“数字化油田”各种通信技术对比分析

数字油田数字油田 各种通信技术对比分析各种通信技术对比分析 二 一 年八月二十六日 1 目目 录录 一 传统一 传统 数字油田数字油田 无线通信技术说明无线通信技术说明 0 1 数传电台技术 0 2 GPRS CDMA 1X 技术 0 3 无线网桥 802 11a 技术 2 4 MESH WiFi 技术 4 5 McWiLL 技术 6 一 传统一 传统 数字油田数字油田 无线通信技术说明无线通信技术说明 1 1 数传电台技术 数传电台技术 无线数传电台 技术为油田的信息化做出了重大的贡献 该技术投资少 见 效快 覆盖距离远 运行稳定 作为低速的无线数据接入系统 在过去的 10 多 年的时间内 毫无疑问它是油井数字化建设的不二的技术选择 目前数传电台 面临重大的技术挑战 数字油田 发展的要求越来越高 突出表现在对带宽 的要求越来越大 对实时性要求越来越高 对业务的综合能力越来越高 不仅 要传输 三遥 的数据 还要传送图象业务 应急通信 调度等综合性的业务 需求 对于已经建设的油井 数传电台还是需要继续发挥它的重要作用 对于正 在建设的油井 数传电台可以作为一种临时的手段 不再适合大规模部署的技 术手段 我们认为应该采用新一代的无线宽带接入技术来满足 数字油田 建 设的最新要求 新一代的无线宽带接入系统基于移动 WiMAX 标准化技术 采用全 IP 的承载 平台 符合 最高的带宽能力 最大的用户容量 最综合的业务支持能力 最 优化的投入产出效率 的技术要求 是目前为止 数字油田 建设最佳的无线 通信技术 总结 数传电台是我们油田信息化建设不可缺少的无线通信技术手段 但总结 数传电台是我们油田信息化建设不可缺少的无线通信技术手段 但 是我们需要逐步地向新一代的无线通信技术进行演进 以满足油田建设是我们需要逐步地向新一代的无线通信技术进行演进 以满足油田建设 减员减员 增效增效 的战略要求 的战略要求 2 2 GPRS CDMA 1XGPRS CDMA 1X 技术技术 GPRS CDMA 1X 公网技术已经广泛地应用于 数字油田 的建设中 经过几 年的部署和应用 对于该技术的优势和劣势 油田用户已经有了客观的认识 1 优势 优势 中国移动 GPRS 系统可提供广域的无线 IP 连接 建设周期短 建设成本低 油田不需要建设专用网络 利用 GPRS 业务平台构建油井数据采集传输系统 设备安装方便 维护简单 GPRS DTU 功耗为 200mW 左右 比较适合野外恶劣的供电环境 可以满足太 阳能供电的要求 劣势 劣势 GPRS 是公网技术 不是 专用的网络 无法保证 专网优先的应用 因为公网里的所有用户是 公平使用网络的 当用户较多时网络的质量就急 剧下降 每个用户的服务质量均下降 GPRS 是公网技术 它支持的下行带宽大 上行带宽小 适合 Internet 业务 但是专网的数据传送规律恰恰相反 专网要求 上行带宽大 下行带宽小 与公网的网络能力正好相反 这也是使用 GPRS 后大家普遍感觉非常失望 反差 很大的根本原因 目前 GPRS 理想的数据传输速率在 30Kbps 左右 油井密度大的地区 或手 机使用频繁的区域 带宽只有几 Kbps 左右 无法满足宽带的需求 视频业务的 接入完全没有可能 实时性差 GPRS 的时延容易受到网络负荷和环境的影响 时延一般为 600 1500ms 2 GPRS 由于技术的局限 它的的丢包率在 1 4 左右 丢包率太高 是工业 应用无法容忍的 需要在网络的上层进行二次开发才能满足系统的要求 GPRS CDMA 1X 因租用公网网络 随时间累积 其线路租用费用对油田来讲 也是一笔很大的支出 总结 我们认为总结 我们认为 GPRS CDMA 1XGPRS CDMA 1X 已经完成了历史使命 已经不适应已经完成了历史使命 已经不适应 数字油数字油 田田 的发展要求 可以作为一个临时或过渡性的技术使用 的发展要求 可以作为一个临时或过渡性的技术使用 3 3 无线网桥 无线网桥 802 11a802 11a 技术 技术 无线网桥技术也已经广泛地应用于 数字油田 的建设中 特别是在视频 监控应用方面发挥了重要的作用 但是在应用到 工业数据采集传输 方面就 渐渐地暴露了它的技术局限性 优势 优势 工作频率 所有无线网桥产品均采用 802 11 技术 工作频率一般为 2 4GHz 