无伴行光缆支线油气管道通信组网技术

无伴行光缆支线油气管道通信组网技术

李吉斌

中国石化天然气分公司华北天然气销售中心 天津 滨海新区 300280

摘要：随着国家油气管网改革，主要长输管道资产被整体移交或拆分后部分移交至国家管网公司，部分短距低压离散管道仍保留在原有公司内部。支线管道距离短、站点离散数量少，且无独立的管道光缆。在无光传输系统条件下， 如何低成本、快速建立可靠、安全的专用通信网络，是确保管网改革后此类设施正常运行的关键。

关键词：支线油气管道；运营商网络；通信组网技术；无伴行光缆

国家油气管网改革以来，石油油气管网业务由上中下游一体化经营的油气企业中分离出来，组建成立国家管网公司，成为公平开放的基础设施平台。在石油油气管道设施移交过程中，原由中石油、中石化、中海油等管理的管道资产被整体移交或拆分后部分移交至国家官网公司，部分短距低压离散管道仍保留在原有公司内部。保留的储运设施的通讯、自控系统原与干线管网共用，但作为管道设施的主要通信手段的管道并行光纤和光传输系统基本随干线资产移交。各公司保留的管道资产普遍存在距离短、压力低、离散分布等特点，自控、工业视频、办公网等数据传输必须重新建设通信系统。而新建光传输系统需要重新布设并行光纤，施工周期长，投资成本高，路由资源紧张，存在管道施工破坏风险，基本上无可实施性。本文以中国石化某段支线管道为例，探究在无管道光纤条件下的各通信技术在离散短距区域管道中的应用。

1支线油气管道通信业务需求

1.1支线油气管道通信网络承载的业务

支线油气管道相关的通信业务主要包括自控系统通信和非自控系统通信（包括工业视频系统、办公内网接入、调度电话系统、其他专业系统等），各链路互相隔离，独立传输。

1.2 支线油气管道通信的范围

通信范围主要是油气管道所在区域内的场站、阀室、下游监管计量设备、野外监控点与管道管理机关（包括分部、总部等）以及一级调控中心、上游单位之间。除与一级调控中心的通信以外，其他各点基本位于本省或本市级地区内部。

2各通信技术介绍

在无管道光缆可用的情况下，建立专用网络主要依靠运营商网络资源或自建隧道、微波、LTE专网等。主要使用的通信技术如下。

2.1 基于运营商网络的通信技术

（1）MSTP专线（以太网专线）

MSTP 是多业务传送平台（Multi-Service Transport Platform），它是以SDH平台为基础，同时实现TDM、ATM、 以太网等业务的接入、处理和传送的技术。 MSTP具备高品质数据传送能力，用户安全隔离；适用于任何高速率、信息量大、实时性强的业务传送，为客户提供高速透明的数据传输通路。

（2）MPLS-VPN

MPLS-VPN业务采用MPLS（多协议标记交换）协议，结合服务等级、流量控制等技术，为用户在公共MPLS网络上构建企业的虚拟专网，满足其安全、快速、可靠的通信需求，并能够支持数据、语音、图像等多类业务。适用于据传送量大、对实时性要求不太高的场合。借助MPLS技术，利用两层标记，自动在不同用户的节点间建立信道，实现用户流量的隔离。扩展性好，用户节点的数目不受限制，并且可根据需要在用户节点间创建星型、全网状或任意的逻辑拓扑，实现任何节点与任何其他节点间的直接通信。组网经济，使用和维护成本低。

（3）4G-VPDN：

VPDN全称是Virtual Private Dial-Up Network，虚拟专用拨号网，是在公众的数据网络中构建专门的数据网，是VPN的一种类型。结合4G技术接入的VPDN通信具有布置灵活，成本低廉等优点。采用运营商测的AAA认证、用户侧的防火墙和鉴权可确保传输安全。该技术需要在中心设置LNS（VPDN服务器）设备，通过专线与运营商设备连接，4G终端作为PPP终端，接入运营商网络后通过L2TP隧道与中心通信。

2.2自建内网隧道、链路技术

（1）VXLAN隧道

VXLAN隧道技术最初是为了解决云计算服务器中虚拟机在不同的物理机之间迁移的问题而提出，主要用用于数据中心的虚拟化服务器中。相比于三层通信，VXLAN不需要考虑IP地址变化的问题，不改变三层网络结构。且VXLAN技术提供网络隔离功能，不同业务之间使用不同隧道隔离。将VXLAN技术应用于云计算及数据中心以外的网络环境，构建和部署二层网络，可以非常好的替代传统三层网络通过NAT端口映射等复杂方式互联的方式，非常适用于企业专网等对IP网段和地址管理非常严格的场合。

