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案例頻道 作者：趙慜 李建華 周玲（冀東油田井場數字化項目部）
摘要：落后的網絡通訊技術是制約油田地面工程數字化建設和升級改造的技術瓶頸。在油田向信息化、數字化邁進的過程中，如何解決監控數據、視頻信息穩定高速傳輸是大多數油田都要面臨的問題。結合冀東數字化油田建設通訊網絡的具體需求，本文詳細描述了冀東油田作業區在通訊組網的具體技術方案及升級改造后的使用效果。
Adstract：The behind network communication technology become the bottlenecks of the digital oilfield construction and upgrading. In process of oilfield towards informationization and digitization. It is most problems faced in oilfield how to solve the monitoring data and video to transmit steadily at a high speed. Combined with the specific requirements of the Jidong digital oilfield network，this paper describes the specific network technology program and the effect of use after upgrade.
關鍵詞：網絡通訊；監控；地址規劃；升級
Keywords：network communication; supervision; network-plan; upgrade
1、引言
隨著冀東數字化油田建設和自動化監控的普及應用，原有的通訊網絡已不能滿足現有的數據量傳輸需求，成為了自動化系統健康發展的瓶頸。大量視頻數據、井口數據和計量數據同時接收和轉發，對通訊設備提出了更高要求。追求高效、穩定的通訊網絡是自控系統正常運行的關鍵。本文以柳贊油區自動化網絡升級改造為例，簡要介紹了網絡升級方案及網絡改造后的運行效果。
2、網絡系統要求及結構
2.1升級后網絡系統要求
2.1.1升級后的自動化網絡要滿足油田日常生產數據監控、井場視頻語音信息傳輸等需求。網絡系統采用“主干千兆，支干千兆，百兆交換桌面”的三層設計思路，結構為“核心層+匯聚層+接入層”的3層樹狀網絡模型，其覆蓋范圍涵蓋管理部門和生產運行現場。
2.1.2 滿足200臺的以上各種監控計算機、控制器之間穩定通訊和高效通訊，實現油田主要生產環節和生產設備的自動化控制，使信息化管理深入到油田生產、管理的各方面。
2.1.3服務器設備具有冗余負載均衡的電源，可提供連續不斷的電源供應。
2.1.4采用最少的網絡互聯投資成本，最大限度的發揮網絡系統的效率。
2.2升級前、后通訊網絡結構對比
2.2.1 原有的通訊網絡
原有的自動化網絡以本地監控為主，通訊設備在邏輯上沒有劃分，同屬于一個大型二層網絡，通過廣播方式進行通訊，效率低下，不可管理，新建的視頻監控系統圖像有強烈的頓挫感。
圖1原自動化網絡
2.2.2 升級后的通訊網絡
升級后的通訊網絡將適應新的通訊需求，利用組網技術將網絡整改為模塊化的網絡體系結構。邏輯上進行劃分，使網絡具有可管理性、良好的擴容性、容錯性。避免網絡資源浪費，提升信息傳輸效率，增強網絡的安全性與穩定性。
網絡結構按功能共分為核心層、匯聚層、接入層。承載通訊系統的核心設備為H3C 7506交換機。匯聚層交換機使用H3C 5800，接入層交換機使用H3C 3100或3600交換機。這樣，三個層次的交換機都具有可管理性。核心層具有強大的數據處理能力，匯聚層分擔部分數據承載，接入層可管理（一、根據不同業務劃分交換機各接口功能；二、隨時管理控制交換機的工作狀態）。這實現了通訊網絡整體規劃，整體管理，網絡層次分明。
圖2升級后的自動化網絡
核心層：核心設備H3C S7506E支持多種隧道技術，支持IPv4的三層組播技術，采用分布式體系架構，實現業務的線速無阻塞轉發。強大的業務數據轉發能力從根本上解決了監控數據，海量存儲的帶寬問題。特別是組播技術的應用，解決了海量用戶對視頻觀看的需求，最大程度上減少了帶寬的浪費，從而減小網絡運行成本。
