SDH光通信保護(hù)在油氣管道項(xiàng)目的應(yīng)用

劉永軍，韓冬梅，渠忠強(qiáng)

（中國(guó)石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司，廊坊 065000）

1 引言

光纖通信已經(jīng)成為油氣管道數(shù)據(jù)通信最主要的傳輸手段。目前中國(guó)石油管道傳輸網(wǎng)已建成以光通信為主，衛(wèi)星通信為輔，租用公網(wǎng)為補(bǔ)的貫通全國(guó)大部分省、市、自治區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)。作為石油專網(wǎng)主用通信方式的光通信系統(tǒng)的可靠性直接決定著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，因此光通信系統(tǒng)本身必須具備系統(tǒng)保護(hù)功能，要有自愈能力。

2 光通信系統(tǒng)常用保護(hù)機(jī)制

2.1 設(shè)備級(jí)保護(hù)

油氣管道的SDH設(shè)備要求做到支持多種設(shè)備級(jí)保護(hù)。SDH的大部分類型板卡可以配置1+1或1∶N的保護(hù)方式，根據(jù)各板卡的重要性以及故障頻率，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，一般將電源接口板、交叉板、系統(tǒng)控制板進(jìn)行1+1熱備份配置，線路板和業(yè)務(wù)處理板根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行冗余備份配置。SDH設(shè)備子架每站設(shè)置1臺(tái)，一般不進(jìn)行子架的冗余備份。

2.2 網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)

網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)基本原理是網(wǎng)絡(luò)具備對(duì)某些局部失效，無(wú)需人為干預(yù)就能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新建立通信的能力。替代路由可采用備用設(shè)備或利用現(xiàn)有設(shè)備中的冗余能力，以滿足全部或指定優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的恢復(fù)。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的先決條件是有冗余的路由、網(wǎng)元強(qiáng)大的交叉能力以及網(wǎng)元一定的智能。

3 油氣管道行業(yè)常用的網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)方式

3.1 自身管道1+1MSP線性復(fù)用段保護(hù)

油氣管道有很多的工藝站場(chǎng)和閥室，它們沿管道按照一定的間距一字排開，自然形成了線形的結(jié)構(gòu)。通常在建設(shè)管道時(shí)與管道同溝敷設(shè)1條光纜，在站場(chǎng)或閥室各設(shè)置1套光通信設(shè)備，組成油氣管道光通信系統(tǒng)。典型圖如圖1所示，由A站、B站、C站、D站和E站以及它們之間的光纜組成的管道線形光通信結(jié)構(gòu)。

圖1 線形光通信結(jié)構(gòu)

早期的管道在建設(shè)時(shí)大多為孤立的管道，光纜資源有限，因此只能采用線形的光通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際情況利用光纜中的4芯光纖采用1+1MSP線性復(fù)用段保護(hù)方式，這也是比較經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.2 與其他管道成環(huán)保護(hù)

隨著管道光通信建設(shè)增多，管道光通信系統(tǒng)之間組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越方便。

子網(wǎng)連接保護(hù)SNCP環(huán)采用1+1保護(hù)方式，具有雙發(fā)選收的特點(diǎn)，是基于業(yè)務(wù)的保護(hù)，無(wú)站間協(xié)議，保護(hù)的所有監(jiān)測(cè)、倒換動(dòng)作，都是單站完成。SNCP穩(wěn)定性高，業(yè)務(wù)配置靈活多變，可用于對(duì)跨子網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)，可以提供環(huán)帶鏈，環(huán)相切，環(huán)相交，兩環(huán)DNI連接等組網(wǎng)形式的保護(hù)，使用時(shí)具有較大的靈活性。因此成為在多條油氣管道光通信組環(huán)時(shí)普遍采取的保護(hù)方式。典型圖如圖2所示。

圖2 與其他光通信網(wǎng)絡(luò)組環(huán)

圖2中B站、C站、D站與其他管道光通信網(wǎng)絡(luò)組成了一個(gè)SNCP環(huán)，可對(duì)環(huán)上的業(yè)務(wù)及過(guò)環(huán)業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)。A站至B站，D站至E站之間沒(méi)有組成環(huán)保護(hù)，設(shè)置為1+1MSP保護(hù)方式。