VXLAN主要技术原理是将原始的数据将原始数据封装在UDP中，这样可以让数据在二三层网络传输，到达目的地后在隧道对端进行解封装，得到原始二层报文。他以原始的IP网络为基础，在上面构建虚拟的Overlay网络，实现用户二层数据跨三层传输。借助运营商MPSL-VPN或者4G-VPDN网络，可以自行搭建隔离的隧道，为离散的站点之间提供二层通信，本文利用VXLAN技术在油气管道设施通信领域进行了应用尝试和实践。

（2）微波通信

微波网络建设不受地形限制，无需沿途布线和巡检，具有建网快、带宽大、时延低、安全可靠的优点，可以为政企客户的生产/办公专线、园区互联、视频采集站点提供高效可靠的无线超宽带传输，是管道伴行光纤的最佳替代方案，但是微波通信为视距传输。经过现场踏勘，场站之间无传输可行性，现场未开展相关应用，但在具备良好传输条件的场合可作为备选方案。

3支线管道自控系统组网

3.1 自控通信组网方案

笔者所在的支线管道共有2座场站、4座阀室，下游计量撬装站1座。阀室、撬装站数据传输至场站RCI服务器采集后统一发送至调控中心。因涉及场站运行安全，自控系统网络对传输稳定性，安全性及可靠性要求高，带宽需求低， 运营商MSTP专线是最佳选择，控制链路要求冗余备用。如全部采用MSTP组网，将大大增加成本，同时阀室等节点无运营商光纤接入，无法安装MSTP专线。

基于上述原因，对自控系统通信链路进行分类。按照是否具备控制要求和数据重要性分为两类。

优化后的自控网络拓扑如下图1所示：

3.2 4G-VPDN网络存在的问题与解决方案

4G-VPDN广泛应用于终端手持设备、野外视频监控等。在支线油气管道自控数据传输场景，在油气场站、阀室、下游用户测安装4G路由器，通过VPDN业务拨号联通中心LNS，或者4G路由器之间互通。4G路由器下联了串口客户端、OPC服务器、串口DTU等多个设备，如果分配预规划的指定IP地址，在实际应用过程中无法实现互通。

针对该问题，通过与运营商详细分析后发现，运营商核心网默认开通源地址检查功能，非LNS分配的IP地址无法在运营商网络上转发。本方案中改用在4G路由器增加NAT端口映射方式将下联设备端口映射进入VPDN网络，并通过绑定账号的方式使每个4G路由器获得固定的IP地址。

4非自控业务组网

4.1组网方案

工业视频、场站办公网、调度电话网络等非自控业务对传输稳定性要求相对较低，但是带宽需求较大。场站A、场站B分别设置工业视频摄像头6台、7台，单点参考带宽需求约30M。两条本地MSTP专线价格约5000元/月，如改用MPLS-VPN专线，成本只有2700元/月。在该网络上设置VXLAN隧道，可以同时满足二层透传和业务隔离的要求。

现场以MPLS-VPN专线为基础，在节点三层交换机下连接支持VXLAN隧道设备实现VXLAN通道，用以透传办公内网等业务。

最终的网络拓扑如下图2所示。

4.3 基于MPLS-VPN专网上VXLAN隧道的建立与于测试

本方案基于华为设备实现，场站A、B采用在LAC设备下连接VTEP设备实现，中心节点与管理处使用原有LAC设备兼做VTEP设备。以场站A通过VXLAN隧道接入办公内网为例。各节点的设备参数配置完好。中心MV路由器的VXLAN端口接入办公网交换机，场站办公PC设置正确IP地址后可以接入内网，截止发稿日已正常使用3个月，稳定使用无异常。

5结语

本文针对无光传输系统的油气管道通信组网方案进行探究，以笔者所在支线管道为例，对不同网络通讯技术在该场景下的应用情况进行分析，制定了最佳的组网方案。目前该网络已运行较长时间，具有较好的经济型、稳定性和易维护性。

参考文献：
[1] 王新峰.长输油气储运管道光纤通信系统建设组网方式的探讨[J].中国信息化.2021,17（03）:102-105.