無線網絡技術在某油田油氣生產物聯網中的應用

尼加提·阿尤甫 呂穎璇 袁驍 耿霖峰 劉鑫

【摘要】? ? 西部某油田地處邊疆偏遠地區，油井多為無人區，幾乎無電信運營商的光纜和無線基站信號覆蓋。給油氣生產物聯網建設帶來諸多不便，本文結合油田生產的實際需求，對無線網絡技術進行了對比分析，本著高“效費比”的原則對該無線網絡進行了討論與構建，實現了TD-LTE 4G和無線網橋混合組網模式，為油氣生產物聯網建設提供了有力支持。

【關鍵詞】? ? 無線網絡技術? ? TD-LTE 4G? ? 帶寬? ? 無線網橋? ? 物聯網

一、無線網絡技術

無線網絡技術是利用電磁波發送和接受數據的非線纜網絡技術，具有較強的移動性和靈活性特征，它突破了有線模式束縛，實現了用戶在網絡覆蓋范圍內的任何地方的數據傳輸和交互，它具有：

1.1安裝便攜

網絡布線施工工程在網絡建設中施工工期最長，對周邊環境影響較大，特別是在石油行業中，危險區域較多，地下管線復雜，簡單的開挖動土，都要經過極嚴格的審批，浪費了大量人力和物力。而無線網絡一般只安裝一個或多個AP設備即可實現。

1.2高移動性

由于擺脫了線纜束縛，只要有網絡覆蓋的區域，現場操作人員就可以進行移動辦公。

1.3可擴充性強

無線網絡組網靈活，打破有線網絡結構方面的局限性，可根據現場的情況靈活配置，距離長增加中繼，用戶多增加AP，不用時還可以移動到其他區域，特別適合于我們油井場所。

無線通信技術經過多年發展，主要形成了TD-LTE 4G、McWill （Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，多載波無線信息本地環路）、無線網橋及無線WIFI等技術。

二、無線網絡技術對比

通過技術對比，無線網橋更適合點對點之間數據傳輸，WIFI覆蓋范圍只為100m，MCWill帶寬無法滿足多單井同時傳輸視頻的要求，LTE是由3GPP組織制定的全球通用標準，包含FDD和TDD兩種模式，用于成對頻譜和非成對頻譜。TDD即時分雙工（Time Division Duplexing），是移動通信技術使用的雙工技術之一，與FDD頻分雙工相對應。TD-LTE是TDD版本的LTE的技術。TD-LTE技術的優缺點：

2.1優點

（1）頻譜利用率高;

（2）對功控要求低。

2.2缺點

（1）同步要求高 TD需要GPS同步，同步的準確程度對于整個系統至關重要;

（2）碼資源受限TD 碼數少于業務需求的量;

（3）干擾問題;

（4）較慢的移動速度。

由表1可知：TD-LTE網絡作為高帶寬、低時延、低成本、廣覆蓋的網絡平臺，可以很好的實現一線井場/站點的業務終端與上層數據采集、生產管理和自動控制的連接。采用全IP網絡架構設計的TD-LTE系統，可滿足油田的地形特殊、生產工作現場分散和重點區域視頻監控等業務需求。

三、西部某作業區無線網絡架構

3.1在油井比較密集的區域、計量間和處理站，我們采用TD-LTE 4G網絡進行組網。

TD-LTE 4G無線通信技術引用，可彌補光纖網絡的不足，沙漠腹地網絡布線較困難的問題可被解決。設計時充分考慮到移動沙丘對TD-LTE 4G網絡的影響，地勢較為平坦處，選用30米鐵塔部署基站，沙丘起伏較大處，選用55米鐵塔部署基站。其主要設備和部署為：

（1）核心控制設備eCNS安裝在各個作業區機房，通過GE端口與eNodeB基帶單元BBU主控傳輸板LMPT連接。eCNS和匯聚層交換機采用負荷分擔或主備方式進行連接，以增強可靠性。

（2）基站eNodeB通過FE/GE接口連接核心控制設備。RRU安裝在塔上，通過光纖接入BBU基帶處理板LBBP CPRI接口。

每個eNodeB規劃到網管設備、eCNS設備的路由，業務、網管及X2通訊的需求可被滿足。同時eCNS設備也需要規劃到所管理的各eNodeB局點路由。考慮到安全，可為TD-LTE規劃獨立的VPN進行邏輯隔離。eNodeB傳輸帶寬可根據實際需要配置。

