作者：赵慜 李建华 周玲（冀东油田井场数字化项目部）

    摘要：落后的网络通讯技术是制约油田地面工程数字化建设和升级改造的技术瓶颈。在油田向信息化、数字化迈进的过程中，如何解决监控数据、视频信息稳定高速传输是大多数油田都要面临的问题。结合冀东数字化油田建设通讯网络的具体需求，本文详细描述了冀东油田作业区在通讯组网的具体技术方案及升级改造后的使用效果。

    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.

    关键词：网络通讯；监控；地址规划；升级

    Keywords：network communication; supervision; network-plan; upgrade

    1、引言

    随着冀东数字化油田建设和自动化监控的普及应用，原有的通讯网络已不能满足现有的数据量传输需求，成为了自动化系统健康发展的瓶颈。大量视频数据、井口数据和计量数据同时接收和转发，对通讯设备提出了更高要求。追求高效、稳定的通讯网络是自控系统正常运行的关键。本文以柳赞油区自动化网络升级改造为例，简要介绍了网络升级方案及网络改造后的运行效果。

    2、网络系统要求及结构

    2.1升级后网络系统要求

    2.1.1升级后的自动化网络要满足油田日常生产数据监控、井场视频语音信息传输等需求。网络系统采用“主干千兆，支干千兆，百兆交换桌面”的三层设计思路，结构为“核心层+汇聚层+接入层”的3层树状网络模型，其覆盖范围涵盖管理部门和生产运行现场。

   2.1.2 满足200台的以上各种监控计算机、控制器之间稳定通讯和高效通讯，实现油田主要生产环节和生产设备的自动化控制，使信息化管理深入到油田生产、管理的各方面。

    2.1.3服务器设备具有冗余负载均衡的电源，可提供连续不断的电源供应。

    2.1.4采用最少的网络互联投资成本，最大限度的发挥网络系统的效率。

    2.2升级前、后通讯网络结构对比

    2.2.1 原有的通讯网络

    原有的自动化网络以本地监控为主，通讯设备在逻辑上没有划分，同属于一个大型二层网络，通过广播方式进行通讯，效率低下，不可管理，新建的视频监控系统图像有强烈的顿挫感。

                    
                                           图1原自动化网络

    2.2.2 升级后的通讯网络

    升级后的通讯网络将适应新的通讯需求，利用组网技术将网络整改为模块化的网络体系结构。逻辑上进行划分，使网络具有可管理性、良好的扩容性、容错性。避免网络资源浪费，提升信息传输效率，增强网络的安全性与稳定性。
网络结构按功能共分为核心层、汇聚层、接入层。承载通讯系统的核心设备为H3C 7506交换机。汇聚层交换机使用H3C 5800，接入层交换机使用H3C 3100或3600交换机。这样，三个层次的交换机都具有可管理性。核心层具有强大的数据处理能力，汇聚层分担部分数据承载，接入层可管理（一、根据不同业务划分交换机各接口功能；二、随时管理控制交换机的工作状态）。这实现了通讯网络整体规划，整体管理，网络层次分明。

                    
                                        图2升级后的自动化网络

    核心层：核心设备H3C S7506E支持多种隧道技术，支持IPv4的三层组播技术，采用分布式体系架构，实现业务的线速无阻塞转发。强大的业务数据转发能力从根本上解决了监控数据，海量存储的带宽问题。特别是组播技术的应用，解决了海量用户对视频观看的需求，最大程度上减少了带宽的浪费，从而减小网络运行成本。

    汇聚层：汇聚交换机器5800，具有即插即用、单一IP管理，同步升级的优点，可大大降低系统扩展成本。其路由热备份技术，在整个网络内实现控制平面和数据平面所有信息的冗余备份和无间断的三层转发，增强了网路整体的可靠性和稳定性，同时消除了单点故障，避免了业务中断。通过分布式链路聚合技术，实现多条上行链路的负载分担和互为备份。通过标准的千兆以太网接口实现智能弹性架构，可根据需求分配业务带宽和系统连接带宽，合理分配本地流量与上行流量，作为汇聚层设备，可以高效率的处理区域的数据，分担核心的数据分发的承载压力。

