基于Ka高通量卫星的海上油田宽带网络的应用和展望

文|卜华文 徐亮 常昕 中海油信息科技有限公司上海分公司

一、引言

中国海域的海上众多油田位于深海，距离陆地两三百千米以上，因受限于海陆距离远，与陆地没有建设海底光缆，尤其是移动勘探钻井平台，常年在不同的海域进行探勘钻井作业，即使是在离海岸较近的距离，也不适合建设海底光缆。海上油田与陆地不具有建立微波大容量通信的条件，目前成熟的通信手段，如散射通信、资源有限的C频段和Ku频段卫星通信，带宽资源小，通信速率有限，仅能满足日常生产办公所需的窄带通信。视频监控、视频会议等应用无法做到即开即用，使用效果不尽如人意，尤其是数字化、智能化的应用受带宽限制，不能快速发展。油田一线作业环境艰苦，运营商手机信号没有在平台进行覆盖，没有移动互联网，学习、生活等互联网应用需求一直没有办法满足。随着社会的快速发展、科学技术的进步、信息化的快速发展，海上油田现有的通信方式制约了勘探开发数字化、智能化的发展，窄带通信方式与一线员工日益增长的宽带互联网生活、学习、工作、日常沟通等实际用网需求的矛盾日益增加，因此宽带通信在海上油田的部署是未来发展的趋势，可以极大的提高生产效率，同时对一线员工的身心健康有益。

为了能够快速实现上述的数字化、智能化的大带宽以及互联网应用需求，能源企业或者油田企业在远距离海上油田开展了基于Ka高通量卫星的海上油田宽带网络的应用，针对海上固定油田、移动勘探钻井平台、移动船舶各自的特点和实际应用需求，结合Ka高通量卫星小型化系统，分别建设了Ka高通量卫星固定站和动中通移动站，进行深度应用的研究和探索，形成以海上固定油田为核心，移动勘探钻井平台、移动船舶为支撑的片区海域内的、有特色的、勘探开发一体化智能应用、临时和应急救援应用等的大带宽通信能力，满足海上油田数字化、智能化发展，以及员工的互联网应用需求，满足未来海上新能源开发、海洋渔业、海洋交通运输业等多行业的融合应用需求。

二、海上油田传统通信方式及宽带网络需求分析

1.海上油田传统通信方式

中国海域的油田数量众多，因海上油田与海岸的距离不同，因此针对不同油田距陆地距离有不同的通信方式：一是，距离陆地150km以上，海上油田仅有卫星通信方式，使用传统的C频段、Ku频段卫星资源，为窄带通信。二是，距离陆地150km以内，在岛屿、岸基有条件建设微波通信、散射通信的海上油田，有微波+卫星通信和散射+卫星通信方式，微波、散射作为主用通信链路，通信链路带宽较大，根据海上油田和陆地距离的不同，通信带宽有几十兆到上百兆不等，卫星通信作为备用通信链路；没有条件建设微波、散射通信的海上油田，虽然距离陆地较近，但仍然仅有卫星通信一种方式。三是，移动勘探钻井平台常年在不同的海域进行油田勘探、钻井作业等，为了方便其可移动作业，一般不建设微波、散射等固定位置通信链路，仅部署卫星通信一种通信方式。

2.海上油田传输业务类型

海上油田是集生产、办公、生活于一体的综合性采油平台，海上油田的业务数据类型丰富多样，如：

1）生产数据，生产用仪器仪表设备的压力、温度、流量、灵敏度等参数数据，生产的监控数据、控制信号等。

2）管理数据，生产办公使用的ERP系统、MAXIMO系统、海油内部的一些管理平台系统等。

3）钻井数据，勘探钻井期间录井数据、仪器仪表设备的参数、相关钻井动态图表等的数据。

4）邮件报表，人员办公涉及的文件、报表等日常交流相关的邮件信息数据。

5）个人应用，个人工作、学习、生活等互联网应用。

3.宽带网络在海上油田的需求分析

海上油田传统的卫星通信使用C和Ku频段资源，由于这两个频段资源少，海油平台多，每个油田所申请的资源有限，并且申请的卫星资源主要用于生产办公使用，没有单独的个人应用互联网。近几年随着国家数字化、信息化、智能化的快速发展，海上油田生产办公智能化的应用也在提高、油田人员个人互联网应用需求增加，而现有卫星资源的有限，增加了很多的矛盾，因此对宽带网络的需求与日俱增。

（1）个人应用

海上油田没有运营商信号覆盖，没有个人应用互联网，犹如孤岛般的生活，个人应用互联网在平台的需求强烈，考虑以人为本的民生为出发点，为了满足一线人员的生活、学习用网，稳定一线人员队伍，对海上油田个人应用互联网的需求非常迫切。

（2）网络治理

原来海上油田的个人用网通过本就有限的生产办公网来实现，不仅降低工作用网效率，而且信息、网络安全得不到保障，随着国家对信息、网络安全的整治和重视，也需要将个人生活用网与生产办公网进行分离管理，通过宽带互联网在海上油田的应用来实现双网分离，保障信息、网络安全。

