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摘要：隨著數字油田、智能油田在大慶油田陸續推進實施，4g網絡傳輸技術因其傳輸帶寬大、穩定性好、覆蓋面廣、時延小等優勢和特點,已經成為數字油田數據無線傳輸主要手段之一，也必將成為智能油田數據無線傳輸的重要支撐。本文將重點分析和總結當前數字油田4G網絡下的數據通信故障，提出對應處理方案和解決辦法，為今后開展數字油田、智能油田無線網絡和自動化儀表維護工作提供指導幫助。

關鍵詞：數字油田；網絡傳輸；故障處理分析；數據采集

在數字油田架構中，無線網絡覆蓋數據采集子系統、數據傳輸子系統兩個層級。近年來，隨著油田公司公網接入DMZ隔離緩沖區的建成，4G傳輸網絡因其傳輸帶寬大、穩定性好、覆蓋面廣、時延小、數據防護安全可靠等優勢，在數字油田數據無線傳輸過程中已被廣泛應用。在數字油田4G無線網絡覆蓋下，接入設備較多，傳輸的數據量巨大，數據通信故障頻發的情況不可避免，因此，研究制定故障解決方案、改進數據通信隱患具有重要意義。

1分析

采集數據到達SCADA服務器的路徑和方式如下：井、間傳感器將采集數據通過Zigbee無線網絡傳送到RTU，RTU依托4G（VPDN）網絡組建的L2TP通道將數據上傳至DMZ緩沖隔離區，并在L2TP通道基礎上建立IPsec加密隧道將數據發送之生產網服務器，如圖1。傳輸過程中出現以下問題和故障：

1.1RTU采集數據無法上傳SCADA服務器

RTU向組態服務器發送登錄報文，即同步位SYN=1時，RTU進入SYN-SENT狀態，表示同步已發送。組態服務器收到RTU發送的登錄請求后，發送確認數據包，確認報文字段，當ACK=1，此時組態服務端進入SYN-RCVD狀態，表示同步已接收，RTU接收到組態服務器的確認報文后發送確認報文，此時雙方TCP連接建立完成，雙方都進入ESTAB-LISHED狀態。遵循A11標準組態服務器每隔10分鐘向RTU發送上傳數據報文，RTU收到報文后發送寄存器數據。組態服務器回應報文，即FIN=1確認，回復FIN=0是沒有收到或者是收到錯誤報文，在設置時間無響應則連接終止。在TIME-WAIT狀態等待時間2MSL內，組態服務器沒收到報文信息會發送關閉連接報文，組態服務器進入CLOSED狀態。故障分析：一是由于網絡不穩定性或其他原因造成RTU發送登錄包超時；二是RTU發送數據連接報文超時，組態服務器在響應時間內沒有接收到數據報文，會認為RTU不在線，結果造成連接關閉，數據無法傳輸。解決辦法：一是增加RTU斷線自動連接機制，在對方無返回報文情況下主動斷開TPC連接，從新連接TPC發送同步位報文，等待組態服務器接收。檢查發送登錄報文是否屬于無法校驗報文；二是查看組態服務器參數配置如（MAC地址、校驗碼、加密配置、信道分配等）。發送接收數據包如圖2。

1.2數據重復情況

RTU發出同步位連接請求，但是在網絡中長時間滯留了而沒有發送到組態服務器，此時由于RTU沒有接收到組態服務器發送過來的確認請求，所以RTU就將連接釋放了，在RTU釋放了連接之后組態服務器又接收到了RTU發送過來遲到的連接請求，由于組態服務器不知道此時RTU已經釋放了連接了，所以組態服務器認為是有效的連接。造成讀取的數值是上一次數據。故障分析：一是在RTU發送同步位報文后，組態服務器沒有給出回應，組態服務器確認RTU沒有發送報文，或者認為這個報文異常或丟失，會繼續等待接收下一條報文，RTU發送一條報文后寄存器沒有更新下一次需要的數據，造成每次發送的數據報文都是同一條數據；二是組態服務器對接收到的報文進行校驗，如果校驗不通過會再ACK返回異常的報文seq，如果RTU沒收到返回報文，認為組態服務器還處于LISTEN狀態，會繼續發送這條報文，造成組態服務器接收數據都是同一條數據。解決方法：一是RTU設置重傳機制解決報文連接請求，設置一個啟動計時器在有效時間內繼續發送同步位報文。確認服務器登陸信息后開始建立連接，在RTU發送同步位報文后，RTU2分鐘內還未得到確認信息，自動斷開現有IP地址，從新撥號建立與組態服務器的連接，并確認組態服務器接收到信息后下發另一條數據報文；二是組態服務器設置響應時間，在規定時間內返回報文沒有確認，重新發送數據請求包，建立新的連接。

1.3組態服務器無數據顯示故障分析

由于網絡中斷引起RTU發送發出同步位連接請求后組態服務器沒有接受到RTU發送的報文，無法給出下一次連接請求，造成RTU認為組態服務器一直在線，認為組態服務器收到登錄信息，但沒有下發報文請求，一直等待組態確認信息。導致數據發送超時后，組態服務器關閉連接報文，進入CLOSED狀態。解決方法：一是查看附近是否有干擾源，造成同步失敗；二是查看4G信號覆蓋率和LTERSRQ信號接收質量；三是RTU發送登錄報文后，在設定時間內確認組態服務器是否返回報文信息，查看組態服務器返回報文信息是否對應；四是超時沒有回復報文情況下RTU自動重啟設備重新連接TCP，發送登錄報文即可解決。1.4組態服務器接收數據不全（服務器數據整體丟失，單組數據丟失）故障分析及解決方法：組態服務器數據排序機制把每條報文都包含一個SEQ序列號，這個序列號會從初始的值上進行遞增，如果發送方發送seq=x，則接收方的ACK=x+1，如果丟了某一條報文，或者接收非法報文，則無法進行數值傳遞，下一組報文會空值，由于有停等協議每次只可發送一個報文，等確認之后才可發送下一個報文，在窗口占滿的情況下無法向組態服務器進行發送報文。解決方法:一是由于網絡擁堵或達到最大用戶數造成掉線可以通過擴容的方法解決；二是RTU重啟后更新同步位報文同時激活網絡；三是RTU寄存器存儲數據使時間小于上傳時間，對于網絡密集的傳輸修改上傳報文時間。在符合油田A11協議下，通過改變RTU傳輸機制，打造智能化RTU。它可以自動判斷獲取的數據是否立即上報中心控制站，或者中心控制站要求時再傳送數據。會自動檢測通信的中斷，支持自動重連、自動撥號。保證同步為報文正常發送，可以改變報文在網絡的存儲時間而不會當作錯誤報文刪除。通過更加合理的RTU與組態服務器的設置優化，更好的保證數據的傳輸。

2結語

上述解決辦法不僅適用于4G網絡，同樣可以解決網橋、WLAN等無線組網方式下的數據通信故障。分析過程和結論可以幫助數字油田運維人員精準定位問題、快速排除故障、縮短排障歷時、提高工作效率。以前處理上述故障需要1～2天甚至更久，現在基本在幾個小時甚至更短時間就能定位問題并完成障礙處理。同時文中列舉的相關方法，在公司乃至油田范圍內，具有一定推廣價值，對提升公司數字油田運維能力和服務質量具有積極作用，通過進一步總結、提煉可以在今后形成公司數字油田數據通信方面的維護指導手冊。

作者:陳國杰 單位:大慶油田信息技術公司規劃設計中心