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1方案設(shè)計(jì)
1.1新建網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃
由于工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)距離無線網(wǎng)橋具有1~3dB的低C/I值,同時(shí)采用GPS時(shí)鐘同步、定向天線等多種技術(shù)手段提高系統(tǒng)的抗干擾能力。設(shè)備的每個(gè)信道帶寬頻率是20MHz,因此頻率間隔不應(yīng)該設(shè)置得比20MHz低。通訊模塊允許運(yùn)營(yíng)商以5MHz為間隔來選擇頻率。因此在同址安裝其他設(shè)備時(shí),運(yùn)營(yíng)者可以根據(jù)互用性來制定頻率規(guī)劃。一般使用6個(gè)不重疊的信道(5.735GHz、5.755GHz、5.775GHz、5.795GHz、5.815GHz、5.840GHz)。這6個(gè)信道也可以在回傳點(diǎn)到點(diǎn)鏈路中使用。在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,每個(gè)中心基站使用2~3個(gè)AP(接入點(diǎn))組成一個(gè)接入點(diǎn)集群。扇區(qū)按表1進(jìn)行頻率規(guī)劃和扇區(qū)ID分配。所以在兩個(gè)接入點(diǎn)集群(APCluster)中每個(gè)集群最多只需使用3個(gè)頻點(diǎn)(5.755GHz、5.775GHZ和5.795GHz)。每個(gè)頻點(diǎn)做不同方向的二次復(fù)用就可以正常工作,其余3個(gè)頻點(diǎn)可以用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)回傳設(shè)備的工作頻率。工程采用的工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)距離無線系統(tǒng)支持6個(gè)無干擾的信道,因此對(duì)于單個(gè)扇區(qū)可最多架設(shè)6個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)設(shè)備。
1.2氣田原通信系統(tǒng)硬件升級(jí)改造
井場(chǎng)的RTU單元在無線網(wǎng)絡(luò)接入前,原有線鏈路通過交換機(jī)的2M中繼與中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,在加入無線網(wǎng)絡(luò)后,需要無線與有線之間的判斷環(huán)路。中心站除了數(shù)據(jù)上傳外,還需要對(duì)井場(chǎng)RTU數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理,由此可以判斷環(huán)路主要出現(xiàn)在中心站及井場(chǎng)之間。所以井場(chǎng)與中心站必須同時(shí)安裝CISCO2960后才能使STP(生成樹協(xié)議)生效,參與本地環(huán)路判斷,自動(dòng)辨別環(huán)路的狀態(tài)形成。中心站和井場(chǎng)改造完畢后即可對(duì)處理廠的原有線部分的CISCO3845路由器進(jìn)行配置。無線通信在進(jìn)入路由器之前,無線網(wǎng)絡(luò)工作站監(jiān)控站可以通過增加的CISCO2960作為與無線鏈路中的設(shè)備通信接口。在有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為主、無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為輔的情況下,工作站檢測(cè)備用鏈路中各無線設(shè)備的通斷情況,一旦發(fā)生情況即可發(fā)出警告。根據(jù)配置后的CISCO3845接口定義,將有線和無線鏈路分別插入對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口即可實(shí)現(xiàn)正常通訊。
2兩種網(wǎng)絡(luò)互備傳輸存在的問題及解決方法
2.1存在的問題
由于有線網(wǎng)絡(luò)屬于已建成的網(wǎng)絡(luò),無線備用通道在傳輸過程中會(huì)形成一定的環(huán)路。如果無法解除環(huán)路的產(chǎn)生,那么網(wǎng)絡(luò)的正常通訊會(huì)因?yàn)榄h(huán)路形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊的擁塞和中斷。M2-8RTU單元、M2-6RTU單元、M2-B1RTU單元等各個(gè)終端信號(hào)在本地交換機(jī)與無線設(shè)備和中心站處理交換機(jī)數(shù)據(jù)交換過程中,形成了多處環(huán)路。這些環(huán)路造成了各個(gè)交換機(jī)之間的通信堵塞,大量的重復(fù)信息嚴(yán)重占用了通信帶寬,使正常通信無法進(jìn)行。只有在單獨(dú)使用單一通訊的情況下,環(huán)路線路才可能中斷從而使通信恢復(fù)正常。
2.2環(huán)路的解決方法
1)方案一。需要在中心連接處增加CISCO3層交換設(shè)備,并對(duì)末端RTU的地址進(jìn)行重新分配,然后利用VLAN進(jìn)行劃分,還需更換光纖適配器傳輸模塊,使末端設(shè)備鏈路工作在不同的VLAN,在需要中心三層交換機(jī)中進(jìn)行通信的IP數(shù)據(jù)包交換并對(duì)各個(gè)線路進(jìn)行隔離。但設(shè)計(jì)及訂貨時(shí)間要求較長(zhǎng),而且需要增更換通信設(shè)備,需要工藝人員堅(jiān)守各個(gè)井場(chǎng)關(guān)鍵控制點(diǎn),配合更換設(shè)備。
