蘇昊

(中國(guó)石化國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100029)

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新型MSTP技術(shù)在長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

蘇昊

(中國(guó)石化國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100029)

近年來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展促使SDH 技術(shù)由最初的NxE1透明傳輸逐漸向?qū)拵Ф鄻I(yè)務(wù)傳輸演進(jìn)。以西南成品油管道工程通信光傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為載體，探討基于多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)技術(shù)的第三代多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)(MSTP)技術(shù)在長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目中的應(yīng)用，并對(duì)實(shí)際效果進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，說(shuō)明其穩(wěn)定性、可靠性和良好的發(fā)展前景。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)多協(xié)議標(biāo)簽交換多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)長(zhǎng)輸管道通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)二十余年的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)取得質(zhì)、量雙飛躍，相關(guān)通信配套技術(shù)也有長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著新業(yè)務(wù)需求的增大，特別是各種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，ALL-IP時(shí)代傳統(tǒng)的光傳輸系統(tǒng)OTN(optical transport network)向多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)MSTP(multi-service transfer platform)演進(jìn)已是主流。

1　多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)技術(shù)概述

1.1MSTP是同步數(shù)字傳輸網(wǎng)未來(lái)之路

面向時(shí)分業(yè)務(wù)的同步數(shù)字傳輸網(wǎng)SDH(synchronous digital hierarchy)，憑借其成熟的技術(shù)、可靠的性能、強(qiáng)大的管理功能和高安全性，在OTN中得到廣泛應(yīng)用。特別是提供以E1為主的各種TDM(time division multiplexing)業(yè)務(wù)接口，特別適合站點(diǎn)分散、在早期業(yè)務(wù)量不大的長(zhǎng)輸管道通信中的大量應(yīng)用。

然而，早期的SDH自PDH(plesiochronous digital hierarchy)升級(jí)而來(lái)，存在多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能業(yè)務(wù)單一等缺點(diǎn)。對(duì)于接入數(shù)據(jù)的多樣性，可通過(guò)映射、級(jí)聯(lián)等手段，SDH可以傳輸幾乎所有的數(shù)據(jù)格式，對(duì)FE數(shù)據(jù)可以固定封裝和透明傳輸以及匯聚。但系統(tǒng)帶寬是由網(wǎng)管系統(tǒng)集中分配，通過(guò)E1或E1復(fù)用映射來(lái)實(shí)現(xiàn)，此特點(diǎn)與新業(yè)務(wù)帶寬動(dòng)態(tài)平衡的需求相悖。驗(yàn)身到設(shè)備接口層，因不支持FE接口，不得已使用大量協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，降低了物理可靠性，另外FE數(shù)據(jù)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，占用大量E1通道，損失了傳輸效率，不能滿(mǎn)足長(zhǎng)輸管道數(shù)字化日益復(fù)雜的通信要求。

為降低長(zhǎng)輸管道工程傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，需要一個(gè)多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的綜合傳輸。主流設(shè)備提供商研發(fā)出MSTP，這不能算完全的創(chuàng)新，而是通過(guò)一定手段將MPLS (multi-protocol label switching)，以太網(wǎng)，ATM (asynchronous transfer mode)，RPR(resilient packet ring)，光纖通道等原有成熟技術(shù)集成到SDH上，所以更像一種高質(zhì)量接口轉(zhuǎn)換器。

在長(zhǎng)輸管道組網(wǎng)中，運(yùn)用MSTP技術(shù)可被視為T(mén)DM+FE L2，通過(guò)鏈路層交換完成數(shù)據(jù)透明傳輸和智能管控，優(yōu)化數(shù)據(jù)在通道中的傳輸質(zhì)量。隨著時(shí)間的推移和經(jīng)驗(yàn)的積累，MSTP技術(shù)也在應(yīng)用中不斷升級(jí)，例如，在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)處理上，支持以太網(wǎng)透?jìng)鞯牡谝淮鶰STP、支持二層交換的第二代和當(dāng)前支持MPLS的第三代MSTP。

1.2基于MPLS的第三代MSTP更適合長(zhǎng)輸管道通信系統(tǒng)組網(wǎng)

第三代MSTP的主要特點(diǎn)是引入了中間適配層，采用高速封裝協(xié)議，支持VC(virtual container)級(jí)聯(lián)和鏈路容量自動(dòng)調(diào)整，因而可支持多點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，具有可擴(kuò)展性，支持用戶(hù)隔離和帶寬共享，這正是長(zhǎng)輸管道通信組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。高速GFP(generic framing procedure)封裝格式和VC虛級(jí)聯(lián)的第三代MSTP傳輸方式如圖1所示。

圖1　高速GFP封裝格式和VC虛級(jí)聯(lián)的第三代MSTP傳輸方式

比較MPLS與RPR技術(shù)則是各有千秋：

1) MPLS可以從整個(gè)WAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行資源的優(yōu)化，達(dá)到最佳統(tǒng)計(jì)復(fù)用，而RPR技術(shù)只從局部(在一個(gè)保護(hù)環(huán)內(nèi))對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化。

