基于電力線載波通信的油田電信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

衡水學(xué)院分院

基于電力線載波通信的油田電信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

孫鳳喜

衡水學(xué)院分院

新型油田電力線載波通信系統(tǒng)可劃分7個(gè)層，將各個(gè)層的監(jiān)控信息在傳輸時(shí)進(jìn)行有效劃分，且采用單邊帶信號(hào)調(diào)制技術(shù)及全雙工傳輸方式，使得電力線載波通信系統(tǒng)內(nèi)的接收設(shè)備與終端設(shè)備同時(shí)工作，能將電力線載波通信傳輸后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行原始復(fù)原。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依靠擴(kuò)頻原理通信技術(shù)，該技術(shù)在擴(kuò)頻方式上基于傳輸信號(hào)單邊帶調(diào)制的方式，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)波形的幅值和載波頻率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)前油田企業(yè)運(yùn)用電力線載波通信系統(tǒng)，可確保監(jiān)控通信線路傳輸數(shù)據(jù)信息的有效性，實(shí)現(xiàn)重要數(shù)據(jù)的安全傳輸。

電力線；載波通信；電信設(shè)備；監(jiān)控系統(tǒng)

傳統(tǒng)油田電力線載波通信系統(tǒng)在傳輸監(jiān)控信息時(shí)存在信息失真的現(xiàn)象嚴(yán)重，在劃分OSI參考數(shù)據(jù)模型時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有按照傳輸碼子幀結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行劃分，造成電力線載波通信傳輸信道的堵塞狀況時(shí)常發(fā)生。而新型油田電力線載波通信系統(tǒng)可劃分7個(gè)層，將各個(gè)層的監(jiān)控信息在傳輸時(shí)進(jìn)行有效劃分，且采用單邊帶信號(hào)調(diào)制技術(shù)及全雙工傳輸方式，使得電力線載波通信系統(tǒng)內(nèi)的接收設(shè)備與終端設(shè)備同時(shí)工作，能將電力線載波通信傳輸后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行原始復(fù)原。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，這項(xiàng)技術(shù)能夠保證傳輸數(shù)據(jù)信息的有效性。

1 通信數(shù)據(jù)層的劃分

油田電力載波通信數(shù)據(jù)層按照OSI參考模型進(jìn)行劃分，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)層分為了7個(gè)層面，依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層及應(yīng)用層，如圖1所示，其中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)揮主要作用。

由于油田電力載波通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)流量信息較大，所以在分解數(shù)據(jù)模塊上采用數(shù)據(jù)信息時(shí)隙提取的方式。該系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，流量信息的碼子片段內(nèi)具有一定時(shí)隙間隔，每個(gè)碼子信息的時(shí)間間隔為0.012 5 s。因此在提取時(shí)鐘信息時(shí)，根據(jù)時(shí)間間隙大小進(jìn)行提取。假設(shè)系統(tǒng)在傳輸監(jiān)控設(shè)備內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息容量超過(guò)1 000M，那么將按照信息流的間隔時(shí)隙進(jìn)行統(tǒng)一提取，即每間隔0.012 5 s將接收設(shè)備內(nèi)傳輸?shù)膱?bào)頭信息轉(zhuǎn)換成字節(jié)信息。根據(jù)這種方式提取，也可提取其他信道內(nèi)傳輸?shù)谋O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，并進(jìn)行字節(jié)信息的處理。

物理層的數(shù)據(jù)傳輸方式可分為單工、半雙工及全雙工三種傳輸類型，在這些傳輸模式中，數(shù)據(jù)能夠在傳輸鏈路上準(zhǔn)確無(wú)誤地到達(dá)終端設(shè)備，完成數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間配備接口的連接。傳輸數(shù)據(jù)信息線路包括有線數(shù)據(jù)傳輸和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，有線傳輸在物理層中分為雙絞線線路傳輸、同軸電纜數(shù)據(jù)傳輸、架空明線數(shù)據(jù)傳輸幾種類型，其中雙絞線線路傳輸應(yīng)用最廣泛。

