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無源光纖網(wǎng)絡技術(shù)在天然氣工業(yè)中的應用
[ 通信界 / 張義堂 許 峰  張曉蕾 / www.k-94.cn / 2006/11/29 11:05:42 ]
 

張義堂 許 峰  張曉蕾


  摘  要:介紹了石油專用通信網(wǎng)采用無源光網(wǎng)絡2.048Mbit/s接入分配技術(shù)的應用實踐,探討了四川天然氣整狀氣田通信發(fā)展的方向。
  關(guān)鍵詞:專網(wǎng)通信 無源光網(wǎng)絡 應用


  語音通信、數(shù)據(jù)通信在石油天然氣工業(yè)的勘探開發(fā)過程中是必不可少的,生產(chǎn)調(diào)度、鉆探開發(fā)、地質(zhì)調(diào)查、物流、營銷、天然氣采集輸送等,沒有通訊指揮是不可想象的,因此通信在石油天然氣勘探開發(fā)中占有舉足輕重的地位。然而,由于四川天然氣氣井的不均勻分布,基本上全部集中在崇山峻嶺之中,山高坡陡,人跡罕至,通信的困難程度一直制約著川渝天然氣工業(yè)的發(fā)展。為此,石油企業(yè)曾投入大量的人力物力進行建設(shè)、改造,如鋪設(shè)電纜、架設(shè)電臺、使用微波通信、采用集群技術(shù)、依靠農(nóng)村公網(wǎng)電話等,但都不能滿足現(xiàn)代石油天然氣工業(yè)勘探開發(fā)的需要。在通信手段上,有的由于技術(shù)落后而被淘汰;有的由于管理跟不上,進口設(shè)備維修服務不到位,缺少材料備件而淘汰;有的由于操作復雜、可靠性差前線職工根本不愿意使用,直接影響了生產(chǎn);條件好的地方雖然使用了農(nóng)村公網(wǎng)電話,GSM移動通訊手機,但也只能解決話音通信問題,對天然氣數(shù)據(jù)采集、自動控制、數(shù)據(jù)傳輸和石油專網(wǎng)的接入都未解決。如采用衛(wèi)星通信,租用轉(zhuǎn)發(fā)器其運行成本又非常昂貴。那么如何建設(shè)面向未來的適合天然氣工業(yè)發(fā)展的通信系統(tǒng)?MOLENE  PON無源光網(wǎng)絡2.048Mbit/s接入分配系統(tǒng),是適合井位相對集中的氣田通信要求的。為此我們選擇了川東北氣礦鐵山氣田進行了大膽的嘗試,取得了圓滿成功。
  PON由光線路終端(OLT)、光配線網(wǎng)(ODN)及光網(wǎng)絡單元(ONU)三部分組成。如圖1。OLT位于本地交換局或遠端,為ODN提供網(wǎng)絡接口并與一個或多個ODN相連,其功能是為ONU所需業(yè)務提供必要的傳輸方式;ODN位于ONU和OLT之間,全部由無源器件構(gòu)成,具有無源分配功能;ONU位于用戶側(cè),提供用戶側(cè)接口并與ODN相連,一般在大樓或者用戶家中,用于實現(xiàn)光接入網(wǎng)的用戶接入。

  網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖中基本功能塊有:光線路終端(OLT)(局端)、光配線網(wǎng)(ODN)、光網(wǎng)絡單元(ONU)(遠端)及適配設(shè)備(AF)。主要參考點包括光發(fā)送參考點S、光接收參考點R、業(yè)務節(jié)點間參考點T以及AF與ONU之間的參考點a。接口包括網(wǎng)絡管理接口G3以及用戶與網(wǎng)絡間接口UNI。
  鐵山氣田位于四川達縣范圍內(nèi),距離達縣市區(qū)約50Km。有6個生產(chǎn)井站,位置相對集中。氣田內(nèi)部建有10kv高壓供電線路連通各井站,全長約11Km。利用該電力線路同桿建設(shè)一條四芯ADSS全介質(zhì)自承式光纜(G .652單膜光纖)連接各井站,從而形成了一條以T14井為樞紐并連接各生產(chǎn)井站的樹狀光纜線路,既節(jié)省了投資,又減少了施工難度。從氣田T14井到達縣租用中國電信一條2Mbit/s數(shù)字電路連接到氣田內(nèi)部通信系統(tǒng)上。
  網(wǎng)絡組織采用窄帶無源光網(wǎng)絡技術(shù)(PON)組網(wǎng),在每個生產(chǎn)井配置PON端口設(shè)備和PCM綜合業(yè)務接入設(shè)備各一套,在OLT端(局端)配置數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)一套。PON設(shè)備為各井站提供1個2Mbit/s的標準接口,PCM綜合業(yè)務接入設(shè)備將2Mbit/s的標準接口變換成交換機遠端用戶接口(FXS)和速率為64Kbit/s的數(shù)據(jù)端口。

