基于生產數據傳輸的新一代川慶專網研究與應用

摘 要：隨著中國石油集團川慶鉆探工程有限公司（以下簡稱川慶公司）在“十三五”規劃期間推動“數字化轉型、智能化發展”，國內外企業分支站點面臨在更廣地域開展業務、更多樣化數據傳輸，勢必要優化公司的網絡傳輸結構，實現分支站點能夠高效快速組網，安全穩定的網絡傳輸渠道。通過軟件定義網絡技術升級川慶公司網絡結構，專用網絡將承載集團龐大辦公網和生產網的數據傳輸，將有效提高川慶公司跨地域間的交流頻率和辦公效率，轉控分離技術和可視化運維技術也將進一步優化公司的網絡運維效率，從而實現提質增效，降低運營成本，川慶專網將助力川慶公司在數字化轉型和智能化發展的科技創新。

關鍵詞：數字化轉型;智能化發展;軟件定義廣域網;科技創新;信息化建設;川慶專網

中圖分類號：TE978 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）22-0165-04

Abstract： With the promotion of "digital transformation and intelligent development" by China National Petroleum Corporation Chuanqing drilling Engineering Co.， Ltd. （hereinafter referred to as Chuanqing Company） during the "13th Five-year" Plan period， branch stations of domestic and foreign enterprises are facing business in a wider area and more diversified data transmission， so it is necessary to optimize the company's network transmission structure to achieve efficient and rapid networking of branch stations and secure and stable network transmission channels. By upgrading the network structure of Chuanqing Company through software-defined network technology， the private network will carry the data transmission of the group's huge office network and production network， which will effectively improve the cross-regional communication frequency and office efficiency of Chuanqing Company， and transfer control separation technology and visual operation and maintenance technology will also further optimize the company's network operation and maintenance efficiency， so as to improve quality and efficiency and reduce operating costs. Chuanqing Private Network will help Chuanqing Company in the digital transformation and intelligent development of scientific and technological innovation.

Keywords： digital transformation; intelligent development; software defined wide area network; scientific and technological innovation; information construction; Chuanqing special network

近年來中國石油集團把“數字化轉型、智能化發展”作為轉變發展方式、推進公司治理體系和治理能力現代化的重大戰略舉措。中國石油集團川慶鉆探工程有限公司積極應對油服行業發展挑戰，將“技術立企、成本領先、數字賦能”作為今后一個時期推動公司高質量發展的戰略部署。川慶公司制訂了企業數字化轉型總體規劃，實施數字化轉型主要推進路線，開展數字技術驅動管理變革。采用“數據+平臺+應用”建設模式，建成了工程技術大數據和專家知識庫、工程技術一體化信息平臺、經營決策支持平臺，構建智能化技術支撐模式，打造高效井筒工程技術作業體系。在德探1井試點現場配備11大類500余個傳感器，匯集600余項實時數據，采集量較過去成倍提高，自動采集水平明顯提升，基本實現現場作業工況全面感知，有力支撐了高效勘探效益開發，推動公司加快向“智慧鉆探”邁進。

圍繞中國石油集團戰略部署，服務于集團數字化轉型、智能化發展。按照“能源行業和流程工業數字化轉型賦能者”定位，持續做好頂層設計與規劃，積極打造工業互聯網體系，搭建統一數字技術平臺，提升新基建能力;研發勘探開發夢想云、黨建云、國資監管云等產品，統一業務平臺，支撐集團信息化建設;探索新模式、新業態，轉變科技創新模式，助力企業生態化發展。昆侖數智加快推進改革創新、轉型發展，實現“綜合型信息技術服務公司向數字化轉型賦能者轉變、項目型公司向平臺型公司轉變”，提升面向客戶的一體化交付能力、集成產品研發能力、數字化運營能力和數字化創新能力，在“數字中國石油”建設過程中充分發揮先鋒隊和主力軍作用，推進了產業數字化和數字產業化協同發展。

1 應用軟件定義網絡組建川慶專網

川慶公司通過引入SD-WAN（軟件定義網絡）技術優化公司的傳統網絡結構，該技術兼容了智能動態路由控制、數據優化、TCP優化和QoS策略等技術，最大限度發揮傳統網絡資源的性能，提高自行對廣域網帶寬進行智能管理，實現網絡設備的控制功能與數據轉發功能相分離，能夠按照預定的路由策略自主控制廣域網流量的流向，整合MPLS專線、光纖、無線網卡等多種網絡線路資源進行廣域網流量調度，提升網絡質量，降低流量成本，提高帶寬利用率;同時適用多分支結構，根據網絡現狀及配置策略，自動匹配最佳路由路徑，實現負載均衡，保證全網的網絡質量，穩定生產業務輸出傳輸。軟件定義網絡功能、架構圖如圖1所示，軟件定義網絡系統架構圖如圖2所示。

1.1 靈活組網即聯即用

川慶公司部分作業團隊具有流動性強、勘探作業周期短、地理位置偏僻和基礎網絡設施落后的特點，部分作業團隊缺乏專業網絡技術，組網完全依賴網絡運營商和網絡工程師的調試部署，部署周期長，無法及時響應作業團隊的即時組網需求。

