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数字化油田各种通信技术对比分析
“数字油田”各种通信技术对比分析
二〇一〇年八月二十六日
一、传统“数字油田”无线通信技术说明
1、数传电台技术
无线数传电台技术为油田的信息化做出了重大的贡献,该技术投资少、见效快,覆盖距离远、运行稳定。
作为低速的无线数据接入系统,在过去的10多年的时间内,毫无疑问它是油井数字化建设的不二的技术选择。
目前数传电台面临重大的技术挑战,“数字油田”发展的要求越来越高,突出表现在对带宽的要求越来越大,对实时性要求越来越高,对业务的综合能力越来越高。
不仅要传输“三遥”的数据、还要传送图象业务、应急通信、调度等综合性的业务需求。
对于已经建设的油井,数传电台还是需要继续发挥它的重要作用,对于正在建设的油井,数传电台可以作为一种临时的手段,不再适合大规模部署的技术手段。
我们认为应该采用新一代的无线宽带接入技术来满足“数字油田”建设的最新要求。
新一代的无线宽带接入系统基于移动WiMAX标准化技术,采用全IP的承载平台、符合“最高的带宽能力、最大的用户容量、最综合的业务支持能力、最优化的投入产出效率”的技术要求,是目前为止“数字油田”建设最佳的无线通信技术。
总结:
数传电台是我们油田信息化建设不可缺少的无线通信技术手段,但是我们需要逐步地向新一代的无线通信技术进行演进,以满足油田建设“减员增效”的战略要求。
2、GPRS/CDMA-1X技术
GPRS/CDMA-1X公网技术已经广泛地应用于“数字油田”的建设中,经过几年的部署和应用,对于该技术的优势和劣势,油田用户已经有了客观的认识。
优势:
中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接、建设周期短,建设成本低。
油田不需要建设专用网络;
利用GPRS业务平台构建油井数据采集传输系统,设备安装方便、维护简单;
GPRSDTU功耗为200mW左右,比较适合野外恶劣的供电环境,可以满足太阳能供电的要求。
劣势:
GPRS是公网技术,不是“专用的网络”,无法保证“专网优先的应用”,因为公网里的所有用户是“公平使用网络的”,当用户较多时网络的质量就急剧下降,每个用户的服务质量均下降;
GPRS是公网技术,它支持的下行带宽大、上行带宽小,适合Internet业务,但是专网的数据传送规律恰恰相反,专网要求“上行带宽大、下行带宽小”,与公网的网络能力正好相反,这也是使用GPRS后大家普遍感觉非常失望、反差很大的根本原因;
目前GPRS理想的数据传输速率在30Kbps左右,油井密度大的地区,或手机使用频繁的区域,带宽只有几Kbps左右,无法满足宽带的需求,视频业务的接入完全没有可能;
实时性差,GPRS的时延容易受到网络负荷和环境的影响,时延一般为600~1500ms;
GPRS由于技术的局限,它的的丢包率在1%~4%左右,丢包率太高,是工业应用无法容忍的,需要在网络的上层进行二次开发才能满足系统的要求;
GPRS/CDMA-1X因租用公网网络,随时间累积,其线路租用费用对油田来讲也是一笔很大的支出。
总结:
我们认为GPRS/CDMA-1X已经完成了历史使命,已经不适应“数字油田”的发展要求,可以作为一个临时或过渡性的技术使用。
3、无线网桥(802.11a)技术
无线网桥技术也已经广泛地应用于“数字油田”的建设中,特别是在视频监控应用方面发挥了重要的作用,但是在应用到“工业数据采集传输”方面就渐渐地暴露了它的技术局限性。
优势:
工作频率:
所有无线网桥产品均采用802.11技术,工作频率一般为2.4GHz或者5.8GHz,采用20MHz载波,BPSK、OFDM、64QAM的调制。
带宽:
一对无线设备产生的TCP吞吐量在20~50Mbps之间,所以说宽带能力比较突出,可以满足大部分的视频监控和数据采集的需要。
私有网络:
油田建设的无线网桥专用网络,不受别人的控制,不受公众的影响,业务实施时实时性(时延小)很好。
应用广泛程度:
发展历史悠久,已经有20年的历史,最早用在军事应用,后转为民用,全世界都在大量应用。