2) 從通信組網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成上看，MPLS技術(shù)可涵蓋WAN中L3路由設(shè)備的功能，但RPR設(shè)備連接不同環(huán)路時(shí)，卻必須安裝L3路由設(shè)備。

3) 從數(shù)據(jù)保護(hù)看，MPLS技術(shù)已具備網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)功能，但RPR的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)速度更快更強(qiáng)。

4) MPLS可靈活支撐多種復(fù)雜拓?fù)?，RPR則依然以環(huán)形拓?fù)錇橹鳌ｉL(zhǎng)輸管線(xiàn)多為鏈型或樹(shù)型拓?fù)?，RPR的許多優(yōu)勢(shì)，如快速自愈保護(hù)、空間復(fù)用等都不能發(fā)揮。綜合評(píng)價(jià)，基于MPLS的MSTP更適合長(zhǎng)輸管線(xiàn)的通信傳輸。

2　基于MSTP平臺(tái)的光傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

以某成品油管道為例，全長(zhǎng)約1600km，配套的通信系統(tǒng)工程對(duì)保障管道的正常和安全運(yùn)行尤為重要。作為其中核心的光傳輸部分采用了基于MPLS的第三代MSTP組網(wǎng)，已開(kāi)通并試運(yùn)行成功。

2.1通信傳輸業(yè)務(wù)需求

西南成品油管道工程通信傳輸主要包括： 語(yǔ)音(TDM)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，OA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，電視會(huì)議、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)的特殊性決定了傳輸系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1) 對(duì)可靠性要求高，特別是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)多，平均流量低；雙控制中心，中心之間有較大流量。

2) 物理拓?fù)錇殒溞?，可能分枝，難以形成環(huán)網(wǎng)保護(hù)；距離長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)多，系統(tǒng)時(shí)鐘可能劣化，影響系統(tǒng)可靠性。

3) 需要主用和備用傳輸系統(tǒng)。

2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

西南成品油管道通信系統(tǒng)工程沿管線(xiàn)敷設(shè)1條16芯通信光纜，同時(shí)建設(shè)了沿此線(xiàn)路的1套MSTP 2.5G/10G(bit·s-1)光傳輸系統(tǒng)。沿線(xiàn)共有23個(gè)光通信站(包括茂名調(diào)控中心以及長(zhǎng)坡備用調(diào)控中心)、8個(gè)以太網(wǎng)收發(fā)站(建于各泵站之間的截?cái)嚅y室內(nèi))。

考慮到截?cái)嚅y室只有數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)將光纜通信線(xiàn)路(同纜)分為兩部分，干線(xiàn)占用2對(duì)光纖(1+1 MSP)，至截?cái)嚅y室占用2對(duì)光纖(一主一備)，共占用8芯。截?cái)嚅y室的數(shù)據(jù)信號(hào)就近接入干線(xiàn)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)矫{(diào)控中心。

2.3設(shè)備配置

各節(jié)點(diǎn)(包括支線(xiàn)和管理處)選用PCM設(shè)備接入語(yǔ)音，在調(diào)控中心使用PCM設(shè)備將語(yǔ)音接出；使用MSTP的以太網(wǎng)接口通過(guò)單獨(dú)的路由器設(shè)備接入SCADA數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入OA、會(huì)議電視系統(tǒng)以及圖像監(jiān)控系統(tǒng)。在調(diào)控中心以太網(wǎng)板接口輸出以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)路由器和交換機(jī)接入相應(yīng)系統(tǒng)。SCADA數(shù)據(jù)使用主、備兩個(gè)獨(dú)立的路由器接入，主、備兩個(gè)獨(dú)立的路由器將SCADA數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)往主、備調(diào)控中心，在主、備調(diào)控中心使用GE板接出。

主管線(xiàn)沿路各站設(shè)備，選用STM-16等級(jí)的MSTP設(shè)備，安裝于控制室或無(wú)人自動(dòng)閥室內(nèi)，初期設(shè)計(jì)傳輸速率為2.5Gbit/s，17個(gè)節(jié)點(diǎn)站設(shè)備以及支線(xiàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)2.5G/10G(bit·s-1)平滑升級(jí)(即僅增加群路盤(pán)就能升級(jí)為10G)。

2.4同步方式

同步方式為主從同步，由某特大城市的中國(guó)電信機(jī)房引入標(biāo)準(zhǔn)2048Kbit/s時(shí)鐘，沿線(xiàn)各站從群路信令中直接獲取，作為主時(shí)鐘。

MSTP設(shè)備配有2個(gè)外同步輸入接口和1個(gè)外同步輸出接口，可根據(jù)需要，接入備用時(shí)鐘，日常運(yùn)行中自動(dòng)選取同步質(zhì)量最高的信號(hào)，并避免形成定時(shí)環(huán)。