SD-WAN技術可以實現快速部署和靈活運維，通過有線寬帶、無線4G等無線技術等多種傳輸方式接入互聯網，通過控制器系統來簡化配置，根據網絡狀態及時調整相關配置。從而實現了智能網關初次零配置上線，無需網絡工程師現場安裝調試，減少工程作業團隊對網絡運營商和網絡工程師的技術力量依賴。

1.1.1 短距離場景應用

短途通信主要是滿足公司與下屬單位的日常辦公聯系，各單位可以快速高效的訪問公司的各種業務系統，由于業務系統種類多，日常辦公的使用基數大，這些系統往往伴隨時間節點會有多并發大流量的特點，使用共用網絡無法滿足使用需要，會有擁塞卡頓的不良體驗，降低工作效率，可以使用運營商專用鏈路搭建公司自有的專網，該鏈路具有高帶寬低延遲的特點，能保障公司專用網絡系統數據高效穩定傳輸。

1.1.2 中遠距離場景應用

跨地域的中遠距離通信， 主要體現在公司業務系統需要頻繁回傳生產數據，具有固定的數據傳輸類型和數據流量，需要網絡鏈路具有長時間的穩定傳輸能力，可以使用不同運營商的網絡鏈路進行融合，進一步保障網絡傳輸系統的可靠性，作業現場只需給智能網關通電，即可實現二次部署即聯即用的設計理念，最大程度地縮短了組網的部署時間，提高了作業隊的組網效率。

在依賴運營商的龐大共享網絡結構基礎上，還可以結合公司自建網絡鏈路，繼續拓展公司的專用網絡結構，即可實現作業隊末端通信的組網需求，在應對復雜惡劣的自然環境，無法搭建有線網絡時，可以通過無線通信技術繼續延長通信距離，通過無線網絡與運營商基站通信，將生產業務數據直接回傳到公司業務系統，可以有效解決因自然環境惡劣無法快速有線網絡或部署成本高的問題。

1.1.3 超遠距離場景應用

跨國際的超遠距離通信，在使用運營商的國際鏈路基礎上，通過多鏈路融合技術將多條鏈路進行整合，提高鏈路的可靠性，從而促進國外下屬機構與公司的聯系，遠程訪問公司的業務系統，進一步提高了員工的辦事效率。

1.2 融合傳輸降本增效

傳統網絡傳輸方式主要采用租賃運營商專線，由于公司業務不斷發展，用戶基數變大，帶寬速率變低，直接影響生產業務的穩定性，降低了系統應用體驗感。如再租用更多的運營商的跨區域專線搭建廣域網，租賃費用會持續增加。SD-WAN技術可以通過公網互聯網光纖鏈路與4G專線的融合，有效利用所有運營商的網絡連接來滿足其全部組網需求，將備份鏈路得到合理的利用，提升了網絡可重構能力，保障生產業務持續運行，使得網絡升級和優化所需的硬件資源和人力成本降低，穩定的網絡的傳輸速率，提高井隊作業的穩定性和可靠性。

1.3 數據安全傳輸

傳統網絡傳輸加密采用IPsec VPN方式，對接入的無線設備和公共互聯網傳輸的應用無法管控，加密方式不可靠容易被竊取數據。

SD-WAN智能網關有足夠的計算資源來執行HTTPS安全協議進行高速加密傳輸，提供一個安全覆蓋獨立于底層傳輸組件，對SD-WAN網關設備需要進行身份驗證，建立端到端的安全連接，通過使用IPsec或TLS/DTLS對流量進行加密來保護傳輸中的數據，防止傳輸的內容被中間人冒充或者篡改。

通過微細分的方式對流量特征、網絡策略、應用程序分類來進行分段防護隔離，持續監控網絡上流量和類型，快速地檢測攻擊并反饋給網絡管理員。還可以將下一代防火墻安全設備產品進行虛擬化部署，通過SD-WAN技術實現對各分支站點的網關設備進行安全升級，不需要單獨對每臺設備進行插件升級更新，在保障了生產業務網絡數據傳輸安全的同時，極大地減少了時間成本和人工成本。

1.4 零配置上線統一部署升級

傳統網絡結構的網關設備部署，需要網絡工程師進行命令配置路由策略和安全策略，由于網關設備品牌類型多，數量多，舊設備的下架和新設備的部署，現場人工命令配置的方式，人為疏忽的因素，可能存在命令不一致性，給后期公司網絡維護增加難度，一旦網絡出現故障，整個維護過程將存在故障分析難、維護周期長、運維成本高等問題。

通過軟件定義網絡技術實現網關設備的管控分離，可以遠程控制網關設備WAN端口，對智能網關進行統一配置策略下發，以全局的眼光對公司的整個專用網絡進行管控，根據實時的需求對網絡結構進行調整。