圖1 OSI參考數(shù)據(jù)模型流程

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行封裝、打包，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抽樣、量化、編碼。封裝過(guò)程是對(duì)傳輸數(shù)據(jù)分解的過(guò)程，通過(guò)最小單位數(shù)據(jù)幀的形式向前傳輸。量化環(huán)節(jié)是模擬數(shù)據(jù)信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，由于模擬數(shù)據(jù)信號(hào)為連續(xù)有限的波形，因此在量化過(guò)程中，帶通濾波器將對(duì)波形進(jìn)行卷積碼的縮減，轉(zhuǎn)化為斷續(xù)無(wú)限的數(shù)據(jù)信號(hào)。編碼過(guò)程是對(duì)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行序列編碼，通常編碼分為二進(jìn)制編碼、十六進(jìn)制編碼，完成0和1電平之間的跳變過(guò)程。

2 通信線路傳輸模式

油田電力載波通信線路主要是以光纖作為原材料，其中光纖主要由纖芯、包層、涂覆層組成，成分是二氧化硅。

1.31 μm的波長(zhǎng)光纖色散的程度為零，一般用于單模光纖，傳輸距離較長(zhǎng)。1.55μm的波長(zhǎng)光纖折射率最小，一般用于多模光纖當(dāng)中，傳輸距離較短。光纖和其他半導(dǎo)體材料相比，具有更高的折射率，當(dāng)光源從內(nèi)部傳送時(shí)，可以無(wú)損耗的從用戶輸出端傳出。另外，光纖還是一個(gè)感應(yīng)器件，在光纖中注入一束光線，在傳感器顯示屏上即可顯示出光線波長(zhǎng)、相位、色散值。當(dāng)受到外界溫度、亮度、電磁波等一系列的干擾時(shí)，傳感器上光線的波長(zhǎng)、相位、傳播速度就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化；若是受到外界強(qiáng)烈的干擾時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)反射峰或斷點(diǎn)，此時(shí)光纖承受能力已經(jīng)明顯超出感受器所接收的范圍，即發(fā)生預(yù)警信號(hào)。

3 軟、硬件的設(shè)計(jì)

原油田電力載波監(jiān)控系統(tǒng)的信道容量固定，1路信道的傳輸帶寬為20MHz，當(dāng)傳輸較大的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息時(shí)，便會(huì)造成通信線路的堵塞，增大了通信線路傳輸時(shí)延。新型油田電力載波通信的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)依靠擴(kuò)頻原理通信技術(shù)，該技術(shù)在擴(kuò)頻方式上基于傳輸信號(hào)單邊帶調(diào)制的方式，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)波形幅值和載波頻率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

通信系統(tǒng)在軟件技術(shù)上簡(jiǎn)化了Host的設(shè)計(jì)流程。原有電力載波通信系統(tǒng)兼容性能差，端口采用的是24幀，數(shù)據(jù)信息在交接過(guò)程中需要數(shù)據(jù)端口與端口之間的轉(zhuǎn)化，通用Host的數(shù)據(jù)端口在傳輸數(shù)據(jù)方面無(wú)法讀取信息。而目前的通信設(shè)備為Host通用端口，使電力載波通信監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速讀取數(shù)據(jù)信息。該通用端口在編碼方式上采用的是順序?qū)懭?、控制讀出的方式，將接收端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)監(jiān)控信息傳輸至話音編碼器內(nèi)，然后轉(zhuǎn)化至相應(yīng)的數(shù)據(jù)信道，將最終傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息在終端系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行讀取，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在輸出過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)耦合變壓器將傳輸數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有限次的放大，主要是因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)信息在整合過(guò)程中，簡(jiǎn)化了編碼流程，縮短了傳輸信號(hào)的碼長(zhǎng)。在經(jīng)過(guò)耦合變壓器時(shí)，將傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行有效的放大，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信號(hào)。

當(dāng)前油田企業(yè)運(yùn)用電力線載波通信系統(tǒng)，可確保通信線路傳輸數(shù)據(jù)信息的有效性，實(shí)現(xiàn)重要數(shù)據(jù)的安全傳輸。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.042

基金論文：2014年度四川省科研項(xiàng)目“基于Vol terra的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真數(shù)學(xué)模型研究與改進(jìn)”（14ZB0436）。