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無源光纖網絡技術在天然氣工業中的應用
[ 通信界 / 張義堂 許 峰  張曉蕾 / www.6611o.com / 2006/11/29 11:05:42 ]
 

張義堂 許 峰  張曉蕾


  摘  要:介紹了石油專用通信網采用無源光網絡2.048Mbit/s接入分配技術的應用實踐,探討了四川天然氣整狀氣田通信發展的方向。
  關鍵詞:專網通信 無源光網絡 應用


  語音通信、數據通信在石油天然氣工業的勘探開發過程中是必不可少的,生產調度、鉆探開發、地質調查、物流、營銷、天然氣采集輸送等,沒有通訊指揮是不可想象的,因此通信在石油天然氣勘探開發中占有舉足輕重的地位。然而,由于四川天然氣氣井的不均勻分布,基本上全部集中在崇山峻嶺之中,山高坡陡,人跡罕至,通信的困難程度一直制約著川渝天然氣工業的發展。為此,石油企業曾投入大量的人力物力進行建設、改造,如鋪設電纜、架設電臺、使用微波通信、采用集群技術、依靠農村公網電話等,但都不能滿足現代石油天然氣工業勘探開發的需要。在通信手段上,有的由于技術落后而被淘汰;有的由于管理跟不上,進口設備維修服務不到位,缺少材料備件而淘汰;有的由于操作復雜、可靠性差前線職工根本不愿意使用,直接影響了生產;條件好的地方雖然使用了農村公網電話,GSM移動通訊手機,但也只能解決話音通信問題,對天然氣數據采集、自動控制、數據傳輸和石油專網的接入都未解決。如采用衛星通信,租用轉發器其運行成本又非常昂貴。那么如何建設面向未來的適合天然氣工業發展的通信系統?MOLENE  PON無源光網絡2.048Mbit/s接入分配系統,是適合井位相對集中的氣田通信要求的。為此我們選擇了川東北氣礦鐵山氣田進行了大膽的嘗試,取得了圓滿成功。
  PON由光線路終端(OLT)、光配線網(ODN)及光網絡單元(ONU)三部分組成。如圖1。OLT位于本地交換局或遠端,為ODN提供網絡接口并與一個或多個ODN相連,其功能是為ONU所需業務提供必要的傳輸方式;ODN位于ONU和OLT之間,全部由無源器件構成,具有無源分配功能;ONU位于用戶側,提供用戶側接口并與ODN相連,一般在大樓或者用戶家中,用于實現光接入網的用戶接入。

  網絡結構圖中基本功能塊有:光線路終端(OLT)(局端)、光配線網(ODN)、光網絡單元(ONU)(遠端)及適配設備(AF)。主要參考點包括光發送參考點S、光接收參考點R、業務節點間參考點T以及AF與ONU之間的參考點a。接口包括網絡管理接口G3以及用戶與網絡間接口UNI。
  鐵山氣田位于四川達縣范圍內,距離達縣市區約50Km。有6個生產井站,位置相對集中。氣田內部建有10kv高壓供電線路連通各井站,全長約11Km。利用該電力線路同桿建設一條四芯ADSS全介質自承式光纜(G .652單膜光纖)連接各井站,從而形成了一條以T14井為樞紐并連接各生產井站的樹狀光纜線路,既節省了投資,又減少了施工難度。從氣田T14井到達縣租用中國電信一條2Mbit/s數字電路連接到氣田內部通信系統上。
  網絡組織采用窄帶無源光網絡技術(PON)組網,在每個生產井配置PON端口設備和PCM綜合業務接入設備各一套,在OLT端(局端)配置數字交叉連接設備(DXC)一套。PON設備為各井站提供1個2Mbit/s的標準接口,PCM綜合業務接入設備將2Mbit/s的標準接口變換成交換機遠端用戶接口(FXS)和速率為64Kbit/s的數據端口。

一、網絡結構采用點到多點的樹型結構(如圖2):
  光纖接入網的拓撲結構一般有總線形、環形和星形以及樹形等結構。而樹形結構又是一種總線形和星形拓撲的結合,其特點是:共享主干光纖,節省線路投資,增刪節點容易,適合廣播形業務。故本工程結合氣田井位實際情況傳輸網采用樹形結構。
 

