长输管道通信网络建设分析

第 3 O卷第 2 期 Q Q 三 E ! ，J l T 技 术 应 用 Vo I 3 0 No 2 Ap r 2 0 0 8 长输管道通信网络建设分析 王焕光 ( 中国石化集团第十建设公司，山东淄博 2 5 5 4 3 8 ) 摘要对西南成品油管道工程通信业务进行了分类与整合；针对每类业务的特性，给出了其承载网络及网 络建设技术体制；结合网络覆盖范围，根据现场实际给出了各网络承载业务的网络结构建设方案 ； 并结合业务流量分析，导出了各网络的建设带宽及基础承载网络的带宽分配模型，最后对长输管道 通信 网络 的建设提 出几点建议 。该方 案清晰了网络建设 ，优化资源利用 ，方便 了网络的维护管理 。 关键词网络建设 带宽分配 多业务传输平台 自动交换光网络 下一代网络 中图分类号 TU7 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 3 2 3( 2 0 0 8 )0 2 0 0 0 9 一l 1 随着长输管道 ( 油、 气) 储运 自动化与信息化 的迅 猛发展 ，管道通信 网络承载的业务越来越多，这些业 务既包括生产业务 ，又包括管理业务。生产业务一般 具有实时性强、可靠性高 、 流量小、均衡性等特点 ， 如 S C AD A控制系统等业务； 而管理业务一般具有突发性 强、流量大等特性 ，如办公OA、会议电视等业务。本 文就 以西南成品油管道通信网络建设为例 ，对长输管 道的通信网络建设进行分析。 西南成品油管道工程是中国石化股份有限公司投 资建设的基础建设设施项 目， 密闭顺序输送9 0 #、 9 5 # 汽油和 0 #柴油。管道干线途径广东、广西、贵州和云 南四个省，沿线高程变化大 ，云贵高原以低中山为主， 海拔在 1 6 0 0 2 4 0 0 m，贵州高原 以低中山和高原丘陵 为主 ， 海拔在 8 0 0 1 4 0 0 m，广西以丘陵为主 ， 海拔多 在 2 0 0 m左右。工程管道干线从广东茂名到云南长坡 ， 全长 1 5 3 9 k m，设茂名首站 1 座 ，中间泵站、分输站、 分输泵站 1 4座 ，长坡末站 1 座 ；黎塘 南宁支线长 1 0 7 k m，设南宁支线末站 1 座 。 西南成品油管道采用密闭输油工艺， 分输站点多 ， 输送油品种类多 ，各站分输量不均衡 。为保证西南成 品油管道的安全、 平稳、 可靠运行 ， 采用监督和数据采 集系统 ( S C AD A) ， 在茂名调控中心对全线进行监控。 由于多品种成品油管道的 S C ADA系统对通信系统要 求较高， 为保证其可靠性 ， 调控 中心的S C ADA系统与 各站控系统之间的通信，采用光传输系统设备 。 为了有效解决西南成品油管道通信资源的合理建 设与优化利用等问题 ，本文详细分析管道通信各种业 务类型的基础上 ， 提出了一种 “ 宽带化、光纤化、智能 化、数字化 ”的长输管道通信 网络建设方案。 1业务分析 1 1业务种类 西南成品油管道通信业务按照业务信号类型划分 ， 可以分为数据 、语音及多媒体业务。整条管道采用多 业务传输平台 ( MS T P S DH)来承载，具体业务分类 见下表 ： 表 1 长输管道通信业务分类 业务类型 业务系统 语音 务 嘲度电话 行政电话 光缆 O A等各种信 数据业务 s c 。 系 电力保护 阴极保护 综台闱管系统 监测系统 息管理系统 多媒体 k 务 图像倚控系统 会议电视系统 机房崎控系统 1 2业务通道 上述各种业务所需要的通道模式各不相 同，大体 上可 以分为 E 1 专线通道和 I P ( F E、G E)数据通道两 大类。 S C ADA系统采用多通道模式 ， 即采用二路I P 数 据通道与一路公网 ( P S T N I S DN)通道 ， 保证控制信 号的实时性 、 安全性。 语音业务采用一路E 1 专线通道 ， 其它业务各采用一路 I P数据通道。