SDH光通信保護在油氣管道項目的應用

劉永軍，韓冬梅，渠忠強

（中國石油管道局工程有限公司設計分公司，廊坊 065000）

1 引言

光纖通信已經成為油氣管道數據通信最主要的傳輸手段。目前中國石油管道傳輸網已建成以光通信為主，衛星通信為輔，租用公網為補的貫通全國大部分省、市、自治區的通信網絡。作為石油專網主用通信方式的光通信系統的可靠性直接決定著整個網絡的可靠性，因此光通信系統本身必須具備系統保護功能，要有自愈能力。

2 光通信系統常用保護機制

2.1 設備級保護

油氣管道的SDH設備要求做到支持多種設備級保護。SDH的大部分類型板卡可以配置1+1或1∶N的保護方式，根據各板卡的重要性以及故障頻率，同時考慮經濟性，一般將電源接口板、交叉板、系統控制板進行1+1熱備份配置，線路板和業務處理板根據實際需求進行冗余備份配置。SDH設備子架每站設置1臺，一般不進行子架的冗余備份。

2.2 網絡級保護

網絡級保護基本原理是網絡具備對某些局部失效，無需人為干預就能自動發現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備或利用現有設備中的冗余能力，以滿足全部或指定優先級業務的恢復。網絡保護的先決條件是有冗余的路由、網元強大的交叉能力以及網元一定的智能。

3 油氣管道行業常用的網絡級保護方式

3.1 自身管道1+1MSP線性復用段保護

油氣管道有很多的工藝站場和閥室，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構。通常在建設管道時與管道同溝敷設1條光纜，在站場或閥室各設置1套光通信設備，組成油氣管道光通信系統。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構。

圖1 線形光通信結構

早期的管道在建設時大多為孤立的管道，光纜資源有限，因此只能采用線形的光通信拓撲結構。根據實際情況利用光纜中的4芯光纖采用1+1MSP線性復用段保護方式，這也是比較經濟的網絡拓撲結構。

3.2 與其他管道成環保護

隨著管道光通信建設增多，管道光通信系統之間組成環形網絡越來越方便。

子網連接保護SNCP環采用1+1保護方式，具有雙發選收的特點，是基于業務的保護，無站間協議，保護的所有監測、倒換動作，都是單站完成。SNCP穩定性高，業務配置靈活多變，可用于對跨子網業務進行保護，可以提供環帶鏈，環相切，環相交，兩環DNI連接等組網形式的保護，使用時具有較大的靈活性。因此成為在多條油氣管道光通信組環時普遍采取的保護方式。典型圖如圖2所示。

圖2 與其他光通信網絡組環

圖2中B站、C站、D站與其他管道光通信網絡組成了一個SNCP環，可對環上的業務及過環業務進行保護。A站至B站，D站至E站之間沒有組成環保護，設置為1+1MSP保護方式。

當可利用組環的網絡資源多了以后，可以根據實際情況組成不同的光通信SNCP環，例如澀復線光通信系統就分別與雙蘭線和西一線的光通信系統組成了2個SNCP環，典型圖見圖3。

圖3 同時與兩個其他光通信網絡組環

圖3中，本工程光通信網絡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個管道的光通信網絡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絡1組成了1個10Gb/s容量的SNCP環1；由B站、C站、D站和其他管道光通信網絡2組成了1個10Gb/s容量的SNCP環2。這就把這條管道光通信系統分成了三段：A-B段、B-D段和D-E段，每段采用了不同的保護方式。

A-B段光通信系統是由1個10Gb/s的保護環（SNCP環1）和1個10Gb/s的無保護鏈組成的20Gb/s容量的系統。其中在SNCP環1上的當這部分業務（10Gb/s容量）在任一點中斷后可以由SNCP環1進行業務保護。而剩余的另一塊光線路板的10Gb/s容量沒有組成環保護，配置在這塊板上的業務就形成了一個無保護的單鏈。運行在這段上的業務可以根據需求，將重要業務配置在SNCP環1中，而將非重要業務配置在無保護鏈中。

