MESH網(wǎng)橋技術(shù)在井口遠(yuǎn)傳系統(tǒng)中的應(yīng)用

顧翔等

摘 要：無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為"多跳（multi-hop）"網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成.相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）采用的點(diǎn)到點(diǎn)或者點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，MESH網(wǎng)橋的任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。文章結(jié)合蘇里格目前圖像傳輸方式，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)，對(duì)幾種無(wú)線傳輸方式進(jìn)行了對(duì)比和分析，對(duì)單井視頻傳輸，以及將來(lái)井控?cái)?shù)據(jù)為通訊基礎(chǔ)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了應(yīng)用和研究。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸；mesh網(wǎng)橋；井口安防

1 MESH網(wǎng)橋技術(shù)介紹

Mesh網(wǎng)絡(luò)即“無(wú)線蜂窩網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的可以不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，任意的兩個(gè)設(shè)備均可以保持無(wú)線互聯(lián)。Mesh網(wǎng)絡(luò)要比單跳網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，這是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)通信中，網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個(gè)節(jié)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果固定的節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，那么該網(wǎng)絡(luò)中所有的無(wú)線設(shè)備都不能進(jìn)行通信。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)仍然可以高速地到達(dá)目的地。從物理角度而言，無(wú)線通信意味著通信距離越短，通信的效果會(huì)越好。因?yàn)殡S著通信距離的增長(zhǎng)，無(wú)線信號(hào)不但會(huì)衰弱而且會(huì)相互干擾，從而降低數(shù)據(jù)通信的效率。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，是以一條條較短的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接代替以往長(zhǎng)距離的連接，從而保證數(shù)據(jù)可以以高速率在節(jié)點(diǎn)之間快速傳遞。同時(shí)，MESH網(wǎng)橋系統(tǒng)具有較大的傳輸帶寬，可以滿足數(shù)字高清視屏的傳輸要求，并且由于靈活的組網(wǎng)傳輸方式，通訊覆蓋能力可達(dá)到70%以上，這兩點(diǎn)正符合蘇里格地區(qū)采氣井井口圖像采集系統(tǒng)的要求。

2 MESH網(wǎng)橋技術(shù)的應(yīng)用

2.1 MESH網(wǎng)絡(luò)搭建

2.1.1 設(shè)備功耗分析

在搭建MESH網(wǎng)橋井口圖像采集系統(tǒng)時(shí)，首先得確定增加設(shè)備后，井口供電系統(tǒng)是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統(tǒng)總功耗約為10W，增加的MESH網(wǎng)橋系統(tǒng)設(shè)備功耗約為3W，考慮供電損耗，安裝MESH網(wǎng)橋井口設(shè)備總功耗按照14W考慮。井口太陽(yáng)能電池為65W，風(fēng)力發(fā)電機(jī)為300W，使用蓄電池容量為120Ah計(jì)算井口供電情況如下：

注：D'-蓄電池充電天數(shù)；U-回路供電電壓；C-蓄電池容量；W'-井口太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電機(jī)可提供的電量；W-井口設(shè)備消耗的電量；

由公式1和公式2計(jì)算結(jié)果可知，安裝MESH網(wǎng)橋后，蓄電池可保證4.28天的井口供電，而僅需要1.28天蓄電池就可以充滿，所以安裝MESH網(wǎng)橋后，目前的井口供電系統(tǒng)完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃組網(wǎng)設(shè)計(jì)

首先對(duì)蘇東x站所有實(shí)驗(yàn)井井場(chǎng)和站內(nèi)進(jìn)行實(shí)地勘察，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的通訊鏈路。

通過(guò)對(duì)井口GPS坐標(biāo)及海拔高度利用專用通訊模擬測(cè)試，設(shè)計(jì)好蘇東x站MESH網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，最終有7個(gè)井場(chǎng)與站內(nèi)直接通訊，剩余7口通過(guò)跳轉(zhuǎn)進(jìn)行通訊。根據(jù)設(shè)計(jì)好的拓?fù)鋱D，對(duì)井口拍照系統(tǒng)進(jìn)行了改造。經(jīng)過(guò)對(duì)蘇東x站單井口MESH網(wǎng)橋組網(wǎng)規(guī)劃、拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)和通訊信號(hào)的實(shí)地測(cè)試，信號(hào)測(cè)試通訊率達(dá)到100%。