（3）科学、安全生产

随着勘探一体化的快速发展，对科学开发、安全生产要求越来越高，而现有的海上油田网络资源仅能传输数据、图片，对智能化的勘探开发、生产产生的大数据没有有效的通信方式进行传输，对科学开发、安全生产进行了制约，需要通过宽带互联网在海上油田的应用来打破这种限制。

三、Ka高通量宽带卫星网络在海上油田的应用探索

1.个人互联网应用场景

个人互联网应用基于海上油田生产办公网、生活用网分离的设计思想，即生产办公网数据通过传统的C、Ku频段卫星通信链路传输，生活用网通过Ka高通量卫星通信链路传输，以达到生产办公网和生活用网双网完全分离的目的。Ka高通量卫星在固定油田和移动勘探钻井平台分别使用便携式固定卫星天线和自动跟踪天线建站，系统容量支持150个宽窄带业务连接，卫星调制解调器后端连接流控设备和无线AP，无线AP容量支持250个手机、IPAD等移动终端用户、PC用户连接，测试过程中最多有90人同时在线，系统正常稳定运行。通信链路陆地端落地在Ka地面信关站，然后通过防火墙出局访问互联网，通信链路系统如图1所示，Ka卫星在海上多个油田已经部署商业应用，应用效果很好，下行达到83Mbit/s，根据海上油田实际需求，上行申请的带宽较小，达到4Mbit/s，虽然中国海域的很多海上油田在Ka卫星覆盖的边缘，但是接收信号和信道传输性能良好。

图1 Ka高通量卫星通信系统拓扑图

生产办公网应用在个人互联网应用拓扑基础上通过使用IPsec VPN建立隧道的方式进入企业内网，用海上油田生产办公电脑接入Ka网络，测试Ka网络使用IPsec VPN接入企业内网后的办公应用情况，从测试的工作使用情况来看，验证了Ka卫星宽带网络可以满足海上油田企业内联网的生产办公需求，各项系统应用均能够正常访问。

2.基于Ka高通量卫星的运营商手机信号覆盖应用

海上油田距离岸基较远，国内三大运营商的手机信号无法覆盖，受限于海陆通信的带宽影响，这么多年来海上油田一直没有部署手机信号覆盖基站。在Ka高通量卫星商用后，中国海域部分海上油田部署了运营商基站，通过Ka卫星带宽网络回传陆地，接入运营商核心网络，运营商手机信号在海上油田完成覆盖，让一线员工能够通过手机拨打电话、接收验证码等丰富业余生活，并且基站能够覆盖油田周边几公里的海域，方便周围的作业船舶工作人员使用，如图2所示。

图2 海上油田运营商手机信号覆盖示意图

3.海上油田应急通信应用场景

多年来，远距离海上油田应急通信受海陆通信带宽影响，陆地一直通过电话、邮件等非可视化方式对海上油田进行应急指挥，海上油田应急通信一直不能与陆地指挥中心很好的进行联动指挥。Ka高通量卫星在海上油田的应用，使得海陆应急联动指挥成为可能。海上油田建设的内部融合通信方式有：广播通信系统、程控通信系统、集群对讲系统、船载对讲系统、机载对讲系统，油田内部视频会议系统等。Ka高通量卫星在海上油田部署后，海上油田内部融合通信系统可以通过Ka宽带网络接入陆地指挥中心，陆地指挥中心可以与海上油田视频会商，进行应急策略、方案商讨和实施等处理，如图3所示。

图3 海上油田应急救援示意图

1）如果海上油田出现应急情况，陆地指挥中心可以根据海上油田坐标、海图信息、回传的视频图片画面等信息，寻找油田周边工作船只、渔船、运输船只等，通知油田通过船载对讲系统联系附近船舶前来救援，陆地指挥中心也可以直接联系附近船舶、联系飞机前去海上油田位置进行救援。

2）陆地的海上救援中心与油田企业建立合作，如果海上油田附近有船只出现应急情况，陆地的海上救援中心接到险情后，可以联系油田企业陆地应急指挥中心，根据船舶坐标信息，确认附近的具体海上油田，并且与该海上油田进行多方（事故船方、海上救援中心、油田企业陆地指挥中心、海上油田）视频会议，商讨具体救援措施，海上油田安排守护船或者附近的船舶前去事故地点进行施救，能够高效的完成救援工作，最大限度降低事故损失。

四、Ka高通量卫星在海上应用和展望

Ka高通量卫星具有使用频率高，天线增益大，用户终端天线小、轻，利于灵活移动和部署快速等特点，在地面通信网络瘫痪的灾区、覆盖不到的偏远山区等区域搭建临时应急通信，建立永久通信有着较大的优势，例如，在灾区建立临时应急多媒体指挥中心，在偏远山区建立远程教育等。海上通信网络本就没有陆地通过光缆敷设的通信网络那么四通八达，并且中远海海域甚至没有光缆和运营商信号覆盖，因此Ka高通量卫星在海上的应用有着不可替代的优势，除了上述提到的海上油田宽带网络应用外，近远期的海上宽带网络应用场景还包括滨海旅游业、海洋新能源开发、海洋牧场、渔业、海洋工程建筑业、海洋交通运输业等。