周詹平 高羽豐 馬 浩 楊 雪 景 杉 于 輝

(①中國石油渤海鉆探第一錄井公司；②中國石油長慶油田公司第六采氣廠)

0 引 言

在野外作業(yè)井場，建立良好且穩(wěn)定的通信系統(tǒng)，能夠為油田高質(zhì)量建設(shè)提供有力支撐。大部分油田離城鎮(zhèn)較遠，尤其是國外的一些油區(qū)，處在沙漠、戈壁或荒原上，手機信號很難覆蓋。甲乙方、相關(guān)方與各部門之間的實時通信方式基本采用自建網(wǎng)絡(luò)語音系統(tǒng)，如無線對講機通信系統(tǒng)、基于電話交換機(PBX)通信系統(tǒng)等。但無線對講機通信距離短，長距離通信和多用戶同時通信難以實現(xiàn)；基于電話交換機(PBX)通信系統(tǒng)則需使用電話線或其他電纜連接各通話節(jié)點，存在電纜線在井場使用中易斷裂、電話用戶數(shù)量有上限等缺點。因此，尋求其他更為方便、快捷、實用的語音通信系統(tǒng)，是油田作業(yè)尤其是野外通信盲區(qū)作業(yè)亟待解決的問題。

借助于自建無線互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)搭建VoIP(Voice over IP)通信系統(tǒng)，對于野外語音通信盲區(qū)的作業(yè)來講是首選方案。VoIP技術(shù)具有操作簡單、布線方式靈活、可無限拓展等優(yōu)點，采用該技術(shù)可以很好地解決偏遠油區(qū)作業(yè)現(xiàn)場與基地之間的通信問題。在伊拉克南部X油區(qū)作業(yè)井場，已建成了覆蓋所有相關(guān)作業(yè)方的寬帶網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)存在一定的富余帶寬，基地、各井場使用網(wǎng)絡(luò)運營商的專網(wǎng)接入帶寬達13 Mbps。這樣的網(wǎng)絡(luò)資源條件完全可以支持VoIP語音接入等網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)，以便充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音于一體的多元化通信方式[1]。

1 伊拉克X油區(qū)原有井場通信狀況分析

該油區(qū)此前井場通信由無線對講機和PBX電話系統(tǒng)組成。隨著油區(qū)不斷擴大，各項業(yè)務(wù)及產(chǎn)業(yè)鏈需求量大增，各單位各部門信息通信需求量和處理量也大增，繼續(xù)延用由無線對講機和PBX電話系統(tǒng)組成的通信系統(tǒng)，已經(jīng)難以有效滿足該油田通信需求。

1.1 無線對講機

無線對講機是一種便攜式雙向通話工具，無需網(wǎng)絡(luò)支持即可實現(xiàn)通信，具有即時溝通、經(jīng)濟實用等特點。在處理緊急突發(fā)事件或進行集中調(diào)度指揮中，有著其他通信工具所不能替代的作用。但由于其采用單工方式通信，信息只能單方向進行傳輸，發(fā)射機與接收機只能交替工作，且存在傳輸距離短、通信用戶少等缺點，因此在井場上使用的無線對講系統(tǒng)一般與電話系統(tǒng)搭配使用，兩者相互獨立、互為備份，從而實現(xiàn)實時通信的目的。

1.2 PBX電話系統(tǒng)

PBX電話系統(tǒng)是在企業(yè)內(nèi)部使用的局域電話網(wǎng)絡(luò)，通信完全依賴電纜傳輸信號。而伊拉克X油區(qū)的井場空間大，內(nèi)部需要鋪設(shè)電纜的數(shù)量多，各井場之間、井場與基地之間鋪設(shè)電纜成本很高且不方便，PBX電話系統(tǒng)主要存在如下缺點。

(1)各井場電纜一般鋪設(shè)在地面以下5～10 cm深度，井場重型車輛多，來回碾壓，導(dǎo)致電纜極易發(fā)生斷裂，且發(fā)生故障時不易排查。電纜故障時往往采取整體更換來解決問題，既影響實時通信，還造成了資源及成本的浪費。