2.2 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的圖像采集功能

在MESH網(wǎng)絡(luò)搭建好后，首先進(jìn)行了井口實(shí)時(shí)視頻接入功能實(shí)驗(yàn)，由于MESH網(wǎng)橋最大傳輸帶寬達(dá)到300M，井口攝像頭均采用高清攝像頭，在保證視頻流暢的情況下，最高可采集10路畫質(zhì)為720P的高清井口實(shí)時(shí)視頻。

MESH網(wǎng)橋視頻目前已成功應(yīng)用在加熱爐、分離器井等重點(diǎn)井場(chǎng)監(jiān)控中，監(jiān)控視屏清晰，且傳輸穩(wěn)定。

2.3 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的語(yǔ)音通訊功能

普通的智能WIFI手機(jī)可以通過(guò)安裝開(kāi)發(fā)好的授權(quán)軟件接入MESH網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)控中心電腦上安裝服務(wù)器軟件，兩者通過(guò)撥號(hào)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立井口與站內(nèi)甚至監(jiān)控中心的語(yǔ)音通訊。

2.4 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的井口數(shù)據(jù)接入功能

MESH網(wǎng)絡(luò)提供了井口到站內(nèi)的通訊鏈路，井口的數(shù)據(jù)同樣可以通過(guò)MESH網(wǎng)絡(luò)接入站內(nèi)。目前廠內(nèi)使用的井口RTU及站內(nèi)的PLC控制器都提供以太網(wǎng)絡(luò)接口，只需要將以太網(wǎng)口與MESH網(wǎng)橋連接，站內(nèi)控制器就可以通過(guò)MODBUS TCP/IP協(xié)議讀取井口數(shù)據(jù)。

2.5 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)可擴(kuò)展的功能

2.5.1 井口遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能

將井口攝像頭換為有紅外夜視功能的攝像頭，通過(guò)MESH網(wǎng)橋視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候井場(chǎng)監(jiān)控。實(shí)時(shí)視頻可以對(duì)重點(diǎn)井口作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)過(guò)程中的違章操作，保證井口施工安全。同時(shí)，對(duì)于牧民報(bào)告的井口異常情況也可以用這種辦法進(jìn)行快速確認(rèn)，減少了由于誤報(bào)造成的資源浪費(fèi)。另外井口攝像頭具有前端視頻存儲(chǔ)功能，可以保存一個(gè)星期的視頻資料，這對(duì)于杜絕井場(chǎng)設(shè)施偷盜現(xiàn)象、井口設(shè)備異常分析及井口事故分析等具有一定的幫助。

2.5.2 井口闖入報(bào)警功能

由于實(shí)時(shí)視頻的接入，可以在后端架設(shè)處理設(shè)備，對(duì)井口視頻進(jìn)行移動(dòng)偵測(cè)分析，對(duì)井場(chǎng)畫面中出現(xiàn)的人、車進(jìn)行分析告警，并將告警信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控人員接受到告警信號(hào)后可通過(guò)查看實(shí)時(shí)視頻和歷史記錄兩種方式，對(duì)闖入異常情況進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的處理。通過(guò)移動(dòng)偵測(cè)功能，監(jiān)控人員不必再逐口井進(jìn)行視頻翻看，而是有重點(diǎn)的對(duì)井場(chǎng)異常畫面進(jìn)行查看，不僅提高了監(jiān)控員工的工作效率，還提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

2.5.3 井口一鍵關(guān)斷功能

傳統(tǒng)輪詢采集系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)一鍵關(guān)井的功能，是在控制器內(nèi)編程，按照順序?qū)陔姶砰y進(jìn)行逐一操作，對(duì)于井口數(shù)較多的站，關(guān)閉全部井口需要幾十分鐘甚至幾小時(shí)?；贛ESH網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)特性，使得實(shí)現(xiàn)真正意義上的井口一鍵關(guān)斷功能成為可能，監(jiān)控中心只需要發(fā)出一個(gè)命令，就可以同時(shí)關(guān)斷所有井口的截?cái)嚅y。

2.5.4 井口RTU遠(yuǎn)程維護(hù)