當(dāng)可利用組環(huán)的網(wǎng)絡(luò)資源多了以后，可以根據(jù)實(shí)際情況組成不同的光通信SNCP環(huán)，例如澀復(fù)線光通信系統(tǒng)就分別與雙蘭線和西一線的光通信系統(tǒng)組成了2個(gè)SNCP環(huán)，典型圖見圖3。

圖3 同時(shí)與兩個(gè)其他光通信網(wǎng)絡(luò)組環(huán)

圖3中，本工程光通信網(wǎng)絡(luò)A站、B站、C站、D站和E站各站均配置了2塊10Gb/s的光線路板；另外2個(gè)管道的光通信網(wǎng)絡(luò)與本工程管道具有相同的光線路板10Gb/s容量。由A站、B站、C站、D站和其他管道光通信網(wǎng)絡(luò)1組成了1個(gè)10Gb/s容量的SNCP環(huán)1；由B站、C站、D站和其他管道光通信網(wǎng)絡(luò)2組成了1個(gè)10Gb/s容量的SNCP環(huán)2。這就把這條管道光通信系統(tǒng)分成了三段：A-B段、B-D段和D-E段，每段采用了不同的保護(hù)方式。

A-B段光通信系統(tǒng)是由1個(gè)10Gb/s的保護(hù)環(huán)（SNCP環(huán)1）和1個(gè)10Gb/s的無(wú)保護(hù)鏈組成的20Gb/s容量的系統(tǒng)。其中在SNCP環(huán)1上的當(dāng)這部分業(yè)務(wù)（10Gb/s容量）在任一點(diǎn)中斷后可以由SNCP環(huán)1進(jìn)行業(yè)務(wù)保護(hù)。而剩余的另一塊光線路板的10Gb/s容量沒(méi)有組成環(huán)保護(hù)，配置在這塊板上的業(yè)務(wù)就形成了一個(gè)無(wú)保護(hù)的單鏈。運(yùn)行在這段上的業(yè)務(wù)可以根據(jù)需求，將重要業(yè)務(wù)配置在SNCP環(huán)1中，而將非重要業(yè)務(wù)配置在無(wú)保護(hù)鏈中。

B站到D站段光通信系統(tǒng)是由2個(gè)10Gb/s的保護(hù)環(huán)組成的共20Gb/s容量的系統(tǒng)。其中有10Gb/s的容量在SNCP環(huán)1上，另一個(gè)10Gb/s的容量在SNCP環(huán)2上，任意業(yè)務(wù)中斷后都可以可以利用SNCP環(huán)1或者SNCP環(huán)2進(jìn)行業(yè)務(wù)保護(hù)。

D站到E站段光通信系統(tǒng)沒(méi)有與其他光通信系統(tǒng)組環(huán)。2塊光板可以相互組成1個(gè)10G的1+1MSP保護(hù)鏈，也可以當(dāng)作2個(gè)10G的無(wú)保護(hù)鏈?zhǔn)褂?，但一般情況下要求提高可靠性從而采用1+1MSP保護(hù)方式。

如果其他管道光通信總系統(tǒng)容量有限，或者是可以利用組環(huán)的帶寬資源有限，也可以將本工程光系統(tǒng)中的部分容量與其他光通信網(wǎng)絡(luò)的全部或部分容量組成環(huán)保護(hù)。有時(shí)成環(huán)配置也可以多樣化發(fā)展，不僅與SDH光通信進(jìn)行組環(huán)，還可以與OTN等其他已有系統(tǒng)進(jìn)行組環(huán)配置。

3.3 利用本管道光纜不同纖芯越站成環(huán)保護(hù)

當(dāng)某一條油氣管道不能依托其他管道光通信系統(tǒng)進(jìn)行成環(huán)保護(hù)的情況下，除了采用1+1MSP線性復(fù)用段保護(hù)方式外，利用自身管道的不同光纖進(jìn)行成環(huán)配置也是一種選擇。伊拉克哈法亞外輸管道項(xiàng)目就是這樣一種組網(wǎng)方式，典型圖見圖4。

圖4 本管道光通信越站組環(huán)