(2)電話用戶數(shù)量有限。電話用戶一般涵蓋工程監(jiān)督、地質(zhì)監(jiān)督、平臺經(jīng)理、井隊工程師、泥漿工程師、定向井工程師和錄井工程師等。井場電纜線一般采用2芯電話線或8芯網(wǎng)線，每根網(wǎng)線最多能夠支撐4個電話用戶，如需要增加用戶，則需額外增加電纜數(shù)量，可拓展性很有限。

(3)井場PBX電話系統(tǒng)僅能實現(xiàn)井場內(nèi)部通話，不能與其他井場、基地、甲方和國內(nèi)公司總部通信。如需進行外部通信時，需選擇其他通信方式。但由于此油區(qū)地處邊境地區(qū)，手機信號尚未全面覆蓋，通信極為不便，很難實現(xiàn)無障礙通信，造成管理與現(xiàn)場脫節(jié)。

綜上所述，伊拉克X油區(qū)此前井場通信以無線對講機搭配井場內(nèi)部PBX電話系統(tǒng)為主，能夠?qū)崿F(xiàn)井場內(nèi)部通信無障礙，但是與其他井場、基地、甲方和國內(nèi)公司總部通信存在一定的困難。通過VoIP通信系統(tǒng)在該油區(qū)的構(gòu)建，能順利解決其通信困難問題。

2 VoIP技術(shù)簡介

VoIP語音系統(tǒng)是通過對模擬語音信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換、壓縮打包、封裝成幀等一系列處理后，通過IP網(wǎng)絡(luò)進行傳輸并在目的端還原的語音通信系統(tǒng)，即經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來達成語音通話與多媒體會議，也就是經(jīng)由基于IP的互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)來實現(xiàn)語音通信。VoIP的基本原理是通過壓縮算法對模擬語音信號進行數(shù)字編碼形成語音數(shù)據(jù)并壓縮處理，再把語音數(shù)據(jù)按TCP/IP標準進行打包，經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包送至目的地，在目的地接收到的語音包經(jīng)解壓處理，恢復(fù)成模擬語音信號，達到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語音的目的。相較于傳統(tǒng)的PBX電話系統(tǒng)，VoIP具有明顯優(yōu)勢。

2.1 成本低、可拓展性強

語音包可依托現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)便捷實現(xiàn)語音通信，無需再另行鋪設(shè)獨立傳輸鏈路，且隨著語音用戶增加，也無需添加“中心交換機”便能擴容增加用戶使用量。此外，VoIP技術(shù)運用數(shù)字處理技術(shù)，能夠在一條線路上實現(xiàn)多項數(shù)據(jù)的共同傳輸，可大幅度提升線路的整體運行效率，降低通信系統(tǒng)的運行成本。

2.2 高可靠性、高獨立性

VoIP系統(tǒng)具有很強的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析能力，不會出現(xiàn)全系統(tǒng)性的大范圍設(shè)備故障問題。帶寬占用率低，每通語音通話最高占用8～11 kbps，是傳統(tǒng)電話所需帶寬的八分之一，再配合對路由器做QoS設(shè)置，可將語音包提升至最高優(yōu)先級，保障通信順暢。系統(tǒng)呈分布式架構(gòu)，即使任何終端出現(xiàn)運行故障，也不會影響系統(tǒng)和其他終端設(shè)備運行。

3 VoIP通信系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

隨著伊拉克南部X油區(qū)的不斷發(fā)展，通信問題日漸凸顯，針對該油區(qū)通信存在的困難，筆者經(jīng)過分析論證，建立實驗點考證，經(jīng)半年時間設(shè)計建設(shè)，完成基于VoIP技術(shù)的通信系統(tǒng)的覆蓋，實現(xiàn)了井場之間、井場與基地、井場與總部及國內(nèi)之間的電話和數(shù)據(jù)往來，極大地提高了管理效率。具體構(gòu)建方法如下[2]。