將井口RTU接入MESH網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)井口的RTU，對(duì)井口RTU進(jìn)行程序修改，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等維護(hù)工作。足不出戶即可解決井口自控系統(tǒng)故障，這一功能有效降低了單井自控系統(tǒng)維護(hù)的工作量，減少了維護(hù)人員井口作業(yè)的次數(shù)。

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

MESH網(wǎng)橋技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了井口視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。為氣井管理增加了一種可視化的手段，提高了井口安全生產(chǎn)水平。

MESH網(wǎng)橋設(shè)備故障率低，并且具有SCS自診斷功能，利用后臺(tái)管理功能，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷、數(shù)據(jù)拷貝等工作，同時(shí)利用MESH網(wǎng)橋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井口RTU遠(yuǎn)程調(diào)試的功能，最大程度減少了維護(hù)人員上井維護(hù)工作量。

實(shí)現(xiàn)了井口與站內(nèi)的語(yǔ)音通訊功能，惠及廣大員工。一方面解決了野外沒(méi)信號(hào)時(shí)無(wú)法與站內(nèi)通訊的問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)了圖像、語(yǔ)音、RTU數(shù)據(jù)三種信息的并發(fā)功能。找到了一種功能強(qiáng)大，切實(shí)可行的井口數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

MESH網(wǎng)橋技術(shù)，提供了一條單井到站內(nèi)的數(shù)據(jù)“高速公路”。通過(guò)這條高速公路，可以將更多類型的井口數(shù)據(jù)傳回站內(nèi)，這為井口安防系統(tǒng)、自控系統(tǒng)完善開(kāi)發(fā)帶來(lái)了無(wú)限的可能。endprint

摘 要：無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為"多跳（multi-hop）"網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成.相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）采用的點(diǎn)到點(diǎn)或者點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，MESH網(wǎng)橋的任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。文章結(jié)合蘇里格目前圖像傳輸方式，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)，對(duì)幾種無(wú)線傳輸方式進(jìn)行了對(duì)比和分析，對(duì)單井視頻傳輸，以及將來(lái)井控?cái)?shù)據(jù)為通訊基礎(chǔ)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了應(yīng)用和研究。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸；mesh網(wǎng)橋；井口安防

1 MESH網(wǎng)橋技術(shù)介紹

Mesh網(wǎng)絡(luò)即“無(wú)線蜂窩網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的可以不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，任意的兩個(gè)設(shè)備均可以保持無(wú)線互聯(lián)。Mesh網(wǎng)絡(luò)要比單跳網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，這是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)通信中，網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個(gè)節(jié)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果固定的節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，那么該網(wǎng)絡(luò)中所有的無(wú)線設(shè)備都不能進(jìn)行通信。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)仍然可以高速地到達(dá)目的地。從物理角度而言，無(wú)線通信意味著通信距離越短，通信的效果會(huì)越好。因?yàn)殡S著通信距離的增長(zhǎng)，無(wú)線信號(hào)不但會(huì)衰弱而且會(huì)相互干擾，從而降低數(shù)據(jù)通信的效率。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，是以一條條較短的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接代替以往長(zhǎng)距離的連接，從而保證數(shù)據(jù)可以以高速率在節(jié)點(diǎn)之間快速傳遞。同時(shí)，MESH網(wǎng)橋系統(tǒng)具有較大的傳輸帶寬，可以滿足數(shù)字高清視屏的傳輸要求，并且由于靈活的組網(wǎng)傳輸方式，通訊覆蓋能力可達(dá)到70%以上，這兩點(diǎn)正符合蘇里格地區(qū)采氣井井口圖像采集系統(tǒng)的要求。

2 MESH網(wǎng)橋技術(shù)的應(yīng)用

2.1 MESH網(wǎng)絡(luò)搭建

2.1.1 設(shè)備功耗分析

在搭建MESH網(wǎng)橋井口圖像采集系統(tǒng)時(shí)，首先得確定增加設(shè)備后，井口供電系統(tǒng)是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統(tǒng)總功耗約為10W，增加的MESH網(wǎng)橋系統(tǒng)設(shè)備功耗約為3W，考慮供電損耗，安裝MESH網(wǎng)橋井口設(shè)備總功耗按照14W考慮。井口太陽(yáng)能電池為65W，風(fēng)力發(fā)電機(jī)為300W，使用蓄電池容量為120Ah計(jì)算井口供電情況如下：

