基于VoIP技术的通信系统在海外油区的构建

2022-10-24周詹平高羽丰

录井工程 2022年3期

周詹平高羽丰马浩杨雪景杉于辉

(①中国石油渤海钻探第一录井公司；②中国石油长庆油田公司第六采气厂)

0 引言

在野外作业井场，建立良好且稳定的通信系统，能够为油田高质量建设提供有力支撑。大部分油田离城镇较远，尤其是国外的一些油区，处在沙漠、戈壁或荒原上，手机信号很难覆盖。甲乙方、相关方与各部门之间的实时通信方式基本采用自建网络语音系统，如无线对讲机通信系统、基于电话交换机(PBX)通信系统等。但无线对讲机通信距离短，长距离通信和多用户同时通信难以实现；基于电话交换机(PBX)通信系统则需使用电话线或其他电缆连接各通话节点，存在电缆线在井场使用中易断裂、电话用户数量有上限等缺点。因此，寻求其他更为方便、快捷、实用的语音通信系统，是油田作业尤其是野外通信盲区作业亟待解决的问题。

借助于自建无线互联网或局域网搭建VoIP(Voice over IP)通信系统，对于野外语音通信盲区的作业来讲是首选方案。VoIP技术具有操作简单、布线方式灵活、可无限拓展等优点，采用该技术可以很好地解决偏远油区作业现场与基地之间的通信问题。在伊拉克南部X油区作业井场，已建成了覆盖所有相关作业方的宽带网络，整个网络存在一定的富余带宽，基地、各井场使用网络运营商的专网接入带宽达13 Mbps。这样的网络资源条件完全可以支持VoIP语音接入等网络增值业务，以便充分利用网络资源，实现集数据、语音于一体的多元化通信方式[1]。

1 伊拉克X油区原有井场通信状况分析

该油区此前井场通信由无线对讲机和PBX电话系统组成。随着油区不断扩大，各项业务及产业链需求量大增，各单位各部门信息通信需求量和处理量也大增，继续延用由无线对讲机和PBX电话系统组成的通信系统，已经难以有效满足该油田通信需求。

1.1 无线对讲机

无线对讲机是一种便携式双向通话工具，无需网络支持即可实现通信，具有即时沟通、经济实用等特点。在处理紧急突发事件或进行集中调度指挥中，有着其他通信工具所不能替代的作用。但由于其采用单工方式通信，信息只能单方向进行传输，发射机与接收机只能交替工作，且存在传输距离短、通信用户少等缺点，因此在井场上使用的无线对讲系统一般与电话系统搭配使用，两者相互独立、互为备份，从而实现实时通信的目的。

1.2 PBX电话系统

PBX电话系统是在企业内部使用的局域电话网络，通信完全依赖电缆传输信号。而伊拉克X油区的井场空间大，内部需要铺设电缆的数量多，各井场之间、井场与基地之间铺设电缆成本很高且不方便，PBX电话系统主要存在如下缺点。

(1)各井场电缆一般铺设在地面以下5～10 cm深度，井场重型车辆多，来回碾压，导致电缆极易发生断裂，且发生故障时不易排查。电缆故障时往往采取整体更换来解决问题，既影响实时通信，还造成了资源及成本的浪费。

(2)电话用户数量有限。电话用户一般涵盖工程监督、地质监督、平台经理、井队工程师、泥浆工程师、定向井工程师和录井工程师等。井场电缆线一般采用2芯电话线或8芯网线，每根网线最多能够支撑4个电话用户，如需要增加用户，则需额外增加电缆数量，可拓展性很有限。

(3)井场PBX电话系统仅能实现井场内部通话，不能与其他井场、基地、甲方和国内公司总部通信。如需进行外部通信时，需选择其他通信方式。但由于此油区地处边境地区，手机信号尚未全面覆盖，通信极为不便，很难实现无障碍通信，造成管理与现场脱节。

综上所述，伊拉克X油区此前井场通信以无线对讲机搭配井场内部PBX电话系统为主，能够实现井场内部通信无障碍，但是与其他井场、基地、甲方和国内公司总部通信存在一定的困难。通过VoIP通信系统在该油区的构建，能顺利解决其通信困难问题。

2 VoIP技术简介

VoIP语音系统是通过对模拟语音信号进行数字化转换、压缩打包、封装成帧等一系列处理后，通过IP网络进行传输并在目的端还原的语音通信系统，即经由网络协议来达成语音通话与多媒体会议，也就是经由基于IP的互联网或局域网来实现语音通信。VoIP的基本原理是通过压缩算法对模拟语音信号进行数字编码形成语音数据并压缩处理，再把语音数据按TCP/IP标准进行打包，经IP网络将数据包送至目的地，在目的地接收到的语音包经解压处理，恢复成模拟语音信号，达到由互联网传送语音的目的。相较于传统的PBX电话系统，VoIP具有明显优势。

2.1 成本低、可拓展性强

语音包可依托现有IP网络便捷实现语音通信，无需再另行铺设独立传输链路，且随着语音用户增加，也无需添加“中心交换机”便能扩容增加用户使用量。此外，VoIP技术运用数字处理技术，能够在一条线路上实现多项数据的共同传输，可大幅度提升线路的整体运行效率，降低通信系统的运行成本。

2.2 高可靠性、高独立性

VoIP系统具有很强的数据处理及数据分析能力，不会出现全系统性的大范围设备故障问题。带宽占用率低，每通语音通话最高占用8～11 kbps，是传统电话所需带宽的八分之一，再配合对路由器做QoS设置，可将语音包提升至最高优先级，保障通信顺畅。系统呈分布式架构，即使任何终端出现运行故障，也不会影响系统和其他终端设备运行。

