新型MSTP技术在长输管道设计中的应用

苏昊

(中国石化国际勘探开发公司，北京 100029)



新型MSTP技术在长输管道设计中的应用

苏昊

(中国石化国际勘探开发公司，北京 100029)

近年来数据业务的发展促使SDH 技术由最初的NxE1透明传输逐渐向宽带多业务传输演进。以西南成品油管道工程通信光传输系统的设计和实现为载体，探讨基于多协议标签交换(MPLS)技术的第三代多业务传输平台(MSTP)技术在长输管道项目中的应用，并对实际效果进行横向对比，说明其稳定性、可靠性和良好的发展前景。

数据采集与监控系统多协议标签交换多业务传输平台长输管道通信组网设计

经过二十余年的快速发展，国内油气长输管道建设取得质、量双飞跃，相关通信配套技术也有长足进步。随着新业务需求的增大，特别是各种以太网数据业务迅猛发展，ALL-IP时代传统的光传输系统OTN(optical transport network)向多业务传输平台MSTP(multi-service transfer platform)演进已是主流。

1　多业务传输平台技术概述

1.1MSTP是同步数字传输网未来之路

面向时分业务的同步数字传输网SDH(synchronous digital hierarchy)，凭借其成熟的技术、可靠的性能、强大的管理功能和高安全性，在OTN中得到广泛应用。特别是提供以E1为主的各种TDM(time division multiplexing)业务接口，特别适合站点分散、在早期业务量不大的长输管道通信中的大量应用。

然而，早期的SDH自PDH(plesiochronous digital hierarchy)升级而来，存在多层网络结构复杂、功能业务单一等缺点。对于接入数据的多样性，可通过映射、级联等手段，SDH可以传输几乎所有的数据格式，对FE数据可以固定封装和透明传输以及汇聚。但系统带宽是由网管系统集中分配，通过E1或E1复用映射来实现，此特点与新业务带宽动态平衡的需求相悖。验身到设备接口层，因不支持FE接口，不得已使用大量协议转换装置，降低了物理可靠性，另外FE数据点到点传输，占用大量E1通道，损失了传输效率，不能满足长输管道数字化日益复杂的通信要求。

为降低长输管道工程传输网络建设和运营成本，需要一个多业务传送平台来实现多业务的综合传输。主流设备提供商研发出MSTP，这不能算完全的创新，而是通过一定手段将MPLS (multi-protocol label switching)，以太网，ATM (asynchronous transfer mode)，RPR(resilient packet ring)，光纤通道等原有成熟技术集成到SDH上，所以更像一种高质量接口转换器。

在长输管道组网中，运用MSTP技术可被视为TDM+FE L2，通过链路层交换完成数据透明传输和智能管控，优化数据在通道中的传输质量。随着时间的推移和经验的积累，MSTP技术也在应用中不断升级，例如，在以太网数据处理上，支持以太网透传的第一代MSTP、支持二层交换的第二代和当前支持MPLS的第三代MSTP。

1.2基于MPLS的第三代MSTP更适合长输管道通信系统组网

第三代MSTP的主要特点是引入了中间适配层，采用高速封装协议，支持VC(virtual container)级联和链路容量自动调整，因而可支持多点到多点的连接，具有可扩展性，支持用户隔离和带宽共享，这正是长输管道通信组网的优点。高速GFP(generic framing procedure)封装格式和VC虚级联的第三代MSTP传输方式如图1所示。

图1　高速GFP封装格式和VC虚级联的第三代MSTP传输方式

比较MPLS与RPR技术则是各有千秋：

1) MPLS可以从整个WAN网络结构上进行资源的优化，达到最佳统计复用，而RPR技术只从局部(在一个保护环内)对网络资源进行优化。

2) 从通信组网设备构成上看，MPLS技术可涵盖WAN中L3路由设备的功能，但RPR设备连接不同环路时，却必须安装L3路由设备。

3) 从数据保护看，MPLS技术已具备网络恢复功能，但RPR的网络恢复速度更快更强。

4) MPLS可灵活支撑多种复杂拓扑，RPR则依然以环形拓扑为主。长输管线多为链型或树型拓扑，RPR的许多优势，如快速自愈保护、空间复用等都不能发挥。综合评价，基于MPLS的MSTP更适合长输管线的通信传输。

2　基于MSTP平台的光传输系统的设计与实现

以某成品油管道为例，全长约1600km，配套的通信系统工程对保障管道的正常和安全运行尤为重要。作为其中核心的光传输部分采用了基于MPLS的第三代MSTP组网，已开通并试运行成功。

2.1通信传输业务需求

西南成品油管道工程通信传输主要包括： 语音(TDM)业务，数据采集及监控系统(SCADA)数据业务，OA数据业务，电视会议、视频监控等数据业务，其专网业务的特殊性决定了传输系统具有以下特点：

