源、接入灵活等特点，特别适合油田接入网建设。

关键词：油气生产物联网;无源光网络;GPON;油区组网

0 引言

油区接入网是油田网络建设的重要组成部分，负责将油区内各类数据接入上游站场，使自动化建设、无人值守建设得以有效推进。油田开发最大的特点是地质条件复杂，不确定性高，并且逐年滚动开发。传统使用“掏纤”的接入方式对于光缆的损害较大，影响光纤指标和通信质量。无源光网络“高带宽”、“扁平化管理”、“中间设备无源”、“接入灵活”等特点，十分适应油田开发的特点。

1 油区组网现状与发展

1.1 组网现状

各大油田油区组网方式多种多样，有基于ZigBee、LoRa、WIFI、无线网桥、TD-LTE等无线接入技术的组网方式，也有基于光缆、交换机的有线组网方式。前者组网灵活，部署快，但受天气环境影响大、带宽有限。后者几乎不受天气环境影响、接入带宽大，但组网灵活性不如前者。从组网健壮性来说，无线接入方式主要采用wireless mesh组网方式实现多跳路由，而有线接入方式则主要采用环网保护。

1.2 油区接入网发展

单纯采用有线组网或者无线组网方式均存在一定弊端，采用有线加无线异构组网，有线接入方式负责骨干链路数据接入，无线接入方式解决最后1km覆盖，可使2种组网方式的优缺点充分互补。利用无源光网络的特点，可以很好的替代工业以太网交换机组网，解决工业以太网交换机扩展不灵活的缺点。

2 无源光网络概述

无源光网络简称PON网络，属于纯介质网络的一种，由OLT、ONU以及ODN组成，广泛应用于FTTH、三网融合、平安城市、配网自动化等场景。PON网络技术主要有EPON、GPON以及10GPON，其规格对比如表1所示。

PON网络上/下行分别采用不同的技术体制，上行采用TDMA的方式传输数据，上行链路被分为不同时隙，ONU发送数据时，不会无序的争夺带宽，其流程如图1所示。

下行采用广播方式传输数据，所有ONU接收相同的数据，ONU通过GEM帧ID号对数据进行过滤，接收属于自己的数据，其流程如图2所示。

与交换机类似，OLT可实现各类数据的交互和隔离，支持星型、总线型、环型网络结构。相对于传统工业以太网，PON网络具备结构扁平，设备简单、系统扩容升级便利等优势，新增用户节点在接入分光器上的空余端口即可实现业务接入。当用户需要升级网络带宽时，若设备支持，只需要对软件进行升级即可平滑升级到10GPON甚至40GPON，无需对设备进行改造，实现用户投资的增值。

3 无源光网络在油区接入网中的应用

在某集油区接入网设计中，该油区具有接入点分散的特点，接入点呈链状及枝状分布，且随着油田滚动开发，有很大的扩边潜力。若采用工业以太网交换机组网，整网网络带宽将会被限制在1Gbps，且集油区扩边时需将光缆建设至临近接入点，或在主干光缆上“掏纤”，网络稳定性和扩展性差。因此，在该集油区中采用GPON技术组网，1个区域占用1个PON口，有效提升整网带宽和稳定性，也为今后油区扩边提供了接入能力。ONU设备均采用双PON口设备，为今后升级成环形网络提供组网基础。组网结构图如图3所示。

4 结语

随着油气生产物联网、云计算、高清视频监控、智能巡检等业务的高速发展，对接入网带宽的需求将迎来爆发式增長。在油区网络建设中引入无源光网络技术，可以很好的发挥其“高带宽”、“抗干扰能力强”、“中间设备无源”、“接入灵活”等优势，解决油气田接入网建设中的各种难题和痛点，为油气生产物联网提供网络支撑，具备较高的应用价值。

参考文献：

[1]胡晓.无源光网络的发展趋势与展望[J].中国新通信，2016 （21）：20.

[2]樊琦.接入网改造中无源光网络技术的分析与应用[J].甘肃科技纵横，2019（01）：6-10.

[3]王德运.无源光网络技术在配网自动化中的应用[J].自动化与仪器仪表，2016（06）：57-58.

[4]周江，孙学斌，曾祥宇.基于不同场景的工业PON标准化组网方案优化[J].山东通信技术，2019（4）：22-25.