一、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用點到多點的樹型結(jié)構(gòu)(如圖2):
  光纖接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)一般有總線形、環(huán)形和星形以及樹形等結(jié)構(gòu)。而樹形結(jié)構(gòu)又是一種總線形和星形拓撲的結(jié)合,其特點是:共享主干光纖,節(jié)省線路投資,增刪節(jié)點容易,適合廣播形業(yè)務。故本工程結(jié)合氣田井位實際情況傳輸網(wǎng)采用樹形結(jié)構(gòu)。
 

二、系統(tǒng)組成
  MOLENE  PON系統(tǒng)同樣由光纖線路終端OLT、光纖網(wǎng)絡單元ONU設(shè)備、無源分光器、SGM網(wǎng)管系統(tǒng)組成。
  1. 交換機側(cè)光纖線路終端(OLT)透明傳輸最多16個2.048Mit/s,符合G .703標準。采用19寸子架(模塊式結(jié)構(gòu)),最大可提供8個V24/V28或V11接口,本工程設(shè)計6個可用V24/V28接口。每個OLT最多可接8個ONU光接點。本工程暫時設(shè)計為5個ONU光接點。
  2. 用戶側(cè)光纖網(wǎng)絡單元(ONU)根據(jù)不同的要求配置,最多可提供16個E1,本工程采用2個E1。
三、系統(tǒng)應用
  MOLENE  PON系統(tǒng)是一個開放的透明支線網(wǎng)傳輸平臺,任何廠家的基于2Mbit/s、G .703接口的任何業(yè)務,均能在網(wǎng)上傳輸分配。
  在城市接入網(wǎng)中,連接商業(yè)用戶及住宅用戶的業(yè)務復用設(shè)備,包括:交換機遠端模塊、V5接口的接入網(wǎng)用戶設(shè)備(ONU)、PABX中繼、租用線復用器、LAN網(wǎng)關(guān)等,用于FTTC、FTTB、FTTZ光纖支線工程?梢詷(gòu)成具有獨立、集中網(wǎng)管的基站光纖傳輸網(wǎng)。由于基站所需2Mbit/s數(shù)量較少,點多容量小,基站分散,因此,MOLENE  PON網(wǎng)是最佳的選擇。
  在專業(yè)通信網(wǎng)中,PON完成一點對多點的光纖支線延伸。根據(jù)石油系統(tǒng)各氣田的具體情況,對于生產(chǎn)井相對密集的氣田采用MOLENE  PON結(jié)合多業(yè)務復用設(shè)備,可實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、語音、圖像傳輸?shù)榷喾N業(yè)務,能達到高效、可靠、低成本的效果。
  以建成的鐵山氣田通信系統(tǒng)為例,該氣田有6口生產(chǎn)井,每個生產(chǎn)井開通3部生產(chǎn)調(diào)度電話,占用3個時隙(FXS×3)。安裝V24/V28數(shù)據(jù)接口板1塊,解決系統(tǒng)遠程監(jiān)控的問題,占用1個時隙。根據(jù)生產(chǎn)需要安裝V24/V28或V35/V11接口板1塊,解決數(shù)據(jù)傳輸或SCDAD自動控制問題,占用1個時隙。這樣每個生產(chǎn)井共占用5個時隙。6個生產(chǎn)井剛好30個時隙,即1個E1(2.048 Mbit/s)。從鐵山T14井至達州(50Km)租用電信部門1個2Mbit/s數(shù)字電路,其傳輸帶寬剛好能夠滿足整個氣田各生產(chǎn)井的通信需求。既節(jié)約了工程投資和生產(chǎn)成本,又避免了傳輸帶寬的浪費。因此MOLENE  PON無源光纖網(wǎng)絡技術(shù)是很好的選擇。
  專網(wǎng)通信主要解決生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度,企業(yè)管理,天然氣輸送過程中的自動控制、通信聯(lián)絡問題,一般沒有商務運營。對于MOLENE  PON無源光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)部多余的傳輸帶寬還可以解決井站職工收視廣播電視節(jié)目的問題,為CATV有線電視信號傳輸提供傳輸通道,豐富井站職工的文化生活。