注：D'-蓄電池充電天數(shù)；U-回路供電電壓；C-蓄電池容量；W'-井口太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電機(jī)可提供的電量；W-井口設(shè)備消耗的電量；

由公式1和公式2計(jì)算結(jié)果可知，安裝MESH網(wǎng)橋后，蓄電池可保證4.28天的井口供電，而僅需要1.28天蓄電池就可以充滿，所以安裝MESH網(wǎng)橋后，目前的井口供電系統(tǒng)完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃組網(wǎng)設(shè)計(jì)

首先對(duì)蘇東x站所有實(shí)驗(yàn)井井場(chǎng)和站內(nèi)進(jìn)行實(shí)地勘察，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的通訊鏈路。

通過(guò)對(duì)井口GPS坐標(biāo)及海拔高度利用專用通訊模擬測(cè)試，設(shè)計(jì)好蘇東x站MESH網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，最終有7個(gè)井場(chǎng)與站內(nèi)直接通訊，剩余7口通過(guò)跳轉(zhuǎn)進(jìn)行通訊。根據(jù)設(shè)計(jì)好的拓?fù)鋱D，對(duì)井口拍照系統(tǒng)進(jìn)行了改造。經(jīng)過(guò)對(duì)蘇東x站單井口MESH網(wǎng)橋組網(wǎng)規(guī)劃、拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)和通訊信號(hào)的實(shí)地測(cè)試，信號(hào)測(cè)試通訊率達(dá)到100%。

2.2 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的圖像采集功能

在MESH網(wǎng)絡(luò)搭建好后，首先進(jìn)行了井口實(shí)時(shí)視頻接入功能實(shí)驗(yàn)，由于MESH網(wǎng)橋最大傳輸帶寬達(dá)到300M，井口攝像頭均采用高清攝像頭，在保證視頻流暢的情況下，最高可采集10路畫質(zhì)為720P的高清井口實(shí)時(shí)視頻。

MESH網(wǎng)橋視頻目前已成功應(yīng)用在加熱爐、分離器井等重點(diǎn)井場(chǎng)監(jiān)控中，監(jiān)控視屏清晰，且傳輸穩(wěn)定。

2.3 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的語(yǔ)音通訊功能

普通的智能WIFI手機(jī)可以通過(guò)安裝開(kāi)發(fā)好的授權(quán)軟件接入MESH網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)控中心電腦上安裝服務(wù)器軟件，兩者通過(guò)撥號(hào)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立井口與站內(nèi)甚至監(jiān)控中心的語(yǔ)音通訊。

2.4 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的井口數(shù)據(jù)接入功能

MESH網(wǎng)絡(luò)提供了井口到站內(nèi)的通訊鏈路，井口的數(shù)據(jù)同樣可以通過(guò)MESH網(wǎng)絡(luò)接入站內(nèi)。目前廠內(nèi)使用的井口RTU及站內(nèi)的PLC控制器都提供以太網(wǎng)絡(luò)接口，只需要將以太網(wǎng)口與MESH網(wǎng)橋連接，站內(nèi)控制器就可以通過(guò)MODBUS TCP/IP協(xié)議讀取井口數(shù)據(jù)。

2.5 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)可擴(kuò)展的功能

2.5.1 井口遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能

將井口攝像頭換為有紅外夜視功能的攝像頭，通過(guò)MESH網(wǎng)橋視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候井場(chǎng)監(jiān)控。實(shí)時(shí)視頻可以對(duì)重點(diǎn)井口作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)過(guò)程中的違章操作，保證井口施工安全。同時(shí)，對(duì)于牧民報(bào)告的井口異常情況也可以用這種辦法進(jìn)行快速確認(rèn)，減少了由于誤報(bào)造成的資源浪費(fèi)。另外井口攝像頭具有前端視頻存儲(chǔ)功能，可以保存一個(gè)星期的視頻資料，這對(duì)于杜絕井場(chǎng)設(shè)施偷盜現(xiàn)象、井口設(shè)備異常分析及井口事故分析等具有一定的幫助。