2)方案二。需要對(duì)各個(gè)井場(chǎng)交換機(jī)重新進(jìn)行配置,采用混合VLAN的形式進(jìn)行組網(wǎng)配置時(shí)間較長(zhǎng),配置時(shí)通信會(huì)發(fā)生中斷,所有交換設(shè)備處都必須做出修改,中心及井場(chǎng)交換機(jī)組網(wǎng)完畢后,還需對(duì)處理廠路由器做出部分修改,需要工藝人員堅(jiān)守各個(gè)井場(chǎng)關(guān)鍵控制點(diǎn),配合更換設(shè)備。
3)方案三。需對(duì)原井場(chǎng)普通交換機(jī)更換為支持STP協(xié)議交換機(jī)(帶路由功能),作業(yè)時(shí)間為每站單獨(dú)中斷2min,中心站更換設(shè)備通信中斷時(shí)間為5min,中心站無線設(shè)備插接安裝完畢共需20min,安裝前需要保證井場(chǎng)或機(jī)柜內(nèi)電源插口有余,在交換機(jī)啟動(dòng)、配置完畢后可直接進(jìn)行換插,需要工藝人員堅(jiān)守各個(gè)井場(chǎng)關(guān)鍵控制點(diǎn),配合更換設(shè)備。以上3種方案中,方案一耗時(shí)長(zhǎng)且投資最高,風(fēng)險(xiǎn)最大;方案二耗時(shí)較長(zhǎng)且風(fēng)險(xiǎn)較大;方案三耗時(shí)最短,投資和風(fēng)險(xiǎn)控制較為理想。在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)條件下的環(huán)路解決方案為:在環(huán)型鏈路中,采用思科STP協(xié)議(生成樹協(xié)議)可在二層設(shè)備數(shù)據(jù)交換時(shí),對(duì)行環(huán)型鏈路進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并快速切換。當(dāng)某端口通信線路發(fā)生故障口后,CISCO交換機(jī)設(shè)備可根據(jù)STP協(xié)議使備用的線路在1~2s內(nèi)轉(zhuǎn)為主要電路,在原主要線路故障恢復(fù)后交換機(jī)將自動(dòng)進(jìn)行無縫鏈路的切換,使得中心站通信持續(xù)保持正常,網(wǎng)絡(luò)環(huán)路所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴會(huì)自動(dòng)消失。
3M氣田應(yīng)用成效
M氣田建設(shè)的無線數(shù)據(jù)通訊鏈路采用TCP/IP以太網(wǎng)通訊協(xié)議,傳輸過程為透明網(wǎng)橋式傳輸?,F(xiàn)采用摩托羅拉無線寬帶接入系統(tǒng)(canopy系統(tǒng))建立無線網(wǎng)絡(luò),摩托羅拉無線寬帶系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)設(shè)備,提供10BASE-T/100BASE-T(RJ-45)自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口,遵循TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊協(xié)議。單個(gè)氣井的數(shù)據(jù)先傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心站,再通過數(shù)據(jù)中心站無線傳回到處理廠scada系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制和聯(lián)鎖,解決了固定光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)遭遇突發(fā)地質(zhì)、山洪等災(zāi)害造成通信中斷的問題。以此作為有線光纖網(wǎng)絡(luò)的備用通道,也擴(kuò)展了氣田網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域,提高了其網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化工作的能力。天上無線(無線網(wǎng)橋)、地上有線(SDH)建成后,對(duì)無線與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全線接通,中心通信設(shè)備通訊正常。當(dāng)操作人員拔出主干有線鏈路后,無線連接等立即轉(zhuǎn)化立即接替有線通訊,整個(gè)轉(zhuǎn)換在1s內(nèi)全部完成,無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信全部正常。而主電纜恢復(fù)連接后,交換機(jī)自動(dòng)進(jìn)行無縫的主電路切回,各井場(chǎng)RTU—中心站RTU處理—處理廠SCADA系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸未發(fā)生丟失情況,有線與無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)互備傳輸系統(tǒng)得到了良好地實(shí)施。
4結(jié)束語
以無線網(wǎng)橋系統(tǒng)作為光纖傳輸系統(tǒng)的熱備系統(tǒng),在光傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)斷路、光信號(hào)衰減過大的情況下,可自動(dòng)切換至無線網(wǎng)橋系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作,通過在M氣田項(xiàng)目上幾年的測(cè)試和實(shí)際運(yùn)行,證實(shí)了此方案的可行性、通信的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
作者:史建華 馬向陽 周明軍 夏顯威 袁媛 單位:中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司 中國石油塔里木油田庫車勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部