SDH光通信保護在油氣管道項目的應(yīng)用

劉永軍，韓冬梅，渠忠強

（中國石油管道局工程有限公司設(shè)計分公司，廊坊 065000）

1 引言

光纖通信已經(jīng)成為油氣管道數(shù)據(jù)通信最主要的傳輸手段。目前中國石油管道傳輸網(wǎng)已建成以光通信為主，衛(wèi)星通信為輔，租用公網(wǎng)為補的貫通全國大部分省、市、自治區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)。作為石油專網(wǎng)主用通信方式的光通信系統(tǒng)的可靠性直接決定著整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性，因此光通信系統(tǒng)本身必須具備系統(tǒng)保護功能，要有自愈能力。

2 光通信系統(tǒng)常用保護機制

2.1 設(shè)備級保護

油氣管道的SDH設(shè)備要求做到支持多種設(shè)備級保護。SDH的大部分類型板卡可以配置1+1或1∶N的保護方式，根據(jù)各板卡的重要性以及故障頻率，同時考慮經(jīng)濟性，一般將電源接口板、交叉板、系統(tǒng)控制板進行1+1熱備份配置，線路板和業(yè)務(wù)處理板根據(jù)實際需求進行冗余備份配置。SDH設(shè)備子架每站設(shè)置1臺，一般不進行子架的冗余備份。

2.2 網(wǎng)絡(luò)級保護

網(wǎng)絡(luò)級保護基本原理是網(wǎng)絡(luò)具備對某些局部失效，無需人為干預(yù)就能自動發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新建立通信的能力。替代路由可采用備用設(shè)備或利用現(xiàn)有設(shè)備中的冗余能力，以滿足全部或指定優(yōu)先級業(yè)務(wù)的恢復(fù)。網(wǎng)絡(luò)保護的先決條件是有冗余的路由、網(wǎng)元強大的交叉能力以及網(wǎng)元一定的智能。

3 油氣管道行業(yè)常用的網(wǎng)絡(luò)級保護方式

3.1 自身管道1+1MSP線性復(fù)用段保護

油氣管道有很多的工藝站場和閥室，它們沿管道按照一定的間距一字排開，自然形成了線形的結(jié)構(gòu)。通常在建設(shè)管道時與管道同溝敷設(shè)1條光纜，在站場或閥室各設(shè)置1套光通信設(shè)備，組成油氣管道光通信系統(tǒng)。典型圖如圖1所示，由A站、B站、C站、D站和E站以及它們之間的光纜組成的管道線形光通信結(jié)構(gòu)。

圖1 線形光通信結(jié)構(gòu)

早期的管道在建設(shè)時大多為孤立的管道，光纜資源有限，因此只能采用線形的光通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)實際情況利用光纜中的4芯光纖采用1+1MSP線性復(fù)用段保護方式，這也是比較經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.2 與其他管道成環(huán)保護

隨著管道光通信建設(shè)增多，管道光通信系統(tǒng)之間組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)越來越方便。

子網(wǎng)連接保護SNCP環(huán)采用1+1保護方式，具有雙發(fā)選收的特點，是基于業(yè)務(wù)的保護，無站間協(xié)議，保護的所有監(jiān)測、倒換動作，都是單站完成。SNCP穩(wěn)定性高，業(yè)務(wù)配置靈活多變，可用于對跨子網(wǎng)業(yè)務(wù)進行保護，可以提供環(huán)帶鏈，環(huán)相切，環(huán)相交，兩環(huán)DNI連接等組網(wǎng)形式的保護，使用時具有較大的靈活性。因此成為在多條油氣管道光通信組環(huán)時普遍采取的保護方式。典型圖如圖2所示。

圖2 與其他光通信網(wǎng)絡(luò)組環(huán)