各种通信业务对应 的通道模式见表 2 所列 ： 表 2长输管道通信业务通道模式 1 3业务特点 上述业务的特点各不相 同，具体如下 ： ( 1 )S C ADA控制系统业务 ，是生产控制类业务， 是管道通信业务 中的重中之重，直接关系到整条管道 的生产运行。 此业务具有传输时延小、 实时性高、 误码 欢迎访问： 中国化工建设网 w ww c c c e r t r o r g 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m P h石om i油ca lC化ons工tm c建6on设 2 0 0 8 年 第 3 0 奄 第 2 期 率小、可靠性高 ，流量小等特点 ； ( 2 )调度 电话 、行政 电话业务为非控制生产类业 务， 属于准实时陛业务，流量小、可靠性高 ， 其传输频 度低于S CADA系统业务 ，但其是长输管网调度 自动 化不可或缺的关键业务 ，是保障管道生产 、调度正常 运转的基本手段 ； ( 3 )电力保护、阴极保护、网管系统、光缆监测系 统等业务是管道生产业务的辅助手段 ，是管网管理的 精神支柱，流量较大，但属于均流性业务； ( 4 )图像监控系统、会议 电视系统 、办公 OA等业 务 ，是管道信息化管理的基本手段 ， 一般具有流量大 、 突发性强等特点。 1 4业务分布 西南成品油管道横跨广东、 广西 、 贵州、 云南四省 区，其主要通信业务分布在主调控中心、沿线的中间 泵站 分输站 、 分输泵站 支线下载站、配套油库以及 各省管理处。 主调控中心是整条管道的管控 中心 ， 同时也是各 通信业务的汇聚 中心，提供数据汇聚与处理 、同步系 统及各系统监管。 中间泵站、 分输站、 分输泵站、 支线下载站的生产 业务都有 S C ADA控制系统进行监控 ，为主要数据通 信业务 ，此外还有行政 调度 电话、图像监控、会议 电视 、电力保护、办公 OA等业务 。 配套油库主要有数据上传、行政语音 电话业务。 各省管理处为管道二级管理机构 ，负责各省所辖 内管道生产运行，主要业务有行政 调度 电话、会议 电视 、办公 O A等业务。 2 网络建设分析 2 1总体方案 从上述业务分析可知 ，西南成品油管道通信网络 既要承载语音业务 ，又要承载数据和多媒体业务 ；既 要承载实时业务 ， 又要承载准实时性和非实时性业务 ， 既需要I P通道 ， 又需要E1 专用通道 ， 各业务分布模式 及承载所需要的通道类型各不相 同。由于 目前下一代 网络 ( N G N) 的发展尚未成熟， “ 语音、数据、多媒体 三网合一”中Q o S问题并没有得到有效解决，因此 ， 采 用统一的I P 网络平台来承载所有通信业务是不可取的 ， 只能采用统一的多业务网络平台 ( MS T P S D H) 来承 载 ，但 目前该方式还不能支持三层路由功能 ，单独组 网不能满足管道数据业务要求 ( 横 向分区、纵向隔离 且调度数据网络内部各横 向节点不能互相访问，综合 业务数据网内VP N过多及流量控制等问题 ) ，需配合 其它数据网技术进行组建 。因此，西南成品油管道通 信业务需分别建设相应的网络来承载，建设总体方案 如下： ( 1 )管道通信网基础建设 西南成品油管道工程采用 1 6 芯G 6 5 2 光缆与管道 同沟敷设 ，组建光纤传输系统， MS线性 1 +1 保护链 路。传输系统为符合信息产业部测试通过的多业务传 输系统 ( MS T P S DH) ，采用 2 5 G光传输系统作为传 输线路， 并可平滑升级到 1 0 G。 光传输设备选用朗讯公 司( L u c e n t ) 先进的 MS T P系统 Me t r o p o l i s ADM 系列产品。光传输系统 网络见 图 1 ： t 匪 * 图1光传输系统网络图 光传输系统通过路 由器为S C ADA系统提供2 条独 立 、专用的快速以太网通道 ，并完成电信公网备用功 能； 通过交换复用设备为语音业务提供 电话机接口； 为 会议电视 、图像监控系统、 办公 O A等系统提供各 自的 以太网通道 ；为图像监控系统提供 RS 2 3 2 RS 4 2 2 RS 4 8 5 控制接 口；为电气变电所微机保护及监控系统、 阴极保护系统等提供各 自的以太网通道。 ( 2 )对于语音业务 ， 目前一般 由程控交换网络来承 载，考虑到NGN发展趋势， 程控交换网未来可能会被 软交换网络所替代。对于西南管 网而言 ，语音业务主 要体现为调度电话与行政 电话。 在工程建设中， 为减少各个站场的维护工作量 ， 避 免重复投资，在茂名主控 中心设置一台局用数字交换 机 ， 采用热备形式， 和公网相联。 充分利用该交换机的 程控功能 ， 来实现调度总机的功能 ， 行政 电话、 生产调 度电话、紧急直通电话一机完成。沿途各站场的语音 采用交换复用设备 P C M根据需要进行下滑。 语音交换 系统见 图2 ： ( 3 )对于数据业务， 目前一般由综合业务数据网来 承载，以 I P数据通道为主。主要数据业务有 S C AD A 控制系统、电力保护、 办公O A等， 其中以S C A D A控 制系统数据通信为主。 S C ADA系统是整个西南输油管线的控制系统 ， 为 7 0 欢迎访问： 中国化工建设网 w ww c c c e n r o r g 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王焕光 长输管道通信 网络建设分析 保证它能安全的、可靠的对整个输油管线的控制，它 采 用 的分 布 式的控 制 系统 ， 采用 的控 制 方 式为 ： S E RVE R- TO - S E R VE R， 也就是说每个S C AD A服务 器除了对本站场的输油管道进行控制 外，还能对其它 站场或阀室的输油管道进行调控。为确保 S CADA系 统能很好的对输油管线的控制 ，整个 网络设计整体思 路是：正常情况下要以 1 0 0 M 线路为主传输线路 ，只有 1 0 0 M线路都中断后， 才启用拨号( I S DN P S TN) 备份线 路 ，整个 网络采用的是动态路 由协议 ，当一条链路中 断或设备 出现故障后 ，自动的选择其它路径 ，不影响 系统的运行 ，保证整个网络系统稳定、健康地运行。 图 2 语音交换系统 图 因此 ，建议将网络设计成一种星状拓扑逻辑结构 网络。西南成品油管道通信系统工程包括两个调控 中 心，茂名 ( 主调控中心)和 昆明 ( 备用调控 中心 ) ，包 括 l 9 个分节点和 8 个阀室。中心节点和各分节点通过 沿管线设计的光缆顺序联接， 构成骨干网络。同时， 为 了保证网络的可靠性 ，在网络的各分节点设计使用两 台路由器 ， 互为备份 ， 避免故障单点。 调控 中心与分节 点之间通过两路 自有S DH百兆光纤做为主线路 ，采用 公网的 I S DN或DD N做为备份线路。当主干链路失效 时， 自动启动备份。 S C ADA系统 网络逻辑拓扑图如下 图 3 S C A D A系统数据网络逻辑图 其它数据业务，如电力保护、 办公OA等 ， 将直接 采用基础传输网络 ( MS T P S DH)的 I P通道承载。 ( 4 )对于多媒体业务 ， 主要有图像监控系统、会议 电视 系 统 等 。 其 业 务 将 直 接 采 用 基 础传 输 网络 ( MS T P S DH)的 I P通道承载。 会议 电视系统： 在主控中心设置一个大型的视5 个 站场分别设置小型视频会议室。茂名主会场通过局域 网与各地会场相连 ， 形成一个星状拓扑逻辑结构网络。 图像监控系统： 本管道工程主站设在茂名 ， 其它各 站场分别设在沿途 l 5 3 9公里的不同地段。横跨四省 ， 地形复杂， 交通不便 ， 所以远程监控尤为重要。 远程监 控实施方案为：主监控站设在茂名主控中心，在主控 中心设立大屏幕系统 ，其它 l 8 个站场设监控站，把摄 像机对其站场的库区、门禁、火警和操作室监视的图 像信息首先送道本站的监控站 ，再 由本监控站集 中传 送到主控 中心茂名。两个监控站均可对摄像机进行预 调、切换控制 ， 各行其事，互不干扰 ， 只是主监控站的 等级高一些。 ( 5 )对于上述业务与承载网络， 为保证各 网络质量 和方便运行维护管理 ，需建设相应的支撑网 ( 如同步 网、网管系统等 )来支撑整个网络的正常运转。 整个管道通信网络建设与业务承载关系示意如图： 图4西南管网通信业务与业务承载网络建设思路示意 将整个管道通信网络体系结构分为业务应用层 、 接人网络层 、 业务网络层 、 传输网络层、 支撑网络层等 5 层 。其中业务应用层又分为语音 、数据、多媒体等业 务 ，各业务根据 自身特性分别采用接人 网 ( 包括会议 电视和 图像监控 ) 和业务网 ( 包括综合业务数据网、 行 政 调度交换网)以及直接利用传输网进行承载。 2 2网络技术体制 ( 1 ) 传输网：目前， 传输网络采用的主流技术根据 其演进过程依次为 S DH、MS T P、DWD M、A S ON等 组网技术 ，各技术从网络成熟及可靠性考虑，S D H技 术最为成熟，MS TP 、DWD M 也开始大量应用 ；从支 持多业务功能上看 ，MS TP， DWDM与 A S O N技术都 支持 ；从网络的生存性考虑 ，AS ON由于采用网状组 欢迎访问： 中国化工建设网 w w w c c c e n r o r g 7 1 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m P e t r o l e u m a n dC h e mi c a l C o n s t r u c t io n C0 石油化工建设 网及 R S VP协议 ，使得其生存性更强 ；从使用纤芯的 数量考虑，显然 ，D WDM最节省光纤资源 ；从网络智 能型考虑 ，AS ON由于具有控制平面 ，使其具备 了其 它技术不具备的智能特点，最便于维护管理；从经济 性考虑，S DH、MS T P最为便宜。因此，根据 目前管 道通信网的建议投资及控制生产业务的安全可靠 、多 业务等特点 ，建议传输网采用MS T P S DH技术组网。 ( 2 )交换网：目前， 语音交换网可采用的组网技术 主要有程控交换和软交换，程控交换网络是目前语音 交换网络中最为成熟的技术 ，其使用 电路交换的传输 承载方式，已在长输管网系统等到大量应用。考虑到 生产业务的可靠性 ，以及资金投人等因素， 建设行政 调度交换网依然采用程控交换技术组建。 ( 3 )数据 网：目前， 数据网采用的主流技术主要有 A T M、P o S、G E 、R P R等组网技术。AT M 技术由于 其技术复杂、 带宽瓶颈、 价格昂贵 ， 显然不太适合在长 输管网中应用；从技术可靠性及成熟性考虑，C E由于 采用以太网技术 ，网络保护机制等组网技术，对于综 合业务数据网，建议采用性价比较高，扩展能力强的 G E技术组建 。 ( 4 )接人 网： 接人 网主要包括 图像监控系统和会议 电视系统。其 中，对于会议电视系统 ，目前主要有 H 3 2 0 和H 3 2 3 两种组网技术 ， 建设采用 H 3 2 0 和H 3 2 3 并存的组网模式，因为该方式可 同时兼顾 H 3 2 0系统 的通信带宽稳定、多媒体画面流畅和 H 3 2 3 系统的低 廉成本的优势。该系统将承载在基础传输网上。 图5西南管网通信网络建设方案示意 ( 5 )支撑 网： 主要包括 同步网及网管系统。其中同 步网包括时间同步网和频率 同步网，由于两同步网在 同步基准源上是一致的，且彼此满足精度要求 ，因此， 建设两网的基准源合二为一进行建设，各基准源均提 供时间同步信号和频率 同步信号 ，构成两 同步网络一 体化 ， 优化 同步网络资源配置 ，简化网络的维护管理。 2 0 0 8年第 3 0 卷第 2 期 对于综合网管系统 ，根据 目前的技术现状，只能采用 厂家网管系统 ( 如 C i s c o Wo r k s 2 0 0 0 ，L u c e n t I T M S C网管 ，P C M 网管等) 、机房监控系统等逐一建设的 思路进行。 整条管道通信网络建设内容与技术体制如图5 所示。 