SEP技術在智能化油氣田建設中的組網應用

中國石油西南油氣田分公司通信與信息技術中心川中總站 陳 建 鄒濱陽

隨著兩化融合的不斷深入推進，石油天然氣工業建成數字化、智能化油氣田迫在眉睫，基于“油公司”扁平化管理模式，作業區實行“中心站+無人值守場站”的管理方式，傳統的動態路由域不滿足提質增效，路由冗余，帶寬及光纜資源充分利用等需求，尋求高效合理的“中心站+無人值守場站”組網新模式成為了智能化油氣田建設的最優選擇，SEP作為智能以太保護協議，靈活的部署方式，多元化的負載分擔，強大的自愈能力，很好的適配了目前西南地區實行“中心站+無人值守場站”的管理方式，解決目前油氣生產組網中的基礎架構組網問題。

隨著智能化油氣田的建設不斷深入，總部至礦區，礦區至作業區，作業區至中心站的智能網絡建設已通過SDH或PTN的模式實現，而單井場站至中心站的組網還無法與智能化油氣田要求所匹配，單井場站已全面實施無人化，對通信的要求更高，加之提質增效，天然氣生產規模擴大，生產視頻網絡化等，而組網能力強大的PTN必定帶來成本的上升，在原有二層網絡設備不變的情況，從組網協議上考慮優化才是最優的選擇。

石油天然氣專網全業務IP化已對承載網提出更高的要求，油氣田單井場站至中心站基礎架構組網需要網絡滿足如下需求：

業務帶寬化——大流量業務的調度和傳遞；

鏈路冗余化——必須具備冗余鏈路，且可保障通信；

負載均衡化——在成本控制下，實現負載均衡，充分利用資源。

在這樣的網絡發展訴求下，SEP作為靈活的以太保護協議，引入油氣田基礎架構組網，充分利用其組網特點，實現與其他以太冗余協議混合組網，最快小于50ms的環網倒換能力，助力網絡穩定性，使得油氣田基礎架構組網更高效，更可靠，更簡單。

1 SEP組網特點介紹

1.1 SEP介紹

SEP（Smart Ethernet Protection）智能以太保護是一種專用于以太網鏈層的環網協議。通過有選擇性的阻塞網絡環路冗余鏈路，來達到消除二層環路的目的，SEP具有以下優勢：

● 靈活選擇阻塞端口，更好支持負載分擔；

● 提供和其他以太冗余協議混合組網能力；

● 支持拓撲查看，顯示SEP網絡拓撲結構；

● 簡化組網配置，更高效的支持多環組網。

1.2 SEP組網實現機制

1.2.1 環網匹配

石油天然氣行業目前對通信的依賴程度高，因此油氣田內部自建光纜路由發達，對于 某個中心站所管轄的生產片區某些重要生產場站要實現內部鏈路冗余，如增加站、集氣站、清管站等，以環的方式組網最能實現內部鏈路冗余，故利用環網將中心站所管轄范圍內比較重要的場站串聯起來，確保網絡穩定性是最優的解決方案，而SEP作為鏈路層的環網協議，滿足環網組網需要。

1.2.2 負載分擔匹配

西南地區公網資源發達，中心站往往租用公網資源作為備用保障，目前的組網是利用動態路由開銷實現主備切換，這樣既未充分利用帶寬資源，也無法監測備用網絡的可靠性，不利于智能化油氣田的建設，SEP作為以太保護協議，可通過靈活的端口阻塞來實現不同的鏈路跑不同的業務，當鏈路中斷后放開阻塞的端口，自愈網絡，通過拓撲顯示監測網絡中鏈路通斷情況。

2 SEP技術在智能化油氣田的組網應用

根據智能化油氣田建設的需要，實現中心站至單井場站的網絡穩定可靠，以某一作業區的中心站作為試點，在原有的硬件、光纜、租用鏈路不改變的情況下，對組網協議進行升級，充分利用網絡資源，減少重復網絡設備，體質增效。

2.1 組網方式

2.1.1 原有組網介紹

生產網利用現有光纜在A站，B站，中心站以及A廠組建了環網，以A站交換機作為上聯交換機，以光纖收發器與A廠連接入網；整個環網結構里交換機與交換機之間通過對聯地址，以OSPF動態路由協議組成成環網，整個片區生產網架構如圖1所示。

圖1 整個片區生產網架構圖

圖2 網絡結構圖

圖3 整個鏈路結構圖

圖4 中心站接入場站示意圖

2.1.2 SEP組網方式

因氣田組織結構調整，物聯網建設，除網絡結構變化外，新增一批無人值守場站加入到中心站管轄，且中心站租用公網鏈路至作業區形成備用通道，為保證重要場站的通信穩定性，還是采用環網的方式組網，將中心站，A站，B站，A廠組成接入環，中心站，A廠，作業區組成匯聚環。

將業務化為兩個段，工業視頻一個VLAN段，生產數據一個VLAN段，目前該片區視頻主機35臺，RTU、PLC、HART、物聯網關一共155個，對于兩個VLAN段，分別分配一個24位掩碼的C類地址，滿足冗余備用，將業務在邏輯上劃分為兩個段的業務，方便于在同一個物理鏈路上實現兩個邏輯環路，其網絡結構如圖2所示。

在作業區匯聚，中心站，A廠3臺交換機組成的匯聚環上運行華為SEP段，阻塞端口是有管理優先級及用戶配置優先級共同決定的，為實現流量負載分擔，則端口阻塞的依據是設備名+接口名；為充分利用鏈路資源，可在單一物理鏈路上實現雙SEP環，即公網6M鏈路通流量較小的生產數據業務VLAN，SDH主用通流量較大的工業視頻VLAN段，對于生產數據環的Block port選舉在A廠對作業區匯聚端口上，而工業視頻環的Block port選舉為中心站對作業區匯聚端口，在SEP環路拓撲未發生變化時，帶寬大的鏈路傳輸流量大的業務，帶寬小的傳輸流量小的業務，充分利用帶寬資源，一旦SEP環網拓撲發生變化，如公網鏈路發生故障，segment2的Block port變成轉發模式，保證生產數據Vlan的通信，相反，如果SDH主用鏈路出現故障，視頻VLAN也可通過公網鏈路連通，以確保通信穩定，整個鏈路結構如圖3所示。

對于接入層網絡，依然采用SEP環網運行，考慮到中心站接入場站較多，交換機處理數據量較大，則將該SEPsegment的阻塞端口選舉在A站對中心站的交換機端口上，不再額外增加中心站交換機數據處理量，如圖4所示，使得業務VLAN通過B站到達A廠進入匯聚SEP環。

整個網絡架構由匯聚環和接入環組成，匯聚環由雙層邏輯環劃分業務利用鏈路資源，而接入環充分考慮交換機負載能力，以最短距離實現大帶寬，使得整個組網架構更高效合理。

SEP智能以太協議技術在智能化油氣田建設中的首次應用，將中心站的備用鏈路，光纜資源更高效合理的使用，達到了提質增效的效果，提高了單井場站至中心站網絡可靠性和穩定性，SEP的部署，滿足了當下智能化油氣田的建設需要，靈活的解決了油氣田單井場站至中心站基礎網絡組網，為建設智能化氣田建設奠定堅實的組網基礎。