2.5.2 井口闖入報(bào)警功能

由于實(shí)時(shí)視頻的接入，可以在后端架設(shè)處理設(shè)備，對(duì)井口視頻進(jìn)行移動(dòng)偵測(cè)分析，對(duì)井場(chǎng)畫面中出現(xiàn)的人、車進(jìn)行分析告警，并將告警信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控人員接受到告警信號(hào)后可通過(guò)查看實(shí)時(shí)視頻和歷史記錄兩種方式，對(duì)闖入異常情況進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的處理。通過(guò)移動(dòng)偵測(cè)功能，監(jiān)控人員不必再逐口井進(jìn)行視頻翻看，而是有重點(diǎn)的對(duì)井場(chǎng)異常畫面進(jìn)行查看，不僅提高了監(jiān)控員工的工作效率，還提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

2.5.3 井口一鍵關(guān)斷功能

傳統(tǒng)輪詢采集系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)一鍵關(guān)井的功能，是在控制器內(nèi)編程，按照順序?qū)陔姶砰y進(jìn)行逐一操作，對(duì)于井口數(shù)較多的站，關(guān)閉全部井口需要幾十分鐘甚至幾小時(shí)?；贛ESH網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)特性，使得實(shí)現(xiàn)真正意義上的井口一鍵關(guān)斷功能成為可能，監(jiān)控中心只需要發(fā)出一個(gè)命令，就可以同時(shí)關(guān)斷所有井口的截?cái)嚅y。

2.5.4 井口RTU遠(yuǎn)程維護(hù)

將井口RTU接入MESH網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)井口的RTU，對(duì)井口RTU進(jìn)行程序修改，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等維護(hù)工作。足不出戶即可解決井口自控系統(tǒng)故障，這一功能有效降低了單井自控系統(tǒng)維護(hù)的工作量，減少了維護(hù)人員井口作業(yè)的次數(shù)。

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

MESH網(wǎng)橋技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了井口視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。為氣井管理增加了一種可視化的手段，提高了井口安全生產(chǎn)水平。

MESH網(wǎng)橋設(shè)備故障率低，并且具有SCS自診斷功能，利用后臺(tái)管理功能，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷、數(shù)據(jù)拷貝等工作，同時(shí)利用MESH網(wǎng)橋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井口RTU遠(yuǎn)程調(diào)試的功能，最大程度減少了維護(hù)人員上井維護(hù)工作量。

實(shí)現(xiàn)了井口與站內(nèi)的語(yǔ)音通訊功能，惠及廣大員工。一方面解決了野外沒(méi)信號(hào)時(shí)無(wú)法與站內(nèi)通訊的問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)了圖像、語(yǔ)音、RTU數(shù)據(jù)三種信息的并發(fā)功能。找到了一種功能強(qiáng)大，切實(shí)可行的井口數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

MESH網(wǎng)橋技術(shù)，提供了一條單井到站內(nèi)的數(shù)據(jù)“高速公路”。通過(guò)這條高速公路，可以將更多類型的井口數(shù)據(jù)傳回站內(nèi)，這為井口安防系統(tǒng)、自控系統(tǒng)完善開(kāi)發(fā)帶來(lái)了無(wú)限的可能。endprint

摘 要：無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為"多跳（multi-hop）"網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成.相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）采用的點(diǎn)到點(diǎn)或者點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，MESH網(wǎng)橋的任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。文章結(jié)合蘇里格目前圖像傳輸方式，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)，對(duì)幾種無(wú)線傳輸方式進(jìn)行了對(duì)比和分析，對(duì)單井視頻傳輸，以及將來(lái)井控?cái)?shù)據(jù)為通訊基礎(chǔ)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了應(yīng)用和研究。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸；mesh網(wǎng)橋；井口安防

1 MESH網(wǎng)橋技術(shù)介紹

Mesh網(wǎng)絡(luò)即“無(wú)線蜂窩網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的可以不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，任意的兩個(gè)設(shè)備均可以保持無(wú)線互聯(lián)。Mesh網(wǎng)絡(luò)要比單跳網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，這是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)通信中，網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個(gè)節(jié)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果固定的節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，那么該網(wǎng)絡(luò)中所有的無(wú)線設(shè)備都不能進(jìn)行通信。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)仍然可以高速地到達(dá)目的地。從物理角度而言，無(wú)線通信意味著通信距離越短，通信的效果會(huì)越好。因?yàn)殡S著通信距離的增長(zhǎng)，無(wú)線信號(hào)不但會(huì)衰弱而且會(huì)相互干擾，從而降低數(shù)據(jù)通信的效率。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，是以一條條較短的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接代替以往長(zhǎng)距離的連接，從而保證數(shù)據(jù)可以以高速率在節(jié)點(diǎn)之間快速傳遞。同時(shí)，MESH網(wǎng)橋系統(tǒng)具有較大的傳輸帶寬，可以滿足數(shù)字高清視屏的傳輸要求，并且由于靈活的組網(wǎng)傳輸方式，通訊覆蓋能力可達(dá)到70%以上，這兩點(diǎn)正符合蘇里格地區(qū)采氣井井口圖像采集系統(tǒng)的要求。