1) 对可靠性要求高，特别是数据采集系统；数据节点多，平均流量低；双控制中心，中心之间有较大流量。

2) 物理拓扑为链形，可能分枝，难以形成环网保护；距离长，节点多，系统时钟可能劣化，影响系统可靠性。

3) 需要主用和备用传输系统。

2.2网络结构

西南成品油管道通信系统工程沿管线敷设1条16芯通信光缆，同时建设了沿此线路的1套MSTP 2.5G/10G(bit·s-1)光传输系统。沿线共有23个光通信站(包括茂名调控中心以及长坡备用调控中心)、8个以太网收发站(建于各泵站之间的截断阀室内)。

考虑到截断阀室只有数据传输业务，设计将光缆通信线路(同缆)分为两部分，干线占用2对光纤(1+1 MSP)，至截断阀室占用2对光纤(一主一备)，共占用8芯。截断阀室的数据信号就近接入干线节点，并通过干线网络传输到茂名调控中心。

2.3设备配置

各节点(包括支线和管理处)选用PCM设备接入语音，在调控中心使用PCM设备将语音接出；使用MSTP的以太网接口通过单独的路由器设备接入SCADA数据，通过网络交换机接入OA、会议电视系统以及图像监控系统。在调控中心以太网板接口输出以太网数据，通过路由器和交换机接入相应系统。SCADA数据使用主、备两个独立的路由器接入，主、备两个独立的路由器将SCADA数据同时发往主、备调控中心，在主、备调控中心使用GE板接出。

主管线沿路各站设备，选用STM-16等级的MSTP设备，安装于控制室或无人自动阀室内，初期设计传输速率为2.5Gbit/s，17个节点站设备以及支线节点设备均能实现2.5G/10G(bit·s-1)平滑升级(即仅增加群路盘就能升级为10G)。

2.4同步方式

同步方式为主从同步，由某特大城市的中国电信机房引入标准2048Kbit/s时钟，沿线各站从群路信令中直接获取，作为主时钟。

MSTP设备配有2个外同步输入接口和1个外同步输出接口，可根据需要，接入备用时钟，日常运行中自动选取同步质量最高的信号，并避免形成定时环。

2.5保护方案

在西南成品油管道工程中，MSTP保护倒换的核心承载是TCP/IP数据，对其透传保护直接利用SDH提供的保护(复用段保护和子网连接保护)。对以太网交换保护采用分层保护方式。物理层采用SDH提供的保护(包括复用段保护、子网连接保护)，或者采用协议保护。当倒换与物理层同时使用时，采用相应策略以保证两种倒换不会重叠发生，如可以采用拖延倒换时间来支持倒换。对以太环网保护采用分层保护方式。物理层采用SDH保护(如复用段保护)来提供以太网业务的保护；MAC层采用协议或其他保护算法提供以太网业务保护。

2.6网管方案

由于该工程距离超2000km，MSTP平台设网管中心两处(主备)，只能用软件实现对整个系统拓扑、配置、故障、安全等完善的监控和管理，并支持远程在线升级。

3　技术应用的优势和特点

事实证明，采用MSTP设备组网系统优势明显：

1) 系统扩容升级方便，经济、高效。不仅干线设备可以平滑升级到10Gbit/s，该工程的支线622M MSTP设备也可实现平滑升级到2.5Gbit/s。今后如有业务量的增加，只增加相应功能板即可，不但简捷更保护了前期投资。

2) 实现了电路到多业务的一体化传输。工程中MSTP设备提供丰富的10M/100M自适应FE接口和少量GE接口，解决了传输数据多样化的实际需求。

3) 系统安全性、稳定性升级。基于链状拓扑的MSP 1+1保护，提升整体的安全稳定性。

4) 带宽利用率高。长输管道数据点比较分散且点数较少，语音、SCADA等数据的传送能充分利用系统资源，提高了带宽利用率，减少了光纤需要量。

5) 网管更便捷。统一的智能型网管，可操作性更强，不但节约成本减少误操作，还能降低维护成本。

4　结束语

基于MPLS的第三代多业务大容量MSTP以其突出的优势已成为油气长输管道数据传输网建设的主流技术，经西南成品油、川气东送、鲁皖等具体项目的成功运用，证实了其可靠性和突出的性价比，并有利于在后续运行中发现问题，为今后类似项目设计水平的进步提供了宝贵经验。

[1]黄峰，张海涛，蒋章震，等.YD/T 1474—2006 基于SDH的多业务传送节点(MSTP)技术要求[S].北京： 中国邮电出版社，2006.

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[3]曹蓟光.MSTP技术及其应用研究[J].通信世界，2003(02)： 15-17.

[4]雷学智.使用MSTP实现冗余备份负载均衡的组网方案[J].电子世界，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

苏昊(1978—)，男，山东东营人，现就职于中国石化国际勘探开发公司，任地面工程专家助手，主任工程师。

TP273

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1007-7324(2016)04-0007-03

稿件收到日期： 2016-03-30。