四、系統(tǒng)的主要特點
  1. 無源光網(wǎng)絡為純介質(zhì)網(wǎng),網(wǎng)絡對業(yè)務透明傳輸,帶寬不受限制,易于升級擴容,有利于未來新業(yè)務的接入,便于向?qū)拵ON網(wǎng)(ATM  PON)過渡,APON網(wǎng)可為用戶提供多媒體傳輸平臺或引入波分復用(WDM)技術(shù)擴展業(yè)務。
  2. PON網(wǎng)一般采用星形/樹形分支結(jié)構(gòu),便于構(gòu)建靈活的光傳輸網(wǎng)絡,用戶可共享光纖和OLT光收發(fā)設(shè)備,經(jīng)濟性好,適應性強,系統(tǒng)可靠性高。
  3. 網(wǎng)絡外部現(xiàn)場沒有有源電子設(shè)備,因而基本不需要維護,設(shè)備無需特制的機箱,減少了雷電危害和電磁干擾,提高了網(wǎng)絡的可靠性。由于采用了無源的光功率分配器,使功率降低,因此適合短距離使用(一般在20公里內(nèi))。
  4. 可靈活配置接入1至16個E1,并可增加V24/V28或V11接口。
  5. 需要時可配置光鏈路備份、2Mbit/s電接口備份,進行綜合保護。
  6. 下行方向的傳輸過程是:OLT送至ONU的信息通過時分復用(TDM)的方式組成復幀在光纖中傳輸,再通過無源光分路器以廣播式送至每個ONU。ONU接收到下行信號后取出屬于自己的那部分信息;上行方向的傳輸過程是:ONU至OLT的上行信號主要采用時分多址(TDMA)、或碼分多址(CDMA)、波分多址(WDMA)及空分多址(SDMA)等多址接入方式。由于各ONU與OLT的距離不同,因此要對ONU進行測距以防止各ONU的上行信號的碰撞。但本系統(tǒng)具有復雜準確的測距功能和先進的遠端光功率控制能力。
  7. 功能完善的網(wǎng)管系統(tǒng)能對一個或多個系統(tǒng)進行集中監(jiān)視管理。直觀的圖形化界面網(wǎng)絡管理系統(tǒng)可完成:配置管理(設(shè)備清單、方框圖、創(chuàng)建鏈路等);故障管理(查看告警信息、重新配置等);性能管理(傳輸質(zhì)量的測量、性能描述等);安全管理(接入等級的管理、口令等)。
  8. 復接2Mbit/s和V24/V28或V11接口信號。兩種時鐘源同步:外同步時鐘信號和OLT的2Mbit/s輸入信號。在無外部時鐘源時,使用局端OLT的內(nèi)部振蕩器時鐘源。
五、SGM網(wǎng)管系統(tǒng)
  SGM是MOLENE  PON無源光纖網(wǎng)絡設(shè)備的管理系統(tǒng),一般有本地工作站(SEL)、遠距工作站(SID)、本地分站(PEL)和遠距監(jiān)視站(SSD)四種類型的工作站組成,能夠靈活地運行和管理整個PON支線網(wǎng)平臺。
1. SGM管理的資源和對象:
 光路;
 局端設(shè)備(OLT)到 遠端設(shè)備(ONU)互連的所有對象;
 局端(OLT)和遠端(ONU)的設(shè)備、板卡和接口;
 2M備用模塊,外部同步模塊;
 鏈路(2M、V11、管理通道等)
  SGM通過一個圖形化的用戶友好人機界面,可以方便地輸入網(wǎng)絡資源配置情況和控制管理命令,它兼容WINDOWS人機接口習慣用法,包括:鼠標、鍵盤、菜單、子菜單、對話盒、圖形窗口、事件窗口等。
2. 配置管理
  管理方式主要有在線和記錄配置兩種。
  在線配置可以使用戶能夠管理和修改網(wǎng)絡資源及其分配,連續(xù)的監(jiān)視網(wǎng)絡和資源的運行情況,核對管理系統(tǒng)和有效設(shè)備之間的一致性,恢復有關(guān)對象的信息,并給用戶提供服務。
  記錄配置主要用于培訓,網(wǎng)絡擴容升級方案以及緊急備用方案,用戶建立記錄配置能夠?qū)①Y源分配給光纖通路構(gòu)成一個配置表,并存儲在數(shù)據(jù)庫。