或者 5 8GHz 采用 20MHz 载波 BPSK OFDM 64QAM 的调制 带宽 一对无线设备产生的 TCP 吞吐量在 20 50Mbps 之间 所以说宽带能 力比较突出 可以满足大部分的视频监控和数据采集的需要 3 私有网络 油田建设的无线网桥专用网络 不受别人的控制 不受公众的 影响 业务实施时实时性 时延小 很好 应用广泛程度 发展历史悠久 已经有 20 年的历史 最早用在军事应用 后转为民用 全世界都在大量应用 性价比 由于有大量应用 设备基本都在国内生产 价格低 一般单端设 备价格在 2000 8000 元左右 总体成本比较低 性能价格比非常高 组网方式 支持点对点和点对多点 网络可任意部署 传输距离 在视通的情况下 点到点传输距离可达 50km 以上 技术成熟度高 国内外有大量应用 大量厂家提供设备 技术和相关支持 支持 如视频服务器 串口服务器等 维护成本 由于设备成熟度高 环境适应性高 一般较少设备故障 维护 成本低 国家产业政策 所使用的技术体制和频点国家开放 国家政策上大力支持 不需审批 不需向无委会缴纳占频费 安全策略 Orinda 无线网桥通过绑定 MAC 地址才能通信 无线信号不能被 普通终端搜索到 保证数据的安全 并支持多种加密方式 支持多终端 WiFi 产品的终端非常丰富 所有 WiFi 终端都可以接入 MESH WiFi 网络 所以终端多样化 PDA 无线网卡 CPE 等多种形态 价格也比较 便宜 防护等级高 防护等级达业内最高级别的 IP68 标准 工作温度介于零下 45 度到零上 60 度 功耗小 正常工作单台 Orinda 网桥设备的功耗约为 4W 峰值为 8W 工业级别 Orinda 网桥设备为电信级 QoS 支持 QoS 可定义优先级别 劣势 劣势 数据采集终端需要改进 采用开放频段 在城区存在其他无线用户的干扰 总结 我们认为无线网桥是满足视频监控等应用的最为理想的技术选择 总结 我们认为无线网桥是满足视频监控等应用的最为理想的技术选择 在用作数据采集的无线接入平台时 频率规划时要采取谨慎 稳妥的频率规划在用作数据采集的无线接入平台时 频率规划时要采取谨慎 稳妥的频率规划 方案 避免带来的干扰 方案 避免带来的干扰 4 4 4 MESHMESH WiFiWiFi 技术技术 MESH WiFi 技术 首先它是 WiFi 技术 其次它具有 MESH 功能 是 WiFi 技术的一次创新和发展 MESH WiFi 技术经过几年的发展 已经从早 期的 双射频 MESH AP 发展到目前的 多射频 MESH AP MESH 功能不断增 强 MESH 工作方式 优势 优势 首先 MESH 兼具无线 AP 和无线网桥的功能 所以同时具备 AP 和网桥的所 有优势 5 MESH WiFi 以 的产品为例 MESH AP 和 MESH AP 之间形成网状链路 缓解了数量众多的 AP 依赖有线网络回传的问题 方便了客户建设无线 WiFi 网 络 相对于传统的 WiFi AP 产品 为客户提供了极大的部署便利 WiFi 产品的终端非常丰富 所有 WiFi 终端都可以接入 MESH WiFi 网络 所 以终端多样化 PDA 无线网卡 CPE 等多种形态 价格也比较便宜 网状网络 网络可以无限延伸和扩大 自带网络管理软件 可以随时查看网络上的任何信息 支持高速移动 MESH 节点移动速度可以达到 200 公里 小时而且没有切换之 间的延时 不需搭建高塔 利用各井之间的 MESH 网络连接 就可以搭建一个巨大的网 络 工程成本低 网络可以自组网 几乎不用调试 前期和后期的维护成本都很低 劣势 劣势 投资高 以大庆采油二厂部署的 Mesh 网络为例 有效覆盖面积 2 平方公里 如果全部覆盖采油二厂 200 平方公里的面积 需要近上亿的投资 客户认为该 技术无法大规模推广 大庆的油井是随机分布的 密度大 二厂拥有的油井超过 1 万口 实际情 况是比较适合部署 MESH 但大庆油田选用的产品为阿德利亚的 Mesh 该产品在 大庆使用过程中存在部分问题 因为阿德利亚公司的产品本身有问题 所以阿 德利亚公司已于 2008 年金融危机中倒闭 6 5 5 McWiLLMcWiLL 技术技术 McWiLL 多载波无线信息本地环 该技术是在上世纪 90 年的无线本地环 WLL 技术的基础上发展起来的 是 WLL 