項目實施后，使用30米的鐵塔部署基站，信號覆蓋范圍為10km，現場生產實時數據及視頻圖像傳輸的需求可被滿足;使用55米鐵塔部署基站，覆蓋范圍達12KM，基本的傳輸需求可被滿足，但個別單井由于地勢較低，信號質量較差。

3.2比較偏遠的單井或TD-LTE 4G網絡的盲區，我們采用了無線網橋作為有效補充。

無線網橋技術是目前流行的無線寬帶局域網技術，它具有帶寬高，傳輸速率快，支持短距離視距傳輸，不具備頻率復用，并具有大規模組網能力的無線傳輸網絡。 無線網橋一般采用點對點傳輸方式，也可以采用點對多點傳輸方式進行部署，點對多點方式由于受傳輸距離、覆蓋范圍所限，一般一個中心站網橋帶20個左右的用戶站網橋。

根據地理位置，目前安裝點對點無線網橋4對。聯合站是4條無線鏈路的匯聚點，為了避免4跳無線鏈路之間相互干擾，確保高帶寬無線鏈路穩定，特別在聯合站安裝無線網橋同步系統1套。所有設備使用POE的供電方式，設備體積小，連接簡單，傳輸穩定，基本滿足該作業區油氣生產物聯網的需求。

根據油田統一規劃，該作業區無線網絡架構已經基本建成，實現了作業區油氣水井、計量間、處理站等場所生產數據自動采集、生產過程實時監控、生產環境自動監測，優化了生產管理方式與組織結構，提高了工作效率。同時，配套開發實時數據監測分析系統，多渠道、多場景使用實時數據，實現了作業區中控室、區域中心、油田協同中心、總部決策中心多層協同工作。

四、結束語

通過對無線網絡在油氣物聯網中的應用研究，西部某作業區接入層實現了TD-LTE 4G和無線網橋混合組網模式，大大降低了物聯網項目建設成本，同時也提高了網絡的穩定性，但無線網絡的安全性值得我們以后重視和研究。

項目實施后，選用30米鐵塔部署基站，信號覆蓋范圍可達到10km，單基站平均上行吞吐率75Mbit/s，下行吞吐率63 Mbit/s，滿足現場生產實時數據及視頻圖像傳輸需求;選用55米鐵塔部署基站，覆蓋范圍達12KM，基本滿足傳輸需求，但個別單井由于地勢較低，信號質量較差。

3.2比較偏遠的單井或TD-LTE 4G網絡的盲區，我們采用了無線網橋作為有效補充。

無線網橋技術是目前流行的無線寬帶局域網技術，它具有帶寬高，傳輸速率快，支持短距離視距傳輸，不具備頻率復用，并具有大規模組網能力的無線傳輸網絡。 無線網橋一般采用點對點傳輸方式，也可以采用點對多點傳輸方式進行部署，點對多點方式由于受傳輸距離、覆蓋范圍所限，一般一個中心站網橋帶20個左右的用戶站網橋。

根據地理位置，目前安裝點對點無線網橋4對。聯合站是4條無線鏈路的匯聚點，為了避免4跳無線鏈路之間相互干擾，確保高帶寬無線鏈路穩定，特別在聯合站安裝無線網橋同步系統1套。所有設備使用POE的供電方式，設備體積小，連接簡單，傳輸穩定，基本滿足該作業區油氣生產物聯網的需求。

根據油田統一規劃，該作業區無線網絡架構已經基本建成，實現了作業區油氣水井、計量間、處理站等場所生產數據自動采集、生產過程實時監控、生產環境自動監測，優化了生產管理方式與組織結構，提高了工作效率。同時，配套開發實時數據監測分析系統，多渠道、多場景使用實時數據，實現了作業區中控室、區域中心、油田協同中心、總部決策中心多層協同工作。

四、結束語

通過對無線網絡在油氣物聯網中的應用研究，西部某作業區接入層實現了TD-LTE 4G和無線網橋混合組網模式，大大降低了物聯網項目建設成本，同時也提高了網絡的穩定性，但無線網絡的安全性值得我們以后重視和研究。

參? 考? 文? 獻

[1] 何琳琳，4G移動通信系統的主要特點和關鍵技術.移動通信， 2004.

[2] 劉偉，4G移動通信系統研究進展與關鍵技術.中國數據通信， 2004.