基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)計(jì)

王麗彬 南昌大學(xué)撫州醫(yī)學(xué)分院

基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)計(jì)

王麗彬 南昌大學(xué)撫州醫(yī)學(xué)分院

傳播介質(zhì)、多節(jié)點(diǎn)通信、存儲(chǔ)資源和能量問(wèn)題將會(huì)影響數(shù)據(jù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天線模塊可完成無(wú)線信號(hào)的發(fā)送與接收，但必須進(jìn)行合理的天線設(shè)計(jì)。結(jié)合數(shù)字化油田的相關(guān)需求和油田的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)計(jì)基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)綜合測(cè)試和長(zhǎng)慶油田某區(qū)塊的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，效益明顯，為油田的數(shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)傳輸；雙緩沖傳輸；油田監(jiān)控；天線全向性

隨著數(shù)字化油田的不斷發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)需要穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸中存在的問(wèn)題，結(jié)合油田數(shù)字化的需求，提出雙緩沖傳輸機(jī)制，設(shè)計(jì)基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 雙緩沖傳輸機(jī)制和天線全向性

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要，優(yōu)化進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂缴婕岸喾N關(guān)鍵技術(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，傳輸圖像數(shù)據(jù)比無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)更大，數(shù)據(jù)圖像需要多個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送，節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加嚴(yán)重影響傳輸速率，因此需要解決在節(jié)點(diǎn)數(shù)增加的情況下提高數(shù)據(jù)傳輸速率的問(wèn)題。傳播介質(zhì)、多節(jié)點(diǎn)通信、存儲(chǔ)資源和能量問(wèn)題將會(huì)影響數(shù)據(jù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。

單緩沖傳輸機(jī)制的數(shù)據(jù)包只需要在到達(dá)終節(jié)點(diǎn)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，在中間節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，同時(shí)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)響應(yīng)。單緩沖傳輸機(jī)制存在時(shí)間消耗長(zhǎng)和出錯(cuò)率高的問(wèn)題，在解決單緩沖傳輸機(jī)制存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包雙緩沖傳輸機(jī)制。

對(duì)比兩種傳輸機(jī)制的傳輸性能，單緩沖傳輸機(jī)制只能進(jìn)行一次節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，雙緩沖傳輸機(jī)制可同時(shí)進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)響應(yīng)；雙緩沖傳輸介質(zhì)提高了傳輸速率，雙緩沖傳輸機(jī)制有較好的傳輸性能，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目逐漸增大時(shí)，優(yōu)越性更加明顯。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天線模塊可完成無(wú)線信號(hào)的發(fā)送與接收，但必須進(jìn)行合理的天線設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)合理的天線其具有全向性，但不合理的天線設(shè)計(jì)將會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常工作。對(duì)于天線模塊而言，阻抗匹配可使天線達(dá)到最佳的發(fā)射功率，可以減少相移帶來(lái)的噪聲影響。

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟設(shè)計(jì)及應(yīng)用

設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件需要考慮電磁兼容和靜電放電兩個(gè)問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)尺寸小、成本低且隨處可用。電磁兼容和靜電放電對(duì)于硬件部分的影響無(wú)法全部避免，而只能逐漸減少。元器件的組合影響系統(tǒng)性能、可靠性和壽命周期技術(shù)指標(biāo)，合理選擇和搭配電子元器件非常重要。同樣，軟件設(shè)計(jì)需要優(yōu)選操作系統(tǒng)，抽象出各硬件細(xì)節(jié)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸算法，加快數(shù)據(jù)傳輸速度。監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分由調(diào)度算法、協(xié)議棧、地址分配和節(jié)點(diǎn)休眠算法組成。

在分析單緩沖傳輸機(jī)制弊端的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)雙緩沖傳輸機(jī)制，討論天線的全向性問(wèn)題。合理分析巴倫電路阻抗匹配的重要性，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)綜合測(cè)試效果良好。同時(shí)，該系統(tǒng)在長(zhǎng)慶油田某區(qū)塊有良好的應(yīng)用，效益明顯，為油田的生產(chǎn)提供了便利?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)減少了現(xiàn)場(chǎng)巡邏和值班人員的數(shù)量，控制了投資的成本，提升了油氣井管理水平，保證了油田生產(chǎn)安全。

3 結(jié)語(yǔ)

在分析單緩沖傳輸機(jī)制弊端的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)雙緩沖傳輸機(jī)制并進(jìn)行其性能分析，討論天線的全向性問(wèn)題，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化油田的相關(guān)需求和油田的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)計(jì)基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)綜合測(cè)試和長(zhǎng)慶油田某區(qū)塊的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，效益明顯，為油田的數(shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.046