無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)在油田井站監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

李鑫+劉春海+劉寺意+劉湃+吳強+管桐

摘要：油田井站監(jiān)控系統(tǒng)建設，通訊作為重要環(huán)節(jié)之一，起到了至關(guān)重要的作用，在現(xiàn)場應用中使用高性能的無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)隨意擴充、即建即用、組網(wǎng)簡便、迅速覆蓋。本文介紹了在華北油田井站監(jiān)控系統(tǒng)建設中，應用無線網(wǎng)狀網(wǎng)通訊技術(shù)，在監(jiān)控中心與現(xiàn)場生產(chǎn)單元間的幾種集成應用方式，保證了井站監(jiān)控系統(tǒng)的無線信號覆蓋率和通訊質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：油田井站；監(jiān)控系統(tǒng)；無線網(wǎng)狀網(wǎng)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0042-02

在油田井站監(jiān)控系統(tǒng)建設中，通訊系統(tǒng)作為監(jiān)控中心與現(xiàn)場井站監(jiān)控設備的紐帶，起到了至關(guān)重要的作用。而隨著油田的不斷建設，井站規(guī)模越來越大、地域越來越廣，需使用一種通訊技術(shù)，在一定區(qū)域內(nèi)，能隨意擴充、組網(wǎng)簡便、即建即用，實現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的實時傳輸。

Mesh通訊技術(shù)是新一代高性能無線網(wǎng)狀網(wǎng)，也稱為“多跳（Multi-Hop）”網(wǎng)絡，是基于移動蜂窩技術(shù)和新興網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)相互融合的一種新型公共無線局域網(wǎng)和城域網(wǎng)，符合IP協(xié)議的無線網(wǎng)絡技術(shù)，具有顯著的“隨時隨地隨需”組網(wǎng)特征，并以其自組網(wǎng)、自管理、自動修復、自我平衡等優(yōu)勢，在通訊行業(yè)內(nèi)得到快速發(fā)展與廣泛應用。

1 Mesh無線通信技術(shù)的特點

Mesh通信技術(shù)是基于移動蜂窩技術(shù)和新興網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)相互融合研發(fā)而成。具備分布式多跳功能，能迅速實現(xiàn)區(qū)域無線覆蓋。

（1）Mesh系統(tǒng)基于移動3G無線技術(shù)，提供快速控制策略，能快速跟蹤無線鏈路信號變化，動態(tài)調(diào)整發(fā)射策略，有效解決無線信號慢衰落和快衰落問題，在傳輸距離、移動速率、抗干擾、穿透等多種無線性能上有大幅改善。

（2）Mesh系統(tǒng)可提供快速網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議，有效解決了無線網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲快速變化問題，并提高了網(wǎng)絡可靠性和自修復能力[1]。

（3） Mesh系統(tǒng)可提供獨特的抗干擾能力，解決了控制信道抗干擾問題，使網(wǎng)絡抗干擾能力得到極大改善。

（4）Mesh系統(tǒng)具有從鏈路級、節(jié)點級到網(wǎng)絡級的擁塞控制能力。提可供鏈路間、節(jié)點間快速自平衡能力，擁塞丟棄根據(jù)業(yè)務Qos級別選擇。

（5）Mesh系統(tǒng)組建的無線網(wǎng)絡具有強大抗毀能力，單個節(jié)點毀壞不會影響到整個網(wǎng)絡[2]，相鄰節(jié)點將通過加大功率覆蓋壞節(jié)點原覆蓋位置，路由也會隨即進行動態(tài)調(diào)整。

（6）Mesh系統(tǒng)屬于無中心對等無線網(wǎng)絡產(chǎn)品，無需建設中心站，并且具備自組織能力[3]，網(wǎng)絡部署快速便捷，即開即用，不存在中心節(jié)點毀壞影響整個網(wǎng)絡的問題，添加或移動設備時，網(wǎng)絡能夠自動發(fā)現(xiàn)拓撲變化，并自動調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。

2 MESH無線通信組網(wǎng)方式

2.1 點對點組網(wǎng)