2 MESH網(wǎng)橋技術(shù)的應(yīng)用

2.1 MESH網(wǎng)絡(luò)搭建

2.1.1 設(shè)備功耗分析

在搭建MESH網(wǎng)橋井口圖像采集系統(tǒng)時(shí)，首先得確定增加設(shè)備后，井口供電系統(tǒng)是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統(tǒng)總功耗約為10W，增加的MESH網(wǎng)橋系統(tǒng)設(shè)備功耗約為3W，考慮供電損耗，安裝MESH網(wǎng)橋井口設(shè)備總功耗按照14W考慮。井口太陽(yáng)能電池為65W，風(fēng)力發(fā)電機(jī)為300W，使用蓄電池容量為120Ah計(jì)算井口供電情況如下：

注：D'-蓄電池充電天數(shù)；U-回路供電電壓；C-蓄電池容量；W'-井口太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電機(jī)可提供的電量；W-井口設(shè)備消耗的電量；

由公式1和公式2計(jì)算結(jié)果可知，安裝MESH網(wǎng)橋后，蓄電池可保證4.28天的井口供電，而僅需要1.28天蓄電池就可以充滿，所以安裝MESH網(wǎng)橋后，目前的井口供電系統(tǒng)完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃組網(wǎng)設(shè)計(jì)

首先對(duì)蘇東x站所有實(shí)驗(yàn)井井場(chǎng)和站內(nèi)進(jìn)行實(shí)地勘察，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的通訊鏈路。

通過(guò)對(duì)井口GPS坐標(biāo)及海拔高度利用專用通訊模擬測(cè)試，設(shè)計(jì)好蘇東x站MESH網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，最終有7個(gè)井場(chǎng)與站內(nèi)直接通訊，剩余7口通過(guò)跳轉(zhuǎn)進(jìn)行通訊。根據(jù)設(shè)計(jì)好的拓?fù)鋱D，對(duì)井口拍照系統(tǒng)進(jìn)行了改造。經(jīng)過(guò)對(duì)蘇東x站單井口MESH網(wǎng)橋組網(wǎng)規(guī)劃、拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)和通訊信號(hào)的實(shí)地測(cè)試，信號(hào)測(cè)試通訊率達(dá)到100%。

2.2 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的圖像采集功能

在MESH網(wǎng)絡(luò)搭建好后，首先進(jìn)行了井口實(shí)時(shí)視頻接入功能實(shí)驗(yàn)，由于MESH網(wǎng)橋最大傳輸帶寬達(dá)到300M，井口攝像頭均采用高清攝像頭，在保證視頻流暢的情況下，最高可采集10路畫質(zhì)為720P的高清井口實(shí)時(shí)視頻。

MESH網(wǎng)橋視頻目前已成功應(yīng)用在加熱爐、分離器井等重點(diǎn)井場(chǎng)監(jiān)控中，監(jiān)控視屏清晰，且傳輸穩(wěn)定。

2.3 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的語(yǔ)音通訊功能

普通的智能WIFI手機(jī)可以通過(guò)安裝開(kāi)發(fā)好的授權(quán)軟件接入MESH網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)控中心電腦上安裝服務(wù)器軟件，兩者通過(guò)撥號(hào)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立井口與站內(nèi)甚至監(jiān)控中心的語(yǔ)音通訊。

2.4 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)的井口數(shù)據(jù)接入功能

MESH網(wǎng)絡(luò)提供了井口到站內(nèi)的通訊鏈路，井口的數(shù)據(jù)同樣可以通過(guò)MESH網(wǎng)絡(luò)接入站內(nèi)。目前廠內(nèi)使用的井口RTU及站內(nèi)的PLC控制器都提供以太網(wǎng)絡(luò)接口，只需要將以太網(wǎng)口與MESH網(wǎng)橋連接，站內(nèi)控制器就可以通過(guò)MODBUS TCP/IP協(xié)議讀取井口數(shù)據(jù)。