性价比:
由于有大量应用,设备基本都在国内生产,价格低,一般单端设备价格在2000-8000元左右。
总体成本比较低。
性能价格比非常高。
组网方式:
支持点对点和点对多点,网络可任意部署。
传输距离:
在视通的情况下,点到点传输距离可达50km以上。
技术成熟度高:
国内外有大量应用,大量厂家提供设备,技术和相关支持支持。
如视频服务器、串口服务器等。
维护成本:
由于设备成熟度高,环境适应性高,一般较少设备故障,维护成本低。
国家产业政策:
所使用的技术体制和频点国家开放,国家政策上大力支持。
不需审批,不需向无委会缴纳占频费。
安全策略:
Orinda无线网桥通过绑定MAC地址才能通信,无线信号不能被普通终端搜索到,保证数据的安全。
并支持多种加密方式。
支持多终端:
WiFi产品的终端非常丰富,所有WiFi终端都可以接入MESHWiFi网络,所以终端多样化(PDA、无线网卡、CPE等多种形态),价格也比较便宜。
防护等级高:
防护等级达业内最高级别的IP68标准。
工作温度介于零下45度到零上60度。
功耗小:
正常工作单台Orinda网桥设备的功耗约为4W,峰值为8W。
工业级别:
Orinda网桥设备为电信级。
QoS:
支持QoS,可定义优先级别。
劣势:
数据采集终端需要改进;
采用开放频段,在城区存在其他无线用户的干扰。
总结:
我们认为无线网桥是满足视频监控等应用的最为理想的技术选择,在用作数据采集的无线接入平台时,频率规划时要采取谨慎、稳妥的频率规划方案,避免带来的干扰。
4、MESHWiFi技术
MESHWiFi技术,首先它是“WiFi技术”,其次它具有“MESH功能”,是“WiFi技术的一次创新和发展”。
MESHWiFi技术经过几年的发展,已经从早期的“双射频”MESHAP,发展到目前的“多射频MESHAP”,MESH功能不断增强。
MESH工作方式:
优势:
首先,MESH兼具无线AP和无线网桥的功能,所以同时具备AP和网桥的所有优势。
MESHWiFi(以***的产品为例),MESHAP和MESHAP之间形成网状链路,缓解了数量众多的AP依赖有线网络回传的问题,方便了客户建设无线WiFi网络,相对于传统的WiFiAP产品,为客户提供了极大的部署便利;
WiFi产品的终端非常丰富,所有WiFi终端都可以接入MESHWiFi网络,所以终端多样化(PDA、无线网卡、CPE等多种形态),价格也比较便宜。
网状网络,网络可以无限延伸和扩大。
自带网络管理软件,可以随时查看网络上的任何信息。
支持高速移动,MESH节点移动速度可以达到200公里/小时而且没有切换之间的延时。
不需搭建高塔,利用各井之间的MESH网络连接,就可以搭建一个巨大的网络。
工程成本低。
网络可以自组网,几乎不用调试,前期和后期的维护成本都很低。
劣势:
投资高,以大庆采油二厂部署的Mesh网络为例,有效覆盖面积2平方公里,如果全部覆盖采油二厂200平方公里的面积,需要近上亿的投资,客户认为该技术无法大规模推广。
大庆的油井是随机分布的,密度大,二厂拥有的油井超过1万口,实际情况是比较适合部署MESH。
但大庆油田选用的产品为阿德利亚的Mesh,该产品在大庆使用过程中存在部分问题,因为阿德利亚公司的产品本身有问题,所以阿德利亚公司已于2008年金融危机中倒闭。
5、McWiLL技术
McWiLL:
多载波无线信息本地环,该技术是在上世纪90年的无线本地环(WLL)技术的基础上发展起来的,是WLL技术的升级,支持语音为主,同时还可以具有“亚宽带”的能力,是窄带WLL技术和宽带无线技术(WiMAX)之间的过渡技术,该技术起源于美国的Navini公司,在引进中国后进行了“变频”的研究开发,可以支持中国的专网频段,但是核心的技术五年来一直没有任何发展,实际上,Navini已经在4年前停止了对该产品的继续研究开发,而把精力放在了移动WiMAX的研发上。
今年初,信威公司的大股东—大唐集团出售了其持有的股份,表明大唐集团已经对McWiLL失去了信心。
