無源光網絡技術在油區接入網中的應用和展望

蔡成都 麻楊軍

摘 要：油氣田企業生產自動化建設顯著提高企業效益，隨著油氣生產物聯網、云計算、高清視頻監控、智能移動巡檢等業務的發展，油區數據量呈現出巨大的增長趨勢。無源光網絡具有高帶寬、扁平化管理、中間設備無源、接入靈活等特點，特別適合油田接入網建設。

關鍵詞：油氣生產物聯網;無源光網絡;GPON;油區組網

0 引言

油區接入網是油田網絡建設的重要組成部分，負責將油區內各類數據接入上游站場，使自動化建設、無人值守建設得以有效推進。油田開發最大的特點是地質條件復雜，不確定性高，并且逐年滾動開發。傳統使用“掏纖”的接入方式對于光纜的損害較大，影響光纖指標和通信質量。無源光網絡“高帶寬”、“扁平化管理”、“中間設備無源”、“接入靈活”等特點，十分適應油田開發的特點。

1 油區組網現狀與發展

1.1 組網現狀

各大油田油區組網方式多種多樣，有基于ZigBee、LoRa、WIFI、無線網橋、TD-LTE等無線接入技術的組網方式，也有基于光纜、交換機的有線組網方式。前者組網靈活，部署快，但受天氣環境影響大、帶寬有限。后者幾乎不受天氣環境影響、接入帶寬大，但組網靈活性不如前者。從組網健壯性來說，無線接入方式主要采用wireless mesh組網方式實現多跳路由，而有線接入方式則主要采用環網保護。

1.2 油區接入網發展

單純采用有線組網或者無線組網方式均存在一定弊端，采用有線加無線異構組網，有線接入方式負責骨干鏈路數據接入，無線接入方式解決最后1km覆蓋，可使2種組網方式的優缺點充分互補。利用無源光網絡的特點，可以很好的替代工業以太網交換機組網，解決工業以太網交換機擴展不靈活的缺點。

2 無源光網絡概述

無源光網絡簡稱PON網絡，屬于純介質網絡的一種，由OLT、ONU以及ODN組成，廣泛應用于FTTH、三網融合、平安城市、配網自動化等場景。PON網絡技術主要有EPON、GPON以及10GPON，其規格對比如表1所示。

PON網絡上/下行分別采用不同的技術體制，上行采用TDMA的方式傳輸數據，上行鏈路被分為不同時隙，ONU發送數據時，不會無序的爭奪帶寬，其流程如圖1所示。

下行采用廣播方式傳輸數據，所有ONU接收相同的數據，ONU通過GEM幀ID號對數據進行過濾，接收屬于自己的數據，其流程如圖2所示。

與交換機類似，OLT可實現各類數據的交互和隔離，支持星型、總線型、環型網絡結構。相對于傳統工業以太網，PON網絡具備結構扁平，設備簡單、系統擴容升級便利等優勢，新增用戶節點在接入分光器上的空余端口即可實現業務接入。當用戶需要升級網絡帶寬時，若設備支持，只需要對軟件進行升級即可平滑升級到10GPON甚至40GPON，無需對設備進行改造，實現用戶投資的增值。

3 無源光網絡在油區接入網中的應用

在某集油區接入網設計中，該油區具有接入點分散的特點，接入點呈鏈狀及枝狀分布，且隨著油田滾動開發，有很大的擴邊潛力。若采用工業以太網交換機組網，整網網絡帶寬將會被限制在1Gbps，且集油區擴邊時需將光纜建設至臨近接入點，或在主干光纜上“掏纖”，網絡穩定性和擴展性差。因此，在該集油區中采用GPON技術組網，1個區域占用1個PON口，有效提升整網帶寬和穩定性，也為今后油區擴邊提供了接入能力。ONU設備均采用雙PON口設備，為今后升級成環形網絡提供組網基礎。組網結構圖如圖3所示。

4 結語

隨著油氣生產物聯網、云計算、高清視頻監控、智能巡檢等業務的高速發展，對接入網帶寬的需求將迎來爆發式增長。在油區網絡建設中引入無源光網絡技術，可以很好的發揮其“高帶寬”、“抗干擾能力強”、“中間設備無源”、“接入靈活”等優勢，解決油氣田接入網建設中的各種難題和痛點，為油氣生產物聯網提供網絡支撐，具備較高的應用價值。

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