2 3 网络结构分析 网络结构与业务分布、 业务特性有着密切的关系， 一 般而言 ， 业务分布包括均匀型、 相邻型、 集中型等三 种典型业务分布模型。 对于承载集中型业务的网络 ， 一 般采用星形或树形结构；对于承载相邻型业务的网络 ， 一 般采用环状结构 ；对于承载均匀型业务 的网络 ，一 般采用网状 或半网状结构。对于西南管网而言 ，各网 络承载的业务分面模型和网络结构建设如图所示。 图 6 业务 分布模型 示意 ( 1 )行政 调度交换网：其承载的业务为分层集中 型业务 ，若采用星形或树形结构组建交换网，但考虑 到其业务量小 ，建议采用星形结构，中心节点为茂名 主调控 中心。 ( 2 )综合业务数据网： 其承载的业务属于均匀型业 务 ，因此，该网络在其汇聚层应采用网状或半网状结 构。 ( 3 )传输网： 其承载的业务相对于其它网络承载的 业务分布模式而言，更趋于离散化，但整体上呈集中 型， 又通过公网形成环保护 ， 因此 ， 该网络结构应为环 状或网状结构。 2 4 网络 带宽分析 网络带宽主要与用户量、 业务流量 、 信息流向及网 络结构有较大关系 ，不同网络由于用户数量、业务种 类不 同，因此其业务流量也不相同。对于实时性业务， 例如 S C AD A控制系统，其流量统计一般按峰值计算， 即按可能出现的最大信息流量计算；对于非实时性业 务 ， 例如图像监控、 会议 电视等业务 ， 其流量统计按照 均值计算 ；对于西南成 品油管道通信网络 ，各网络流 量统计与带宽估算如下 ： ( 1 )综合业务数据网：根据运行部门统计 ， 对于一 个站控点而言，其S C A D A系统流量为2 Mb i t s ， 图像 监控系统为5 1 2 K8 = 4 M b i t s ，会议电视系统为2 M 2 = 4 Mb i t s ，以及办公 OA等其它业务流量，一个 欢迎访问： 中国化工建设网 w ww c c c c n r o r g 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王焕光 长输管道通信网络建设分析 站点业务流量大致为 1 5 Mb i t s 。对于汇聚节点 ，按照 1 个汇聚点平均汇聚 4 个接人点考虑 ， 则其流量大致为 41 5 = 6 0 Mb i t s ；对于核心节点 ， 按照 1 个核心节点 汇聚8 个汇聚节点考虑， 其流量约为8 X 6 0 =4 8 0 Mb i t S ，为便于 以后网络业务的扩展 ，建议该网络核心层与 汇聚层采用千兆带宽互联 ，接人层采用百兆接人 。 ( 2 ) 行政 调度交换 网 ：按照每个节点均采用 2 Mb i t s 中继与中调互连，刚西南管网 2 3 个用户节点 所需要的网络带宽为 2 X 2 3 =4 6 Mb i t s 。考虑到扩容 的需要 ，按照 1 个 1 5 5 Mb i t s 带宽分配。 ( 3 )传输网：根据上述技术分析及综合业务数据 网、行政 调度交换网建设的需要，西南管道通信网 MS T P S DH传输网由一个 2 5 Gb i t s 环构成，承载其 环 2 2个节点的通信业务 。 3网络建设可行性建议 西南管道通信 网络按既定方案成功建成 ，其各项 业务运行正常 。 对于一个工程通信网络建设项目而言 ， 是不会永久保持其先进性与可靠性 ，随着传输 网、交 换网等技术的发展 ，管道通信网络更有其新的方向与 技术。下面就在本方案的基础上 ，提出几点可行性建 议。 ( 1 )光缆通信线路建设 在本工程 中采用光缆同沟敷设的方式，优点在于 敷设工艺简单 ， 但是在 山区、 河流、水网、石方区等地 段，光缆性能指标得不到保证 ，断点增多且不易寻找 ， 给通信线路建设带来一定的困难 。因此 ，建议光缆通 信线路，采用硅芯管敷设 +气吹光缆的方式进行。其 施工程序为： 来广域稳定控制系统的严格要求 ( 如 ：油气管网的整 合与管理) 。随着传输 网技术的更新换代 ，目前已进人 自动交换光网络 ( A S O N) 时代。 在骨干和汇聚网络中， AS O