3.1 VoIP電話系統(tǒng)在井場內(nèi)的構(gòu)建

在井場內(nèi)構(gòu)建的VoIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在錄井房與生活區(qū)間架設(shè)無線網(wǎng)橋，用于錄井實時數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信?；诖耍赏ㄟ^在各通話節(jié)點添加VoIP話機設(shè)備，將語音模擬信號與語音數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換，再借助無線網(wǎng)橋(采用IEEE 802.11ac技術(shù))將信號傳輸至IP電話交換機(IP PBX),由其連接至被呼叫端，建立基于IP網(wǎng)絡(luò)的雙向或多向語音互聯(lián)，實現(xiàn)井場內(nèi)部通話[3]。借助無線傳輸技術(shù)，無需鋪設(shè)電纜，不僅節(jié)約了大量的材料及人力成本，更保證了通信的穩(wěn)定性和及時性。

圖1 伊拉克X油區(qū)井場VoIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

井場內(nèi)VoIP網(wǎng)絡(luò)配置主要包括IP電話交換機(軟交換中心)和IP話機配置(終端設(shè)備)。井場區(qū)域為局域網(wǎng)絡(luò)，IP電話交換機及IP話機均配置在同一IP網(wǎng)段的局域網(wǎng)內(nèi)。

IP電話交換機作為網(wǎng)絡(luò)的核心服務(wù)器，具有管理用戶、權(quán)限配置、業(yè)務(wù)配置、路由管理等功能，處于網(wǎng)絡(luò)位置的中心結(jié)點。IP電話交換機地址是IP話機的信息注冊地址，所有IP話機只有在IP電話交換機注冊后才可以接入網(wǎng)絡(luò)。IP電話交換機和IP話機均設(shè)置于同一網(wǎng)段，其配置方法如下。

(1)IP電話交換機網(wǎng)絡(luò)配置。IP地址設(shè)置為靜態(tài):192．168．11．11；子網(wǎng)掩碼:255．255．255．0；網(wǎng)關(guān):192．168．11．1；網(wǎng)卡為LAN 1。因采購的設(shè)備均基于SIP協(xié)議研發(fā)，所以網(wǎng)絡(luò)需開放TCP/UDP的5060端口。IP電話交換機網(wǎng)絡(luò)信息配置完成后，登錄其系統(tǒng)并添加注冊用戶信息及電話號碼，授予業(yè)務(wù)權(quán)限即可完成用戶注冊。用戶信息包括用戶名、密碼、用戶SIP電話號碼等；用戶在使用SIP電話時，只需向IP電話交換機登記正確信息，即可完成注冊使用。

(2)IP話機網(wǎng)絡(luò)配置。登錄IP話機配置頁面，按要求填寫設(shè)備IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)等信息。因為IP電話交換機未開啟DHCP服務(wù)，所以各IP話機的IP地址均配置為靜態(tài)。完成IP地址配置后，IP話機即接入IP電話交換機所在的局域網(wǎng)，可實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)VoIP語音通信。某井場VoIP注冊信息如表1所示。

表1 某井場VoIP設(shè)備信息

3.2 VoIP電話系統(tǒng)在井場外的構(gòu)建

由于該油區(qū)地處兩伊邊境，手機信號尚未覆蓋，造成井場與基地、項目總部與甲方之間的通信極為不便，不利于實時通信、快速反應(yīng)。在作業(yè)基地和總部分別部署VoIP設(shè)備后，可實現(xiàn)各井場間、井場與基地、井場與項目總部等實時通信，提升管理效率。如在國內(nèi)總部選擇接入中國網(wǎng)絡(luò)運營商的PSTN服務(wù)，可實現(xiàn)海外井場與國內(nèi)電話用戶的無縫通信。在各井場間、井場與基地、井場與總部之間構(gòu)建的VoIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 井場與基地、總部VoIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

井場間、井場與基地、井場與總部之間的VoIP網(wǎng)絡(luò)配置和井場內(nèi)網(wǎng)絡(luò)配置在局域網(wǎng)部分完全一致，其余設(shè)置如下。