二、系統組成
  MOLENE  PON系統同樣由光纖線路終端OLT、光纖網絡單元ONU設備、無源分光器、SGM網管系統組成。
  1. 交換機側光纖線路終端(OLT)透明傳輸最多16個2.048Mit/s,符合G .703標準。采用19寸子架(模塊式結構),最大可提供8個V24/V28或V11接口,本工程設計6個可用V24/V28接口。每個OLT最多可接8個ONU光接點。本工程暫時設計為5個ONU光接點。
  2. 用戶側光纖網絡單元(ONU)根據不同的要求配置,最多可提供16個E1,本工程采用2個E1。
三、系統應用
  MOLENE  PON系統是一個開放的透明支線網傳輸平臺,任何廠家的基于2Mbit/s、G .703接口的任何業務,均能在網上傳輸分配。
  在城市接入網中,連接商業用戶及住宅用戶的業務復用設備,包括:交換機遠端模塊、V5接口的接入網用戶設備(ONU)、PABX中繼、租用線復用器、LAN網關等,用于FTTC、FTTB、FTTZ光纖支線工程?梢詷嫵删哂歇毩、集中網管的基站光纖傳輸網。由于基站所需2Mbit/s數量較少,點多容量小,基站分散,因此,MOLENE  PON網是最佳的選擇。
  在專業通信網中,PON完成一點對多點的光纖支線延伸。根據石油系統各氣田的具體情況,對于生產井相對密集的氣田采用MOLENE  PON結合多業務復用設備,可實現生產數據、語音、圖像傳輸等多種業務,能達到高效、可靠、低成本的效果。
  以建成的鐵山氣田通信系統為例,該氣田有6口生產井,每個生產井開通3部生產調度電話,占用3個時隙(FXS×3)。安裝V24/V28數據接口板1塊,解決系統遠程監控的問題,占用1個時隙。根據生產需要安裝V24/V28或V35/V11接口板1塊,解決數據傳輸或SCDAD自動控制問題,占用1個時隙。這樣每個生產井共占用5個時隙。6個生產井剛好30個時隙,即1個E1(2.048 Mbit/s)。從鐵山T14井至達州(50Km)租用電信部門1個2Mbit/s數字電路,其傳輸帶寬剛好能夠滿足整個氣田各生產井的通信需求。既節約了工程投資和生產成本,又避免了傳輸帶寬的浪費。因此MOLENE  PON無源光纖網絡技術是很好的選擇。
  專網通信主要解決生產企業生產調度,企業管理,天然氣輸送過程中的自動控制、通信聯絡問題,一般沒有商務運營。對于MOLENE  PON無源光纖網絡系統內部多余的傳輸帶寬還可以解決井站職工收視廣播電視節目的問題,為CATV有線電視信號傳輸提供傳輸通道,豐富井站職工的文化生活。
四、系統的主要特點
  1. 無源光網絡為純介質網,網絡對業務透明傳輸,帶寬不受限制,易于升級擴容,有利于未來新業務的接入,便于向寬帶PON網(ATM  PON)過渡,APON網可為用戶提供多媒體傳輸平臺或引入波分復用(WDM)技術擴展業務。
  2. PON網一般采用星形/樹形分支結構,便于構建靈活的光傳輸網絡,用戶可共享光纖和OLT光收發設備,經濟性好,適應性強,系統可靠性高。
  3. 網絡外部現場沒有有源電子設備,因而基本不需要維護,設備無需特制的機箱,減少了雷電危害和電磁干擾,提高了網絡的可靠性。由于采用了無源的光功率分配器,使功率降低,因此適合短距離使用(一般在20公里內)。
  4. 可靈活配置接入1至16個E1,并可增加V24/V28或V11接口。
  5. 需要時可配置光鏈路備份、2Mbit/s電接口備份,進行綜合保護。
  6. 下行方向的傳輸過程是:OLT送至ONU的信息通過時分復用(TDM)的方式組成復幀在光纖中傳輸,再通過無源光分路器以廣播式送至每個ONU。ONU接收到下行信號后取出屬于自己的那部分信息;上行方向的傳輸過程是:ONU至OLT的上行信號主要采用時分多址(TDMA)、或碼分多址(CDMA)、波分多址(WDMA)及空分多址(SDMA)等多址接入方式。由于各ONU與OLT的距離不同,因此要對ONU進行測距以防止各ONU的上行信號的碰撞。但本系統具有復雜準確的測距功能和先進的遠端光功率控制能力。
  7. 功能完善的網管系統能對一個或多個系統進行集中監視管理。直觀的圖形化界面網絡管理系統可完成:配置管理(設備清單、方框圖、創建鏈路等);故障管理(查看告警信息、重新配置等);性能管理(傳輸質量的測量、性能描述等);安全管理(接入等級的管理、口令等)。