2.5保護(hù)方案

在西南成品油管道工程中，MSTP保護(hù)倒換的核心承載是TCP/IP數(shù)據(jù)，對(duì)其透?jìng)鞅Ｗo(hù)直接利用SDH提供的保護(hù)(復(fù)用段保護(hù)和子網(wǎng)連接保護(hù))。對(duì)以太網(wǎng)交換保護(hù)采用分層保護(hù)方式。物理層采用SDH提供的保護(hù)(包括復(fù)用段保護(hù)、子網(wǎng)連接保護(hù))，或者采用協(xié)議保護(hù)。當(dāng)?shù)箵Q與物理層同時(shí)使用時(shí)，采用相應(yīng)策略以保證兩種倒換不會(huì)重疊發(fā)生，如可以采用拖延倒換時(shí)間來(lái)支持倒換。對(duì)以太環(huán)網(wǎng)保護(hù)采用分層保護(hù)方式。物理層采用SDH保護(hù)(如復(fù)用段保護(hù))來(lái)提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的保護(hù)；MAC層采用協(xié)議或其他保護(hù)算法提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)保護(hù)。

2.6網(wǎng)管方案

由于該工程距離超2000km，MSTP平臺(tái)設(shè)網(wǎng)管中心兩處(主備)，只能用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)拓?fù)?、配置、故障、安全等完善的監(jiān)控和管理，并支持遠(yuǎn)程在線(xiàn)升級(jí)。

3　技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

事實(shí)證明，采用MSTP設(shè)備組網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯：

1) 系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)方便，經(jīng)濟(jì)、高效。不僅干線(xiàn)設(shè)備可以平滑升級(jí)到10Gbit/s，該工程的支線(xiàn)622M MSTP設(shè)備也可實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)到2.5Gbit/s。今后如有業(yè)務(wù)量的增加，只增加相應(yīng)功能板即可，不但簡(jiǎn)捷更保護(hù)了前期投資。

2) 實(shí)現(xiàn)了電路到多業(yè)務(wù)的一體化傳輸。工程中MSTP設(shè)備提供豐富的10M/100M自適應(yīng)FE接口和少量GE接口，解決了傳輸數(shù)據(jù)多樣化的實(shí)際需求。

3) 系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性升級(jí)。基于鏈狀拓?fù)涞腗SP 1+1保護(hù)，提升整體的安全穩(wěn)定性。

4) 帶寬利用率高。長(zhǎng)輸管道數(shù)據(jù)點(diǎn)比較分散且點(diǎn)數(shù)較少，語(yǔ)音、SCADA等數(shù)據(jù)的傳送能充分利用系統(tǒng)資源，提高了帶寬利用率，減少了光纖需要量。

5) 網(wǎng)管更便捷。統(tǒng)一的智能型網(wǎng)管，可操作性更強(qiáng)，不但節(jié)約成本減少誤操作，還能降低維護(hù)成本。

4　結(jié)束語(yǔ)

基于MPLS的第三代多業(yè)務(wù)大容量MSTP以其突出的優(yōu)勢(shì)已成為油氣長(zhǎng)輸管道數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)建設(shè)的主流技術(shù)，經(jīng)西南成品油、川氣東送、魯皖等具體項(xiàng)目的成功運(yùn)用，證實(shí)了其可靠性和突出的性?xún)r(jià)比，并有利于在后續(xù)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為今后類(lèi)似項(xiàng)目設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]黃峰，張海濤，蔣章震，等.YD/T 1474—2006 基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)(MSTP)技術(shù)要求[S].北京： 中國(guó)郵電出版社，2006.

[2]王輝.基于MSTP協(xié)議動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡算法設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置， 2011(05)： 22-24.

[3]曹薊光.MSTP技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].通信世界，2003(02)： 15-17.

[4]雷學(xué)智.使用MSTP實(shí)現(xiàn)冗余備份負(fù)載均衡的組網(wǎng)方案[J].電子世界，2014(09)： 28-30.

Application of Novel MSTP Technology in Long Distance Transportation Pipeline Design

Su Hao

(Sinopec International Exploration and Production Corporation， Beijing， 100029， China)

Abstracts： The development of data business has impelled SDH technology to advance into broadband multi-service transportation from initial NxE1. With design and realization of southwest final oil pipeline engineer communication optical transmission system as support， application of third generation Multi-service transmission platform technology based on multi-protocol label switching in long distance transportation pipeline project has been expounded in detail. The practical results have been compared transversely. It indicates the system is stable and reliable with good development prospects.

supervisory control and data acquisition ；multi-protocol label switching；multi-business transmission platform；long distance transportation pipeline；communication networking design

蘇昊(1978—)，男，山東東營(yíng)人，現(xiàn)就職于中國(guó)石化國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)公司，任地面工程專(zhuān)家助手，主任工程師。

TP273

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1007-7324(2016)04-0007-03

稿件收到日期： 2016-03-30。