我们认为投资McWiLL存在明显的技术风险,因为一家公司私有的技术无法带来产业界的支持,不可能大范围使用。
优势:
McWiLL采用专用技术和频率,提供系列化的终端产品,集成了调度平台、视频平台等,是一款适合数据采集应用的专用产品;
McWiLL采用智能天线技术、可以较好地提供语音业务,还可以提供一定的数据接入能力。
劣势:
标准和体制--McWiLL是私有的,不是标准化的技术,没有办法迅速地降低成本,无法形成规模效益,不利于长期的发展。
技术演进更是不可能的,5年来技术核心部分没有任何改进和优化;
业务提供—McWiLL原则上是按照语音的需要设计开发的系统,数据是辅助的业务,视频业务只能支持高压缩的H.264格式;
带宽能力—McWiLL系统的信道是1MHz,通过5个信道的捆绑实现的“5MHz的信道”,不是真正的5MHz,带来的结果是每个CPE的信道是1MHz,上下行的总带宽理论上是3Mbps,实际的吞吐量是2Mbps左右,实际的上行带宽是400Kbps左右;
覆盖能力—McWiLL采用全向天线,增益较小,造成覆盖距离较短,另外全向天线无法调整俯仰角度,如果基站和CPE之间落差较大时,无线信号无法“飘在天上”,无法到达地面,盲区很多,长庆油田就会出现这样的情况;
成本优化—McWiLL采用私有的芯片,基站的成本无法降低,设备庞大,占地,耗电量巨大,即不经济也不绿色;
总结:
McWiLL可以进行数据采集方面的应用,不适合宽带的应用。
不适合大规模的部署,资金投入和带宽的产出比太差。
二、新一代无线通信技术与传统技术的综合比较
数传电台
GPRS/CDMA
无线网桥
MeshWiFi
McWiLL
发展历史
20多年历史,在油田有大规模的成功应用
在油田有5~6年的应用,公众网把手机用户剩余的网络资源为油田服务
已经有10年应用历史,最早在军事上应用,后来转为民用,全世界有大量企业级的应用。
基于无线WiFi基础的技术,最近几年开始有大量应用
大唐信威公司专有技术,面向专网市场
无线技术标准
私有技术
公网GSM/CDM标准
无线局域网标准:
802.11a/b/g/n
接入标准:
无线局域网802.11a/b/gMESH标准
私有技术-McWiLL
使用无线频率
220-240MHz
800/900/1800MHz
5.8GHz为主2.4GHz为辅
2.4和5.8GHz
400/1800MHz
技术成熟度
成熟
成熟
成熟,国内外有大量应用
没有规模商用
技术成熟
通信距离
(有效距离)
几十公里
1~5公里,但是依靠蜂窝网络,形成广泛覆盖,油田的部分地区可能没有信号,如沙漠、海上等
典型有效距离20Km以内,点对点通过大天线可以达到30Km,
网络节点间:
MESH11a:
十公里内,接入11b/g:
200米内
McWiLL采用全向天线,制约了覆盖能力
接入方式
点对点,
企业级轮询技术
点对多点
TDMA电信级空口技术
点对点、点对多点
可以自由组合。
企业级轮询技术
点对多点
电信级私有空中接口
TDMA技术
支持80路数据并发
传输带宽
几百K
几十K
占用20MHz载波单个产品最高产生20~50Mbps吞吐量
占用20MHz载波单个MESH提供70Mbps吞吐量,
5个1MHz载波捆绑而成5MHz,,理论速度为15Mbps,实际吞吐量不超过10Mbps
技术优势
成熟
不需要建设专用网络
简单
网状连接,灵活组网
专网技术
设备成本
经济
经济
经济
设备单价不高,综合成本高
单价很高,综合成本稍高
工程成本
低
低
不高
架设简单,不需架设高塔,基本需要视距传输
不高
架设简单,不需要架设高塔,每个需要连接的井站架设设备就可以,支持非视距传输
稍高
基站架设复杂,基站数量少,
支持非视距传输
环保
低频,环保
国家标准的100mW
发射功率100-500mW
发射功率500mW-2000mW
维护成本
一般,没有网络管理功能
每年要交维护费用
较高
高
稍高,有网络管理系统
国家产业政策
支持
支持
开放频段
开放频段
专用频段
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