匯聚層：匯聚交換機器5800，具有即插即用、單一IP管理，同步升級的優點，可大大降低系統擴展成本。其路由熱備份技術，在整個網絡內實現控制平面和數據平面所有信息的冗余備份和無間斷的三層轉發，增強了網路整體的可靠性和穩定性，同時消除了單點故障，避免了業務中斷。通過分布式鏈路聚合技術，實現多條上行鏈路的負載分擔和互為備份。通過標準的千兆以太網接口實現智能彈性架構，可根據需求分配業務帶寬和系統連接帶寬，合理分配本地流量與上行流量，作為匯聚層設備，可以高效率的處理區域的數據，分擔核心的數據分發的承載壓力。
接入層：接入交換機3100和3600，使整個網絡結構層次分明，該交換機便于整體管理與規劃。它的使用提高了網絡管理、維護的方便性與易用性，對網絡中存在的問題進行檢測并能快速準確的定位故障點，并且可在網絡的管理和維護中對接入交換機進行批量操作，極大程度的提高網絡維護效率，有效降低維護成本。
模塊劃分網絡結構：根據油田作業區的網絡現狀，在網絡系統中，采用模塊化的網絡體系結構。根據通訊系統中不同的功能將整個網絡分為功能相對獨立的單元，這樣整體網絡功能可通過增加或刪除模塊來進行調整。在邏輯上以功能相近為原則，模塊可獨立擴展，也可在網絡上方便添加，且不影響其他模塊的網絡互聯。模塊之間的連接通過局域網核心節點設備實現，達到實際應用層之間的隔離或連接。
3、網絡實施內容
3.1 VLAN(虛擬局域網)劃分
原有的自動化通訊網絡是一個大的交換網，所有VLAN都穿透骨干，終結到核心交換機。網絡中大量的廣播路由信息，浪費帶寬，嚴重影響網絡的可用性和穩定性。而虛擬局域網能有效限制廣播的區域，使作業區所有的VLAN都終結到相應的二級節點上，這樣劃分在不同VLAN內的設備之間通過網關相互訪問，交換數據。因此網絡整改后，不存在穿透骨干網的VLAN，成就了核心路由，邊緣交換的網絡，使其安全性和可控性得到了保證。
(1) 柳贊三個采油區的視頻編碼器按各區歸屬分別劃分VLAN。
(2) 柳贊所有視頻解碼器單獨劃分在一個VLAN內。
(3) 柳贊地區井口數據業務和計量業務劃分在一個VLAN內。
(4) 建立一個管理VLAN，覆蓋到全網的每一臺交換機。
(5) 各區監控計算機按歸屬分別劃分VLAN。
3.2 IP地址規劃
IP地址的規劃應中充分考慮到地址空間的合理使用及日后的擴展，保證最佳的業務流量均勻分布。
(1) 每個生產單位的IP地址為連續的地址空間。相同的業務和功能分配在連續的IP地址內，便于路由聚合以及安全控制。
(2) IP地址的規劃即滿足現有網絡對IP地址的需求，又充分考慮未來業務發展，預留相應地址段。
(3) 按業務量大小分配各地址段。IP地址分配采用變長掩碼技術，保證IP地址的利用率。
(4) 采用CIDR技術，減小路由表大小，加快路由收斂，減小網絡中廣播路由信息大小。
4、網絡應用效果
4.1 升級后的柳贊地區通訊網絡已全部覆蓋該地區的各類自動化設備。采油區SCADA系統實現了57座計量間、轉油站生產工藝過程監控，495口油水井井口數據采集和41個井場的視頻圖像上傳。連接著該地區48臺監控計算機、57臺工控機及各種自動化儀器儀表，運行穩定。
4.2 升級后的通訊網絡采用了多種隧道技術和網絡三層組播技術，實現監控業務的無阻塞轉發。增強了監控業務數據量的轉發能力。視頻監控圖像流暢，卡頓現象消失。解決了數據存儲帶寬不足的問題。
4.3 升級后的通訊網絡為分布式體系構架，整體層次分明。便于整體管理和規劃，提高網絡了維護效率，能夠及時快速定位故障點，并能遠程對網絡交換機進行操作，極大程度的提高了網絡維護效率，縮短故障時間，有效保證了計量和視頻監控系統正常運行。
4.4 網絡安全性能得以全面提升。通過對網絡接入終端的檢查、隔離、管理和監控等措施，使整個網絡變被動防御為主動防御、變單點防御為全面防御、變分散管理為集中管理，提升了網絡整體的防御能力。
4.5 升級后的通訊網絡擴展性得以增強。通訊網絡采用模塊化的網絡體系結構，整個網絡按各功能分成相對獨立的單元，模塊可獨立擴展，也可在網絡上添加新功能模塊而不影響其他模塊的網絡互聯。
5、結語
新的通訊網絡系統可實現遠程高效、靈活安全的工作模式，能夠及時了解生產現場存在的問題，這將會為用戶帶來新的體驗和價值。員工們通過可視化的操作能夠監控到現場每臺設備的工作狀態，對提高工作效率降低勞動強度有著積極意義。在采油區的監控中心，自動化系統使生產過程變得更簡明、更易用、更人性化，這就是網絡信息化建設的根本所在。
摘自《自動化博覽》2011年第七期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號