  8. 復接2Mbit/s和V24/V28或V11接口信號。兩種時鐘源同步:外同步時鐘信號和OLT的2Mbit/s輸入信號。在無外部時鐘源時,使用局端OLT的內部振蕩器時鐘源。
五、SGM網管系統
  SGM是MOLENE  PON無源光纖網絡設備的管理系統,一般有本地工作站(SEL)、遠距工作站(SID)、本地分站(PEL)和遠距監視站(SSD)四種類型的工作站組成,能夠靈活地運行和管理整個PON支線網平臺。
1. SGM管理的資源和對象:
 光路;
 局端設備(OLT)到 遠端設備(ONU)互連的所有對象;
 局端(OLT)和遠端(ONU)的設備、板卡和接口;
 2M備用模塊,外部同步模塊;
 鏈路(2M、V11、管理通道等)
  SGM通過一個圖形化的用戶友好人機界面,可以方便地輸入網絡資源配置情況和控制管理命令,它兼容WINDOWS人機接口習慣用法,包括:鼠標、鍵盤、菜單、子菜單、對話盒、圖形窗口、事件窗口等。
2. 配置管理
  管理方式主要有在線和記錄配置兩種。
  在線配置可以使用戶能夠管理和修改網絡資源及其分配,連續的監視網絡和資源的運行情況,核對管理系統和有效設備之間的一致性,恢復有關對象的信息,并給用戶提供服務。
  記錄配置主要用于培訓,網絡擴容升級方案以及緊急備用方案,用戶建立記錄配置能夠將資源分配給光纖通路構成一個配置表,并存儲在數據庫。
3. 性能管理
  性能管理使用戶可以在使用中測試光路的傳輸質量,包括;誤碼秒(SAE),嚴重誤碼秒(SGE),降級分(MD),不可用時間(TI)。
  用戶還可以進行瞬時單個測量記數,也可以按某個時段進行系列統計測量。性能管理還能夠使用戶在故障發生前就能夠提前檢查出故障隱患,并進行排除。
4. 故障管理
  為了預防故障發生,便于查找故障源,執行必要的保護操作,故障管理能在網絡運行狀態下操作,在設備工作狀態下進行維護,大量減輕維護人員的勞動強度和節省維護費用,提高設備運轉的可靠性。
  故障管理對告警和事件的故障的監測可以實時顯示出來,并記入日志記錄。
  網絡設備根據故障檢測能夠進行自動切換:備用的ONU、光路、2M鏈路等。
  用戶也可以人工控制、處理。對光路、2M鏈路 、ONU進行人工切換;對ONU進行重置;對2M鏈路及V11通路環回測試,以及對印制板卡測試,連接測試等。并且可以對不同的使用人員設置不同等級的使用權限。
六、 總結
  由此,MOLENE  PON無源光纖網絡傳輸技術是一種新型的基于無源光纖網絡(PON)的2Mbit/s接入分配系統。特別適用于中小容量的用戶接入支線網。據了解,無源光網絡在我國,在亞太地區正在迅猛發展。特別是在日本,用戶已達幾十萬戶。同時,MOLENE  PON網絡也是實現光纖到大樓(FTTB),光纖到路邊(FTTC),光纖到小區(FTTZ)以及光纖到鄉村(FTTR)接入網經濟實惠的基本支線傳輸網。它結合多業務復接設備,能夠優化光纖網絡結構,滿足基層站點話路、數據、圖像、會議電視、自動控制、遠程監控等多種業務的綜合要求。
  目前,PON的發展已進入大容量、多業務、高速率階段,其發展過程走過了PON—APON(網絡)—EPON(以太網)—GPON(吉比網)階段,而PON已逐漸趨于淘汰,但從鐵山氣田無源光纖傳輸網的建設實踐看,MOLENE  PON系統非常適合石油系統建設專用通信網的需求,特別是整裝氣田的通信網建設。MOLENE  PON無源光纖網絡技術2Mbit/s接入分配系統為小容量,短距離的專業網,十分經濟、可靠,因此是石油專網通信面向未來的新技術,是延伸和優化光纖網絡結構的基本手段。

作者簡介:
  張義堂(1954—),男,1987年畢業于瀘州教育學院。1972年開始一直從事通信技術工作,瀘州市通信學會會員,工程師。
  許  峰(1968—),男,1987年畢業于重慶郵電學院,助理工程師。
  張曉蕾:女,2003年畢業于西南石油學院,助理工程師。
  通信地址:重慶市江北區大石壩大慶村川東北氣礦
  郵   編 :400021
  聯系電話:02367313925    13983765388   13983266766

 

作者:張義堂 許 峰  張曉蕾 合作媒體:四川省通信學會 編輯:顧北

 

 

 
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