B站到D站段光通信系統是由2個10Gb/s的保護環組成的共20Gb/s容量的系統。其中有10Gb/s的容量在SNCP環1上，另一個10Gb/s的容量在SNCP環2上，任意業務中斷后都可以可以利用SNCP環1或者SNCP環2進行業務保護。

D站到E站段光通信系統沒有與其他光通信系統組環。2塊光板可以相互組成1個10G的1+1MSP保護鏈，也可以當作2個10G的無保護鏈使用，但一般情況下要求提高可靠性從而采用1+1MSP保護方式。

如果其他管道光通信總系統容量有限，或者是可以利用組環的帶寬資源有限，也可以將本工程光系統中的部分容量與其他光通信網絡的全部或部分容量組成環保護。有時成環配置也可以多樣化發展，不僅與SDH光通信進行組環，還可以與OTN等其他已有系統進行組環配置。

3.3 利用本管道光纜不同纖芯越站成環保護

當某一條油氣管道不能依托其他管道光通信系統進行成環保護的情況下，除了采用1+1MSP線性復用段保護方式外，利用自身管道的不同光纖進行成環配置也是一種選擇。伊拉克哈法亞外輸管道項目就是這樣一種組網方式，典型圖見圖4。

圖4 本管道光通信越站組環

圖4中1條光纜依次連接5座站場，5座站場每站設置1臺光通信設備。這種組網方式實際上物理拓撲結構是線形結構，但在光通信設備進行組網時，可以按照虛線所示組成A-C-E-D-B-A站的環形結構。環保護方式可以選擇二纖或四纖復用段保護環或SNCP環。

這種方式可以保護某一站場單點設備故障或者某一點在用光纖中斷的情況。例如B站斷電或者光通信設備故障時，B站整個節點就會失效無法進行通信，但是A站仍然可以通過保護環與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。當連接A站和B站的光通信設備的光纖故障（連接A站與B站的虛線所示光纖故障）時，A站仍然能通過保護環與其他所有站進行通信，整個光通信網各節點的通信都不受影響。

這種組網方式是利用了同一條光纜的不同光纖，而不是兩條完全獨立的光纜路由。大多數光纖故障是由于外界因素導致的光纜斷裂，因此當整條光纜斷掉時，利用不同光纖成環保護仍然無能為力。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保護

除了利用光通信成環保護外，也可以利用其他的通信方式將線形結構的管道首、末站進行連接，從而形成保護環。經常采用的方式是，在線形結構兩端的節點新建衛星端站或者租用公網的方式相互連接，使首站和末站進行通信，對光通信系統進行保護。例如蘇丹六區富拉油田外輸管道項目，典型圖見圖5，在A站和E站各設置1套衛星通信設備，利用衛星通信作為光通信的環路通道。

圖5 首末站利用衛星方式組環

由于光通信系統帶寬大，而首尾的環路保護的方式一般采用衛星或租用公網，租用費用較高，帶寬也無法與自建的光通信系統保持一致，因此首站和末站之間的保護帶寬是業務傳輸的瓶頸，通常不能對全業務進行保護，只能選擇將SCADA、話音等相對重要的業務進行保護。

對于A站到E站之間的光通信系統是相對獨立的部分，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環方式。再進行業務配置時注意受保護業務需要向首、末站兩個方向配置傳輸信道，從而利用衛星或公網形成對光通信系統的環保護。

4 結束語

合理的設計和規劃才能保證網絡的有效性。在各種保護方式中，最為可靠的保護方式是不同光纜線路的環保護方式，可以避免因為光纜中斷或單點設備失效造成的業務傳輸中斷。考慮到中石油已建成遍布全國的專網傳輸系統，在新建管道SDH系統時，應結合中石油光傳輸全網作整體規劃，合理利用資源。新建管道SDH系統的結構和保護方式已不單局限于本工程，在傳輸本工程生產數據和生活數據的同時，還應考慮為其他管道互為保護，為各業務數據上傳北京調控中心和廊坊備用調控中心提供不同光纜路由，為油氣管網安全運行保駕護航。