圖4中1條光纜依次連接5座站場(chǎng)，5座站場(chǎng)每站設(shè)置1臺(tái)光通信設(shè)備。這種組網(wǎng)方式實(shí)際上物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是線形結(jié)構(gòu)，但在光通信設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，可以按照虛線所示組成A-C-E-D-B-A站的環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)保護(hù)方式可以選擇二纖或四纖復(fù)用段保護(hù)環(huán)或SNCP環(huán)。

這種方式可以保護(hù)某一站場(chǎng)單點(diǎn)設(shè)備故障或者某一點(diǎn)在用光纖中斷的情況。例如B站斷電或者光通信設(shè)備故障時(shí)，B站整個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)失效無(wú)法進(jìn)行通信，但是A站仍然可以通過(guò)保護(hù)環(huán)與C站保持連通，從而使B站外的其他站之間相互通信不受影響。當(dāng)連接A站和B站的光通信設(shè)備的光纖故障（連接A站與B站的虛線所示光纖故障）時(shí)，A站仍然能通過(guò)保護(hù)環(huán)與其他所有站進(jìn)行通信，整個(gè)光通信網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的通信都不受影響。

這種組網(wǎng)方式是利用了同一條光纜的不同光纖，而不是兩條完全獨(dú)立的光纜路由。大多數(shù)光纖故障是由于外界因素導(dǎo)致的光纜斷裂，因此當(dāng)整條光纜斷掉時(shí)，利用不同光纖成環(huán)保護(hù)仍然無(wú)能為力。例如A站與B站之間的光纜中斷，也就意味著連接A站與B站、A 站與C站的虛線同時(shí)中斷，那么A站也就失效了。

3.4 利用其他通信方式將首末站連接成環(huán)保護(hù)

除了利用光通信成環(huán)保護(hù)外，也可以利用其他的通信方式將線形結(jié)構(gòu)的管道首、末站進(jìn)行連接，從而形成保護(hù)環(huán)。經(jīng)常采用的方式是，在線形結(jié)構(gòu)兩端的節(jié)點(diǎn)新建衛(wèi)星端站或者租用公網(wǎng)的方式相互連接，使首站和末站進(jìn)行通信，對(duì)光通信系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。例如蘇丹六區(qū)富拉油田外輸管道項(xiàng)目，典型圖見圖5，在A站和E站各設(shè)置1套衛(wèi)星通信設(shè)備，利用衛(wèi)星通信作為光通信的環(huán)路通道。

圖5 首末站利用衛(wèi)星方式組環(huán)

由于光通信系統(tǒng)帶寬大，而首尾的環(huán)路保護(hù)的方式一般采用衛(wèi)星或租用公網(wǎng)，租用費(fèi)用較高，帶寬也無(wú)法與自建的光通信系統(tǒng)保持一致，因此首站和末站之間的保護(hù)帶寬是業(yè)務(wù)傳輸?shù)钠款i，通常不能對(duì)全業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)，只能選擇將SCADA、話音等相對(duì)重要的業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)。

對(duì)于A站到E站之間的光通信系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的部分，即可以配置成1+1MSP方式，也可以配置成利用自身光纜不同光纖的保護(hù)環(huán)方式。再進(jìn)行業(yè)務(wù)配置時(shí)注意受保護(hù)業(yè)務(wù)需要向首、末站兩個(gè)方向配置傳輸信道，從而利用衛(wèi)星或公網(wǎng)形成對(duì)光通信系統(tǒng)的環(huán)保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

合理的設(shè)計(jì)和規(guī)劃才能保證網(wǎng)絡(luò)的有效性。在各種保護(hù)方式中，最為可靠的保護(hù)方式是不同光纜線路的環(huán)保護(hù)方式，可以避免因?yàn)楣饫|中斷或單點(diǎn)設(shè)備失效造成的業(yè)務(wù)傳輸中斷?？紤]到中石油已建成遍布全國(guó)的專網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，在新建管道SDH系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合中石油光傳輸全網(wǎng)作整體規(guī)劃，合理利用資源。新建管道SDH系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和保護(hù)方式已不單局限于本工程，在傳輸本工程生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生活數(shù)據(jù)的同時(shí)，還應(yīng)考慮為其他管道互為保護(hù)，為各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳北京調(diào)控中心和廊坊備用調(diào)控中心提供不同光纜路由，為油氣管網(wǎng)安全運(yùn)行保駕護(hù)航。