(1)指定作業(yè)基地的IP電話交換機為核心，其余IP電話交換機為分支；核心交換機注冊有各分支機的信息(包括分支編號、密碼、分機號格式及長度)，在組網(wǎng)前需提前規(guī)劃多臺分支機的范圍，確保每臺分支機的電話號碼無重復(fù)。

(2)核心交換機如使用私有IP，則需對其做端口映射，以確保分支能成功連接到核心交換機。

(3)在各分支機上輸入核心交換機的公網(wǎng)IP地址、分支編號、密碼即可快速完成組網(wǎng)對接，組網(wǎng)完成后即可實現(xiàn)各機構(gòu)之間的通信。表2為伊拉克X油區(qū)進場VoIP電話號碼分配表，其他終端如需要與該進場內(nèi)部某單位聯(lián)系，直接在表1中該單位的井場內(nèi)VoIP號碼前加撥該進場編號即可。例如：需要與BH 38錄井隊通信，直接撥打38006即可，38為BH 38錄井隊的分支編號，006為錄井編號(各單位內(nèi)部號碼詳見表1)。

表2 伊拉克X油區(qū)VoIP電話號碼

3.3 VoIP電話系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全

使用VoIP通信時，網(wǎng)絡(luò)安全問題無疑是最受關(guān)注的問題之一，黑客攻擊VoIP網(wǎng)絡(luò)最常見的方式包括：竊聽、改變呼叫ID、混淆電話呼叫、惡意音頻插入、釣魚攻擊及獲取敏感信息等。在該油區(qū)VoIP系統(tǒng)中用以下設(shè)置來提高安全性[4]。

(1)創(chuàng)建防火墻。在各IP電話交換機上創(chuàng)建并開啟防火墻，配置防火墻規(guī)則包括：指定的IP和配置過的IP話機才能訪問IP電話交換機；忽略掉除上述IP地址的訪問，直接將數(shù)據(jù)包丟棄，并不做反饋，避免通過惡意攻擊探測IP電話交換機的服務(wù)器信息；禁止被ping，防止他人使用該命令探測設(shè)備。

(2)設(shè)置強密碼。設(shè)備注冊密碼并使用強密碼格式，且必須包含特殊字符。密碼每兩月定期修改。開啟IP自動防御，如某IP在短時間內(nèi)數(shù)據(jù)包數(shù)量超過正常數(shù)量，多次登錄注冊失敗或多次自動配置失敗，則將該IP列入禁止名單。

4 效果分析

伊拉克南部X油區(qū)VoIP電話系統(tǒng)于2021年3月陸續(xù)投入使用，目前已完成7個井場及2個基地的系統(tǒng)建設(shè)，注冊用戶80余個。采用VoIP技術(shù)的電話通信系統(tǒng)，解決了偏遠油區(qū)無手機信號、通信困難的狀況，同時節(jié)省了大量耗材費用。經(jīng)過一年的運行，該系統(tǒng)實現(xiàn)了各井場間、井場與基地、總部及井場內(nèi)相關(guān)方的實時通信，從而提升了信息交流的及時性，為系統(tǒng)的推廣提供了寶貴的經(jīng)驗，也為推動信息化油田建設(shè)提供了有力支撐。

5 結(jié) 論

(1)VoIP電話系統(tǒng)在油區(qū)的使用，解決了各井場間、井場與基地、總部及井場內(nèi)相關(guān)方實時通信困難的問題，實現(xiàn)了井場、基地、總部之間全部節(jié)點的實時通信，提升了信息交流的及時性和準確性，VoIP系統(tǒng)在油區(qū)各單位各相關(guān)方協(xié)同工作中發(fā)揮了更大作用，通信效率得到大幅提升，同時節(jié)省了大量費用。

(2)安全策略的引入，使得信息安全傳輸?shù)玫搅吮Ｕ?，既可防止受到惡意攻擊和監(jiān)聽，也避免了作業(yè)現(xiàn)場接收到錯誤指令。