圖2中B站、C站、D站與其他管道光通信網(wǎng)絡(luò)組成了一個SNCP環(huán)，可對環(huán)上的業(yè)務(wù)及過環(huán)業(yè)務(wù)進行保護。A站至B站，D站至E站之間沒有組成環(huán)保護，設(shè)置為1+1MSP保護方式。

當(dāng)可利用組環(huán)的網(wǎng)絡(luò)資源多了以后，可以根據(jù)實際情況組成不同的光通信SNCP環(huán)，例如澀復(fù)線光通信系統(tǒng)就分別與雙蘭線和西一線的光通信系統(tǒng)組成了2個SNCP環(huán)，典型圖見圖3。

圖3 同時與兩個其他光通信網(wǎng)絡(luò)組環(huán)

圖3中，本工程光通信網(wǎng)絡(luò)A站、B站、C站、D站和E站各站均配置了2塊10Gb/s的光線路板；另外2個管道的光通信網(wǎng)絡(luò)與本工程管道具有相同的光線路板10Gb/s容量。由A站、B站、C站、D站和其他管道光通信網(wǎng)絡(luò)1組成了1個10Gb/s容量的SNCP環(huán)1；由B站、C站、D站和其他管道光通信網(wǎng)絡(luò)2組成了1個10Gb/s容量的SNCP環(huán)2。這就把這條管道光通信系統(tǒng)分成了三段：A-B段、B-D段和D-E段，每段采用了不同的保護方式。

A-B段光通信系統(tǒng)是由1個10Gb/s的保護環(huán)（SNCP環(huán)1）和1個10Gb/s的無保護鏈組成的20Gb/s容量的系統(tǒng)。其中在SNCP環(huán)1上的當(dāng)這部分業(yè)務(wù)（10Gb/s容量）在任一點中斷后可以由SNCP環(huán)1進行業(yè)務(wù)保護。而剩余的另一塊光線路板的10Gb/s容量沒有組成環(huán)保護，配置在這塊板上的業(yè)務(wù)就形成了一個無保護的單鏈。運行在這段上的業(yè)務(wù)可以根據(jù)需求，將重要業(yè)務(wù)配置在SNCP環(huán)1中，而將非重要業(yè)務(wù)配置在無保護鏈中。

B站到D站段光通信系統(tǒng)是由2個10Gb/s的保護環(huán)組成的共20Gb/s容量的系統(tǒng)。其中有10Gb/s的容量在SNCP環(huán)1上，另一個10Gb/s的容量在SNCP環(huán)2上，任意業(yè)務(wù)中斷后都可以可以利用SNCP環(huán)1或者SNCP環(huán)2進行業(yè)務(wù)保護。

D站到E站段光通信系統(tǒng)沒有與其他光通信系統(tǒng)組環(huán)。2塊光板可以相互組成1個10G的1+1MSP保護鏈，也可以當(dāng)作2個10G的無保護鏈?zhǔn)褂?，但一般情況下要求提高可靠性從而采用1+1MSP保護方式。

如果其他管道光通信總系統(tǒng)容量有限，或者是可以利用組環(huán)的帶寬資源有限，也可以將本工程光系統(tǒng)中的部分容量與其他光通信網(wǎng)絡(luò)的全部或部分容量組成環(huán)保護。有時成環(huán)配置也可以多樣化發(fā)展，不僅與SDH光通信進行組環(huán)，還可以與OTN等其他已有系統(tǒng)進行組環(huán)配置。

3.3 利用本管道光纜不同纖芯越站成環(huán)保護

當(dāng)某一條油氣管道不能依托其他管道光通信系統(tǒng)進行成環(huán)保護的情況下，除了采用1+1MSP線性復(fù)用段保護方式外，利用自身管道的不同光纖進行成環(huán)配置也是一種選擇。伊拉克哈法亞外輸管道項目就是這樣一種組網(wǎng)方式，典型圖見圖4。

圖4 本管道光通信越站組環(huán)