    接入层：接入交换机3100和3600，使整个网络结构层次分明，该交换机便于整体管理与规划。它的使用提高了网络管理、维护的方便性与易用性，对网络中存在的问题进行检测并能快速准确的定位故障点，并且可在网络的管理和维护中对接入交换机进行批量操作，极大程度的提高网络维护效率，有效降低维护成本。

    模块划分网络结构：根据油田作业区的网络现状，在网络系统中，采用模块化的网络体系结构。根据通讯系统中不同的功能将整个网络分为功能相对独立的单元，这样整体网络功能可通过增加或删除模块来进行调整。在逻辑上以功能相近为原则，模块可独立扩展，也可在网络上方便添加，且不影响其他模块的网络互联。模块之间的连接通过局域网核心节点设备实现，达到实际应用层之间的隔离或连接。

    3、网络实施内容

    3.1 VLAN(虚拟局域网)划分

    原有的自动化通讯网络是一个大的交换网，所有VLAN都穿透骨干，终结到核心交换机。网络中大量的广播路由信息，浪费带宽，严重影响网络的可用性和稳定性。而虚拟局域网能有效限制广播的区域，使作业区所有的VLAN都终结到相应的二级节点上，这样划分在不同VLAN内的设备之间通过网关相互访问，交换数据。因此网络整改后，不存在穿透骨干网的VLAN，成就了核心路由，边缘交换的网络，使其安全性和可控性得到了保证。

    (1) 柳赞三个采油区的视频编码器按各区归属分别划分VLAN。

    (2) 柳赞所有视频解码器单独划分在一个VLAN内。

    (3) 柳赞地区井口数据业务和计量业务划分在一个VLAN内。

    (4) 建立一个管理VLAN，覆盖到全网的每一台交换机。

    (5) 各区监控计算机按归属分别划分VLAN。

    3.2 IP地址规划

    IP地址的规划应中充分考虑到地址空间的合理使用及日后的扩展，保证最佳的业务流量均匀分布。

    (1) 每个生产单位的IP地址为连续的地址空间。相同的业务和功能分配在连续的IP地址内，便于路由聚合以及安全控制。

    (2) IP地址的规划即满足现有网络对IP地址的需求，又充分考虑未来业务发展，预留相应地址段。

    (3) 按业务量大小分配各地址段。IP地址分配采用变长掩码技术，保证IP地址的利用率。

    (4) 采用CIDR技术，减小路由表大小，加快路由收敛，减小网络中广播路由信息大小。

    4、网络应用效果

    4.1 升级后的柳赞地区通讯网络已全部覆盖该地区的各类自动化设备。采油区SCADA系统实现了57座计量间、转油站生产工艺过程监控，495口油水井井口数据采集和41个井场的视频图像上传。连接着该地区48台监控计算机、57台工控机及各种自动化仪器仪表，运行稳定。

    4.2 升级后的通讯网络采用了多种隧道技术和网络三层组播技术，实现监控业务的无阻塞转发。增强了监控业务数据量的转发能力。视频监控图像流畅，卡顿现象消失。解决了数据存储带宽不足的问题。

    4.3 升级后的通讯网络为分布式体系构架，整体层次分明。便于整体管理和规划，提高网络了维护效率，能够及时快速定位故障点，并能远程对网络交换机进行操作，极大程度的提高了网络维护效率，缩短故障时间，有效保证了计量和视频监控系统正常运行。

    4.4 网络安全性能得以全面提升。通过对网络接入终端的检查、隔离、管理和监控等措施，使整个网络变被动防御为主动防御、变单点防御为全面防御、变分散管理为集中管理，提升了网络整体的防御能力。

    4.5 升级后的通讯网络扩展性得以增强。通讯网络采用模块化的网络体系结构，整个网络按各功能分成相对独立的单元，模块可独立扩展，也可在网络上添加新功能模块而不影响其他模块的网络互联。

    5、结语

    新的通讯网络系统可实现远程高效、灵活安全的工作模式，能够及时了解生产现场存在的问题，这将会为用户带来新的体验和价值。员工们通过可视化的操作能够监控到现场每台设备的工作状态，对提高工作效率降低劳动强度有着积极意义。在采油区的监控中心，自动化系统使生产过程变得更简明、更易用、更人性化，这就是网络信息化建设的根本所在。

    摘自《自动化博览》2011年第七期