某油田物联网数据传输子系统设计,该文是关于系统设计方面论文写作技巧范文与数据传输和联网和系统设计方面研究生毕业论文范文.
系统设计论文参考文献：
袁桂梅 张少飞 祖祺 塔里木油田信息与通讯技术中心
【摘 要】 地处新疆的某油田进入成熟开发期后,老区产量不断递减,油气生产综合成本持续升高.随着基于“互联网 +”的油气物联网技术的应用, 为油田降低成本, 坚持 “两新两高” 发展模式奠定了基础. 本文结合油田骨干网的实际需求, 对作为油田信息通讯网络、数据传输网存在的带宽不足、接入手段单一、安全可靠性低等问题进行了仔细分析,本着高“效费比”的原则对该系统进行了重新规划构建；并介绍了其中部分骨干层 OTN 光传送网和某作业区汇聚层、接入层网络实施的成功案例.
【关键词】 两新两高 油田网络 数据传输系统 OTN 光传送网
一、油田骨干网数据传输系统建设的必要性
随着互联网技术的迅猛发展,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.
近年来,随着相关技术的应用,大港油田建立的“港西模式”缩短了油田产能建设周期的 70%,减少地面配套投资10%；并在此基础上实现了管理更加扁平化、数据采集更加准确及时.以壳牌代表的国外石油公司开展了称为“智能油气田”的物联网建设,实施后自 2002 年至 2009 年间,该公司所拥有的 50 个油气田获得了巨大的收益,数额高达 50 亿美元.
以上分析表明,从国内和国外的应用经验考虑,建设油田骨干网是必要的.某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；加之地处边疆少数民族地区社情复杂,油田周边维稳形势不容乐观,安保压力和安保支出费用常年维持较高水平, 造成油气生产综合成本持续升高.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.
二、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
某油田由于地处边疆偏远地区,各作业区单井分布面积广、单井间距长,几乎无电信运营商的光缆和无线基站信号覆盖.
随着二十多年的滚动发展,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,在油田勘探生产、员工生活和周边安保与社会稳定方面发挥了不可替代的作用.但目前骨干传送网存在以下主要问题：
1）由于多数传输链路随油田产能建设立项,各时期项目投资主体和管理模式不同,形成现网设备种类较多、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）由于没有统一建设,网络统一规划、统一利用的科学性和前瞻性原则得不到落实,造成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,多数作业区数据网络带宽只有100M,极大地影响了各作业区的生产和办公效率.
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.
2.2 数据传输子系统的设计原则
鉴于以上实际,采用以下原则,重新构建物联网数据传输子系统的工作已经迫在眉睫：
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.
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.按照油田发展规划,目前油田主要业务为 GE 业务,每个站点的业务总量不超过10G.因此,初期建设 40 波 10G 的波分系统就能够很好的满足目前业务需求,未来它还可以平滑扩容至 40 波道.系统共含 16 个 OTN 节点,分别为油田通信楼、轮南通信枢纽两个核心节点和设在 14 个重点油气作业区的网元.
在系统光层构建方面,我们的主要思路：
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.系统正常运行时,所有业务平均分担至俩 OTN 站点；意外灾害发生导致其中 1 台设备灾难性毁灭时,可以通过技术手段,迅速将业务切换到另 1 台设备上.
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,我们的主要思路：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.
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.
PTN 实现了由电路交换机制向分组交换机制的演进,具备弹性带宽分配、小颗粒业务（含 TDM 业务）接入兼容性强等特点.因此,新建作业区可考虑使用 PTN 和三层网络交换机接入,用端口聚合和 VLAN 实现任意速率、任意业务的接入.
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 WiFi 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.
三、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.这些都为油田继续坚持“两新两高”工作方针,并为未来油气生产组织方式和管理模式的变革奠定了坚实的技术基础.
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,这是我们目前必须面对的现实性问题.
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