圖4中1條光纜依次連接5座站場，5座站場每站設(shè)置1臺光通信設(shè)備。這種組網(wǎng)方式實際上物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是線形結(jié)構(gòu)，但在光通信設(shè)備進行組網(wǎng)時，可以按照虛線所示組成A-C-E-D-B-A站的環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)保護方式可以選擇二纖或四纖復(fù)用段保護環(huán)或SNCP環(huán)。

這種方式可以保護某一站場單點設(shè)備故障或者某一點在用光纖中斷的情況。例如B站斷電或者光通信設(shè)備故障時，B站整個節(jié)點就會失效無法進行通信，但是A站仍然可以通過保護環(huán)與C站保持連通，從而使B站外的其他站之間相互通信不受影響。當(dāng)連接A站和B站的光通信設(shè)備的光纖故障（連接A站與B站的虛線所示光纖故障）時，A站仍然能通過保護環(huán)與其他所有站進行通信，整個光通信網(wǎng)各節(jié)點的通信都不受影響。

這種組網(wǎng)方式是利用了同一條光纜的不同光纖，而不是兩條完全獨立的光纜路由。大多數(shù)光纖故障是由于外界因素導(dǎo)致的光纜斷裂，因此當(dāng)整條光纜斷掉時，利用不同光纖成環(huán)保護仍然無能為力。例如A站與B站之間的光纜中斷，也就意味著連接A站與B站、A 站與C站的虛線同時中斷，那么A站也就失效了。

3.4 利用其他通信方式將首末站連接成環(huán)保護

除了利用光通信成環(huán)保護外，也可以利用其他的通信方式將線形結(jié)構(gòu)的管道首、末站進行連接，從而形成保護環(huán)。經(jīng)常采用的方式是，在線形結(jié)構(gòu)兩端的節(jié)點新建衛(wèi)星端站或者租用公網(wǎng)的方式相互連接，使首站和末站進行通信，對光通信系統(tǒng)進行保護。例如蘇丹六區(qū)富拉油田外輸管道項目，典型圖見圖5，在A站和E站各設(shè)置1套衛(wèi)星通信設(shè)備，利用衛(wèi)星通信作為光通信的環(huán)路通道。

圖5 首末站利用衛(wèi)星方式組環(huán)

由于光通信系統(tǒng)帶寬大，而首尾的環(huán)路保護的方式一般采用衛(wèi)星或租用公網(wǎng)，租用費用較高，帶寬也無法與自建的光通信系統(tǒng)保持一致，因此首站和末站之間的保護帶寬是業(yè)務(wù)傳輸?shù)钠款i，通常不能對全業(yè)務(wù)進行保護，只能選擇將SCADA、話音等相對重要的業(yè)務(wù)進行保護。

對于A站到E站之間的光通信系統(tǒng)是相對獨立的部分，即可以配置成1+1MSP方式，也可以配置成利用自身光纜不同光纖的保護環(huán)方式。再進行業(yè)務(wù)配置時注意受保護業(yè)務(wù)需要向首、末站兩個方向配置傳輸信道，從而利用衛(wèi)星或公網(wǎng)形成對光通信系統(tǒng)的環(huán)保護。

4 結(jié)束語

合理的設(shè)計和規(guī)劃才能保證網(wǎng)絡(luò)的有效性。在各種保護方式中，最為可靠的保護方式是不同光纜線路的環(huán)保護方式，可以避免因為光纜中斷或單點設(shè)備失效造成的業(yè)務(wù)傳輸中斷?？紤]到中石油已建成遍布全國的專網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，在新建管道SDH系統(tǒng)時，應(yīng)結(jié)合中石油光傳輸全網(wǎng)作整體規(guī)劃，合理利用資源。新建管道SDH系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和保護方式已不單局限于本工程，在傳輸本工程生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生活數(shù)據(jù)的同時，還應(yīng)考慮為其他管道互為保護，為各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳北京調(diào)控中心和廊坊備用調(diào)控中心提供不同光纜路由，為油氣管網(wǎng)安全運行保駕護航。