3. 性能管理
  性能管理使用戶可以在使用中測試光路的傳輸質(zhì)量,包括;誤碼秒(SAE),嚴重誤碼秒(SGE),降級分(MD),不可用時間(TI)。
  用戶還可以進行瞬時單個測量記數(shù),也可以按某個時段進行系列統(tǒng)計測量。性能管理還能夠使用戶在故障發(fā)生前就能夠提前檢查出故障隱患,并進行排除。
4. 故障管理
  為了預防故障發(fā)生,便于查找故障源,執(zhí)行必要的保護操作,故障管理能在網(wǎng)絡運行狀態(tài)下操作,在設(shè)備工作狀態(tài)下進行維護,大量減輕維護人員的勞動強度和節(jié)省維護費用,提高設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性。
  故障管理對告警和事件的故障的監(jiān)測可以實時顯示出來,并記入日志記錄。
  網(wǎng)絡設(shè)備根據(jù)故障檢測能夠進行自動切換:備用的ONU、光路、2M鏈路等。
  用戶也可以人工控制、處理。對光路、2M鏈路 、ONU進行人工切換;對ONU進行重置;對2M鏈路及V11通路環(huán)回測試,以及對印制板卡測試,連接測試等。并且可以對不同的使用人員設(shè)置不同等級的使用權(quán)限。
六、 總結(jié)
  由此,MOLENE  PON無源光纖網(wǎng)絡傳輸技術(shù)是一種新型的基于無源光纖網(wǎng)絡(PON)的2Mbit/s接入分配系統(tǒng)。特別適用于中小容量的用戶接入支線網(wǎng)。據(jù)了解,無源光網(wǎng)絡在我國,在亞太地區(qū)正在迅猛發(fā)展。特別是在日本,用戶已達幾十萬戶。同時,MOLENE  PON網(wǎng)絡也是實現(xiàn)光纖到大樓(FTTB),光纖到路邊(FTTC),光纖到小區(qū)(FTTZ)以及光纖到鄉(xiāng)村(FTTR)接入網(wǎng)經(jīng)濟實惠的基本支線傳輸網(wǎng)。它結(jié)合多業(yè)務復接設(shè)備,能夠優(yōu)化光纖網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),滿足基層站點話路、數(shù)據(jù)、圖像、會議電視、自動控制、遠程監(jiān)控等多種業(yè)務的綜合要求。
  目前,PON的發(fā)展已進入大容量、多業(yè)務、高速率階段,其發(fā)展過程走過了PON—APON(網(wǎng)絡)—EPON(以太網(wǎng))—GPON(吉比網(wǎng))階段,而PON已逐漸趨于淘汰,但從鐵山氣田無源光纖傳輸網(wǎng)的建設(shè)實踐看,MOLENE  PON系統(tǒng)非常適合石油系統(tǒng)建設(shè)專用通信網(wǎng)的需求,特別是整裝氣田的通信網(wǎng)建設(shè)。MOLENE  PON無源光纖網(wǎng)絡技術(shù)2Mbit/s接入分配系統(tǒng)為小容量,短距離的專業(yè)網(wǎng),十分經(jīng)濟、可靠,因此是石油專網(wǎng)通信面向未來的新技術(shù),是延伸和優(yōu)化光纖網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的基本手段。

作者簡介:
  張義堂(1954—),男,1987年畢業(yè)于瀘州教育學院。1972年開始一直從事通信技術(shù)工作,瀘州市通信學會會員,工程師。
  許  峰(1968—),男,1987年畢業(yè)于重慶郵電學院,助理工程師。
  張曉蕾:女,2003年畢業(yè)于西南石油學院,助理工程師。
  通信地址:重慶市江北區(qū)大石壩大慶村川東北氣礦
  郵   編 :400021
  聯(lián)系電話:02367313925    13983765388   13983266766

 

作者:張義堂 許 峰  張曉蕾 合作媒體:四川省通信學會 編輯:顧北

 

 

 
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