3 VoIP通信系统的构建与应用

随着伊拉克南部X油区的不断发展，通信问题日渐凸显，针对该油区通信存在的困难，笔者经过分析论证，建立实验点考证，经半年时间设计建设，完成基于VoIP技术的通信系统的覆盖，实现了井场之间、井场与基地、井场与总部及国内之间的电话和数据往来，极大地提高了管理效率。具体构建方法如下[2]。

3.1 VoIP电话系统在井场内的构建

在井场内构建的VoIP网络结构图如图1所示。在录井房与生活区间架设无线网桥，用于录井实时数据传输和网络通信。基于此，可通过在各通话节点添加VoIP话机设备，将语音模拟信号与语音数字信号进行转换，再借助无线网桥(采用IEEE 802.11ac技术)将信号传输至IP电话交换机(IP PBX),由其连接至被呼叫端，建立基于IP网络的双向或多向语音互联，实现井场内部通话[3]。借助无线传输技术，无需铺设电缆，不仅节约了大量的材料及人力成本，更保证了通信的稳定性和及时性。

图1 伊拉克X油区井场VoIP网络结构

井场内VoIP网络配置主要包括IP电话交换机(软交换中心)和IP话机配置(终端设备)。井场区域为局域网络，IP电话交换机及IP话机均配置在同一IP网段的局域网内。

IP电话交换机作为网络的核心服务器，具有管理用户、权限配置、业务配置、路由管理等功能，处于网络位置的中心结点。IP电话交换机地址是IP话机的信息注册地址，所有IP话机只有在IP电话交换机注册后才可以接入网络。IP电话交换机和IP话机均设置于同一网段，其配置方法如下。

(1)IP电话交换机网络配置。IP地址设置为静态:192．168．11．11；子网掩码:255．255．255．0；网关:192．168．11．1；网卡为LAN 1。因采购的设备均基于SIP协议研发，所以网络需开放TCP/UDP的5060端口。IP电话交换机网络信息配置完成后，登录其系统并添加注册用户信息及电话号码，授予业务权限即可完成用户注册。用户信息包括用户名、密码、用户SIP电话号码等；用户在使用SIP电话时，只需向IP电话交换机登记正确信息，即可完成注册使用。

(2)IP话机网络配置。登录IP话机配置页面，按要求填写设备IP地址、子网掩码、默认网关等信息。因为IP电话交换机未开启DHCP服务，所以各IP话机的IP地址均配置为静态。完成IP地址配置后，IP话机即接入IP电话交换机所在的局域网，可实现局域网内VoIP语音通信。某井场VoIP注册信息如表1所示。

表1 某井场VoIP设备信息

3.2 VoIP电话系统在井场外的构建

由于该油区地处两伊边境，手机信号尚未覆盖，造成井场与基地、项目总部与甲方之间的通信极为不便，不利于实时通信、快速反应。在作业基地和总部分别部署VoIP设备后，可实现各井场间、井场与基地、井场与项目总部等实时通信，提升管理效率。如在国内总部选择接入中国网络运营商的PSTN服务，可实现海外井场与国内电话用户的无缝通信。在各井场间、井场与基地、井场与总部之间构建的VoIP网络结构图如图2所示。

图2 井场与基地、总部VoIP网络结构

井场间、井场与基地、井场与总部之间的VoIP网络配置和井场内网络配置在局域网部分完全一致，其余设置如下。

(1)指定作业基地的IP电话交换机为核心，其余IP电话交换机为分支；核心交换机注册有各分支机的信息(包括分支编号、密码、分机号格式及长度)，在组网前需提前规划多台分支机的范围，确保每台分支机的电话号码无重复。

(2)核心交换机如使用私有IP，则需对其做端口映射，以确保分支能成功连接到核心交换机。

(3)在各分支机上输入核心交换机的公网IP地址、分支编号、密码即可快速完成组网对接，组网完成后即可实现各机构之间的通信。表2为伊拉克X油区进场VoIP电话号码分配表，其他终端如需要与该进场内部某单位联系，直接在表1中该单位的井场内VoIP号码前加拨该进场编号即可。例如：需要与BH 38录井队通信，直接拨打38006即可，38为BH 38录井队的分支编号，006为录井编号(各单位内部号码详见表1)。

表2 伊拉克X油区VoIP电话号码

3.3 VoIP电话系统的网络安全

使用VoIP通信时，网络安全问题无疑是最受关注的问题之一，黑客攻击VoIP网络最常见的方式包括：窃听、改变呼叫ID、混淆电话呼叫、恶意音频插入、钓鱼攻击及获取敏感信息等。在该油区VoIP系统中用以下设置来提高安全性[4]。

(1)创建防火墙。在各IP电话交换机上创建并开启防火墙，配置防火墙规则包括：指定的IP和配置过的IP话机才能访问IP电话交换机；忽略掉除上述IP地址的访问，直接将数据包丢弃，并不做反馈，避免通过恶意攻击探测IP电话交换机的服务器信息；禁止被ping，防止他人使用该命令探测设备。

(2)设置强密码。设备注册密码并使用强密码格式，且必须包含特殊字符。密码每两月定期修改。开启IP自动防御，如某IP在短时间内数据包数量超过正常数量，多次登录注册失败或多次自动配置失败，则将该IP列入禁止名单。

4 效果分析

伊拉克南部X油区VoIP电话系统于2021年3月陆续投入使用，目前已完成7个井场及2个基地的系统建设，注册用户80余个。采用VoIP技术的电话通信系统，解决了偏远油区无手机信号、通信困难的状况，同时节省了大量耗材费用。经过一年的运行，该系统实现了各井场间、井场与基地、总部及井场内相关方的实时通信，从而提升了信息交流的及时性，为系统的推广提供了宝贵的经验，也为推动信息化油田建设提供了有力支撑。