智能網關設備初次零配置上線，現場無需專業網絡工程師到現場配置設備，現在作業人員即可完成組網工作，整個配置皆由公司網絡管理人員在系統后臺進行統一操作，可以有效縮短部署時間，當遇到故障時，也可以通過后臺管理快速查找故障原因，當無法通過遠程調試配置快速解決故障時，還可以通過設備初始化，重新接入網絡，實現快速恢復網絡，當設備無法修復時，可以就近配送備用設備，可以快速恢復網絡通信，整個運維管理結構保障公司的生產效率。

1.5 智能傳輸提升效率

SD-WAN技術實現了控制軟件和底層硬件分離，整個路由策略由后臺統一進行管理，通過微細分特性，將所有的流量數據按類別以及重要性劃分，配置負載均衡策略，實時監控網絡帶寬質量，了解整個網絡傳輸情況，為關鍵業務智能選擇質量最好的路徑，智能提升網絡傳輸效率，減少延遲、抖動、丟包等情況，滿足各類井上生產應用，進一步保障監控視頻圖片、應急通信及重要特殊業務網絡可靠性，SD-WAN與VPN綜合對比見表1。

2 智能網關研究助力數字化轉型

在“十四五”期間，川慶公司將按照業務升級、場景構建、組織變革、技術融合和基礎整合5條主線實施數字化轉型，到“十四五”末，初步建成“數字川慶”。圍繞“一張網、一朵云、一個湖、一個平臺、統一基礎應用”的規劃，形成公司“網絡+數據中心+云資源”云網融合資源服務、“技術中臺+邊緣平臺”協同服務和統一基礎設施運營服務。

在川慶公司實現數字化轉型的道路上，建設新一代專網是整個轉型數字化轉型過程的基礎，專網將承載川慶公司的數字化業務傳輸，網絡傳輸速率和穩定性影響了生產及辦公應用的工作效率，通過軟件定義網絡技術的高效、穩定、靈活、智能和安全等特性助力川慶公司的完成“一張網”建設。

2.1 統一網關管理系統研制

經過對川慶公司網絡結構調研，深度分析了現階段的網絡問題，應用SD-WAN技術特性，提升井場網絡的智能化，井場網絡數據流的自動識別與匹配，實現井場網絡傳輸路徑的智能選擇，網關的物理端口的智能識別?？蓪崿F作業現場最大限度的覆蓋，提高井隊生產業務的靈活性、穩定性、可靠性，同時利用端到端加密算法技術和廣域網優化技術，最大限度保證數據傳輸安全與傳輸效率。

系統采用B/S（瀏覽器/服務器）的設計模式，采用前后端分離的開發模式，統一管理平臺接收網關信息并對收到的數據進行處理，保存到數據庫中。用戶通過應用層實現系統中配置、下發和查看等各項業務需求。

經過公司試點工作測試驗證以后，SD-WAN專用網絡傳輸系統可以實現本公司單井網絡部署時間比傳統VPN加互聯網方式減少50%，通過部署智能策略實現網絡參數（延遲、丟包率、抖動）的綜合性能提升30%，從而整體提高了公司網絡傳輸的可靠性，安全性，提升了員工的使用體驗。

2.2 邊緣智能網關研制

邊緣智能網關具有路由轉發的基本功能和一定的計算能力，將現場數據經過初步分析處理，通過端到端加密專屬隧道傳輸，保障生產業務數據傳輸的安全性。

網關在結構上和材質上充分考慮到實際使用環境進行特殊工藝處理，對智能網關設計進行革命性的創新，采用智能注冊、配置文件自動下發、配置自動更新及網關底層驅動的自動更新安裝，使用簡便式的安裝方式，降低對現場安裝人員對網絡技術要求，現場安裝人員僅需給設備通電連接互聯網即可，甚至各通信線路不需要指定具體的端口，通過統一網關平臺可在設備上線后，對網關進行遠程配置，識別各端口的應用類型，根據川慶公司網絡現狀調整網絡路由，保障整個網絡傳輸速率，提升生產業務系統的穩定性，起到了提質增效的設計目標。

3 結束語

智能網關設備和配套統一網關管理系統嚴格執行高標準研制要求，研制的成果將為公司提供更加高效、安全和可靠的網絡服務，為公司的數字化轉型和發展打下了堅實的基礎，通過不懈的努力和持續的創新，將科研取得新突破、新成果，充分發揮引領示范作用，提升川慶公司工程技術業務核心競爭力，安全高效服務油氣勘探開發，在實現公司降本增效的同時，為行業的發展和進步做出更多的貢獻。

參考文獻：

[1] 王治平.聚焦提質增效 推進數字賦能 全力打造高效井筒工程作業體系[J].石油科技論壇，2021，40（6）：25-30.

[2] 楊劍鋒.打造科技創新引擎 助力“數字中國石油”建設[J].石油科技論壇，2021，40（6）：20-24.

第一作者簡介：羅盛勤（1984-），男，工程師。研究方向為信息技術。

*通信作者：童杉杉（1996-），女，助理工程師。研究方向為信息技術。