技术的升级 支持语音为主 同时还 可以具有 亚宽带 的能力 是窄带 WLL 技术和宽带无线技术 WiMAX 之间的 过渡技术 该技术起源于美国的 Navini 公司 在引进中国后进行了 变频 的 研究开发 可以支持中国的专网频段 但是核心的技术五年来一直没有任何发 展 实际上 Navini 已经在 4 年前停止了对该产品的继续研究开发 而把精力 放在了移动 WiMAX 的研发上 今年初 信威公司的大股东 大唐集团出售了其 持有的股份 表明大唐集团已经对 McWiLL 失去了信心 我们认为投资 McWiLL 存在明显的技术风险 因为一家公司私有的技术无法带来产业界的支持 不可 能大范围使用 优势 优势 McWiLL 采用专用技术和频率 提供系列化的终端产品 集成了调度平台 视频平台等 是一款适合数据采集应用的专用产品 McWiLL 采用智能天线技术 可以较好地提供语音业务 还可以提供一定的 数据接入能力 劣势 劣势 7 标准和体制 McWiLL 是私有的 不是标准化的技术 没有办法迅速地降低 成本 无法形成规模效益 不利于长期的发展 技术演进更是不可能的 5 年来 技术核心部分没有任何改进和优化 业务提供 McWiLL 原则上是按照语音的需要设计开发的系统 数据是辅助 的业务 视频业务只能支持高压缩的 H 264 格式 带宽能力 McWiLL 系统的信道是 1MHz 通过 5 个信道的捆绑实现的 5MHz 的信道 不是真正的 5MHz 带来的结果是每个 CPE 的信道是 1MHz 上下行的 总带宽理论上是 3Mbps 实际的吞吐量是 2Mbps 左右 实际的上行带宽是 400Kbps 左右 覆盖能力 McWiLL 采用全向天线 增益较小 造成覆盖距离较短 另外全 向天线无法调整俯仰角度 如果基站和 CPE 之间落差较大时 无线信号无法 飘在天上 无法到达地面 盲区很多 长庆油田就会出现这样的情况 成本优化 McWiLL 采用私有的芯片 基站的成本无法降低 设备庞大 占 地 耗电量巨大 即不经济也不绿色 总结 总结 McWiLLMcWiLL 可以进行数据采集方面的应用 不适合宽带的应用 不适合可以进行数据采集方面的应用 不适合宽带的应用 不适合 大规模的部署 资金投入和带宽的产出比太差 大规模的部署 资金投入和带宽的产出比太差 二 新一代无线通信技术与传统技术的综合比较二 新一代无线通信技术与传统技术的综合比较 数传电台数传电台GPRS CDMA无线网桥无线网桥Mesh WiFiMcWiLL 发展历史发展历史 20 多年历史 在油 田有大规模的成 功应用 在油田有 5 6 年的应 用 公众网把手机用户 剩余的网络资源为油 田服务 已经有 10 年应用历史 最早 在军事上应用 后来转为民用 全世界有大量企业级的应用 基于无线 WiFi 基础的技术 最近几年开始有大量应用 大唐信威公司专有技术 面向专网市场 无线技术标准无线技术标准私有技术公网 GSM CDM 标准 无线局域网标准 802 11a b g n 接入标准 无线局域网 802 11a b g MESH 标准 私有技术 McWiLL 使用无线频率使用无线频率220 240MHz 800 900 1800MHz5 8GHz 为主 2 4GHz 为辅2 4 和 5 8GHz400 1800MHz 技术成熟度技术成熟度成熟成熟成熟 国内外有大量应用没有规模商用技术成熟 通信距离通信距离 有效距离 有效距离 几十公里 1 5 公里 但是依靠 蜂窝网络 形成广泛 覆盖 油田的部分地 区可能没有信号 如 沙漠 海上等 典型有效距离 20Km 以内 点 对点通过大天线可以达到 30Km 网络节点间 MESH 11a 十公里内 接 入 11b g 200 米内 McWiLL 采用全向天线 制约了覆盖能力 接入方式接入方式 点对点 企业级轮询技术 点对多点 TDMA 电信级空口技 术 点对点 点对多点 可以自由组合 企业级轮询技术 点对多点 电信级私有空中接口 TDMA 技术 支持 80 路数据并发 传输带宽传输带宽几百 K几十 K 占用 20MHz 载波单个产品最 高产生 20 50Mbps 吞吐量 占用 20MHz 载波单个 MESH 提供 70Mbps 吞吐量 5 个 1MHz 载波捆绑而成 5MHz 理论速度为 15Mbps 实际吞吐量不 超过 10Mbps 技术优势技术优势 成熟不需