2.5 基于MESH網(wǎng)橋技術(shù)可擴(kuò)展的功能

2.5.1 井口遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能

將井口攝像頭換為有紅外夜視功能的攝像頭，通過(guò)MESH網(wǎng)橋視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候井場(chǎng)監(jiān)控。實(shí)時(shí)視頻可以對(duì)重點(diǎn)井口作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)過(guò)程中的違章操作，保證井口施工安全。同時(shí)，對(duì)于牧民報(bào)告的井口異常情況也可以用這種辦法進(jìn)行快速確認(rèn)，減少了由于誤報(bào)造成的資源浪費(fèi)。另外井口攝像頭具有前端視頻存儲(chǔ)功能，可以保存一個(gè)星期的視頻資料，這對(duì)于杜絕井場(chǎng)設(shè)施偷盜現(xiàn)象、井口設(shè)備異常分析及井口事故分析等具有一定的幫助。

2.5.2 井口闖入報(bào)警功能

由于實(shí)時(shí)視頻的接入，可以在后端架設(shè)處理設(shè)備，對(duì)井口視頻進(jìn)行移動(dòng)偵測(cè)分析，對(duì)井場(chǎng)畫面中出現(xiàn)的人、車進(jìn)行分析告警，并將告警信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控人員接受到告警信號(hào)后可通過(guò)查看實(shí)時(shí)視頻和歷史記錄兩種方式，對(duì)闖入異常情況進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的處理。通過(guò)移動(dòng)偵測(cè)功能，監(jiān)控人員不必再逐口井進(jìn)行視頻翻看，而是有重點(diǎn)的對(duì)井場(chǎng)異常畫面進(jìn)行查看，不僅提高了監(jiān)控員工的工作效率，還提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

2.5.3 井口一鍵關(guān)斷功能

傳統(tǒng)輪詢采集系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)一鍵關(guān)井的功能，是在控制器內(nèi)編程，按照順序?qū)陔姶砰y進(jìn)行逐一操作，對(duì)于井口數(shù)較多的站，關(guān)閉全部井口需要幾十分鐘甚至幾小時(shí)。基于MESH網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)特性，使得實(shí)現(xiàn)真正意義上的井口一鍵關(guān)斷功能成為可能，監(jiān)控中心只需要發(fā)出一個(gè)命令，就可以同時(shí)關(guān)斷所有井口的截?cái)嚅y。

2.5.4 井口RTU遠(yuǎn)程維護(hù)

將井口RTU接入MESH網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)井口的RTU，對(duì)井口RTU進(jìn)行程序修改，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等維護(hù)工作。足不出戶即可解決井口自控系統(tǒng)故障，這一功能有效降低了單井自控系統(tǒng)維護(hù)的工作量，減少了維護(hù)人員井口作業(yè)的次數(shù)。

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

MESH網(wǎng)橋技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了井口視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。為氣井管理增加了一種可視化的手段，提高了井口安全生產(chǎn)水平。

MESH網(wǎng)橋設(shè)備故障率低，并且具有SCS自診斷功能，利用后臺(tái)管理功能，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷、數(shù)據(jù)拷貝等工作，同時(shí)利用MESH網(wǎng)橋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井口RTU遠(yuǎn)程調(diào)試的功能，最大程度減少了維護(hù)人員上井維護(hù)工作量。

實(shí)現(xiàn)了井口與站內(nèi)的語(yǔ)音通訊功能，惠及廣大員工。一方面解決了野外沒(méi)信號(hào)時(shí)無(wú)法與站內(nèi)通訊的問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)了圖像、語(yǔ)音、RTU數(shù)據(jù)三種信息的并發(fā)功能。找到了一種功能強(qiáng)大，切實(shí)可行的井口數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

MESH網(wǎng)橋技術(shù)，提供了一條單井到站內(nèi)的數(shù)據(jù)“高速公路”。通過(guò)這條高速公路，可以將更多類型的井口數(shù)據(jù)傳回站內(nèi)，這為井口安防系統(tǒng)、自控系統(tǒng)完善開(kāi)發(fā)帶來(lái)了無(wú)限的可能。endprint