可實現(xiàn)兩點間的數(shù)據(jù)和圖像傳輸[4]，一跳最遠距離可達12公里，帶寬≮150 MB，如圖2-1（紅線區(qū)域）。

2.2 環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)

可實現(xiàn)多個三角形無線自組網(wǎng)通訊，有效規(guī)避生產(chǎn)現(xiàn)場樹林生長或新建建筑物的不確定性，具有多鏈路優(yōu)化傳輸?shù)奶攸c，布網(wǎng)靈活、快捷方便。如圖2-1（藍線區(qū)域）。

2.3 自組網(wǎng)

Mesh路由器還具有AP接入的功能，可利用AP接入能力，將每一個Mesh路由器作為一個小型基站，對周圍數(shù)據(jù)點進行覆蓋和數(shù)據(jù)匯集，再進行組網(wǎng)傳輸[5]。對于數(shù)據(jù)點多，現(xiàn)場復雜的環(huán)境，可靈活組建n個三角形網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)點的全向方式組網(wǎng)。如圖1。

3 現(xiàn)場應用情況

基于Mesh無線通訊系統(tǒng)的優(yōu)點，華北油田在井站監(jiān)控系統(tǒng)建設中，應用了該系統(tǒng)，解決了井站與監(jiān)控中心間的通訊問題，滿足了由于油田建設規(guī)模的不確定性，地理條件特殊，環(huán)境條件惡劣，需要靈活、穩(wěn)定和快速組網(wǎng)要求。主鏈路一般采用空間環(huán)境相對比較干凈的5.8GHz頻率，覆蓋或點對點模式采用2.4GHz頻率接入，對于短距離通信，通信質(zhì)量可以保證。兩種方式的聯(lián)合采用，在滿足通訊要求的前提下，可以降低建設成本。

應用實例。該區(qū)域油井在幾個方向比較分散，中間村莊、樹林多，又有高速公路、根據(jù)地形和環(huán)境情況，采用了多鏈路回傳，小區(qū)域AP覆蓋、點對點、多跳的組合通訊模式。主要采用了2個5.8GHz主鏈路（紅線標示），4個2.4GHz主鏈路（黃線標示），1個2.4GHz AP覆蓋網(wǎng)絡（白線標示），采用了兩跳（黃線到紅線所標示）、點對點（藍線標示）、環(huán)狀組網(wǎng)（綠線標示）等方式。滿足現(xiàn)場油井不同通訊需求。如圖2。

4 結(jié)語

在華北油田實施的近1000口抽油機井、15座站場的井站監(jiān)控系統(tǒng)建設中，利用Mesh網(wǎng)絡資源，在網(wǎng)絡的強壯性、穩(wěn)定性及快速自愈能力和快速響應方面滿足油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和圖像傳輸對基礎網(wǎng)絡的要求。并在應用過程中根據(jù)油田地面的實際情況，因地制宜、多種組網(wǎng)方式合理組合，達到了隨意擴充、組網(wǎng)簡便、即建即用、圖像和數(shù)據(jù)的同步無線傳輸?shù)哪康模鉀Q了油田井站監(jiān)控系統(tǒng)建設中實時通訊的難題。

參考文獻

[1]楊峰，黃俊，羅小華.無線Mesh網(wǎng)絡綜述.廣西通信技術(shù)，2009，（02）：12-14.

[2]張建吉，張殿富.無線Mesh網(wǎng)絡技術(shù).科技創(chuàng)新導報，2007，（36）：25-26.

[3]Jangenun J， Sichitiu M L. The nominal capacity of wireless mesh networks. IEEE Wireless Communications Magazine，2005，43（3）：123-131.

[4]鄭彥光，徐平平，常瑞.無線Mesh網(wǎng)絡技術(shù)及其應用.電力系統(tǒng)通信，2007，28（177）：16-20.

[5]Akyildiz I F， Xudong W. A Survey on Wireless Mesh Networks. IEEE Communications Magazine. 2005，43（9）：23-30.endprint