油田生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的監(jiān)測*

重慶安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院

油田生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的監(jiān)測*

蔣向東重慶安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院

在油田網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量監(jiān)測系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中，包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計量器、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取器、應(yīng)用程序管理器及終端系統(tǒng)運(yùn)行器。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量讀取器是油田監(jiān)測系統(tǒng)中的組件部分，主要負(fù)責(zé)把終端系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量從Meter應(yīng)用程序內(nèi)下載至用戶終端系統(tǒng)。由于油田信息系統(tǒng)屬于一個大型的信息數(shù)據(jù)庫，因此在對流量監(jiān)測過程中，既要保證流量監(jiān)測信息的正確性，又要保證其完整性。MRTG技術(shù)可以為監(jiān)控端口提供不同時間段的流量圖。在油氣田管理中，應(yīng)用該技術(shù)把信號通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送到中心控制室，能實(shí)現(xiàn)自動排污和濾罐反沖洗。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；流量監(jiān)測；性能分析；MRTG技術(shù)

傳統(tǒng)油田網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在監(jiān)測數(shù)據(jù)流量過程中存在一定問題，主要是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)流量圖形編碼和譯碼的過程中，終端系統(tǒng)運(yùn)行器沒有進(jìn)行有效讀取，造成終端系統(tǒng)在讀取流量信息時不能對其進(jìn)行有效控制。而現(xiàn)代終端系統(tǒng)運(yùn)行器能夠?qū)幋a的圖形進(jìn)行相應(yīng)的譯碼，使接收設(shè)備與終端設(shè)備在流量數(shù)據(jù)圖形整合上能夠達(dá)到一致性，從而控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量，確保運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)框架

在油田網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量監(jiān)測系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中，包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計量器、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取器、應(yīng)用程序管理器及終端系統(tǒng)運(yùn)行器。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計量器主要負(fù)責(zé)對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行定期監(jiān)測，記錄數(shù)據(jù)流量包傳輸?shù)倪\(yùn)行軌跡，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行壓縮。由于油田數(shù)據(jù)流量監(jiān)測系統(tǒng)中運(yùn)行的數(shù)據(jù)流量每秒鐘能達(dá)到10M，包內(nèi)的數(shù)據(jù)信息占用信道的冗余大，造成傳輸線路中信道資源的浪費(fèi)。而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計量器能對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行檢索、轉(zhuǎn)換及處理，在信息流量檢索過程中，可對殘余的數(shù)據(jù)量進(jìn)行切割，轉(zhuǎn)化為小數(shù)據(jù)塊，然后通過信道復(fù)用技術(shù)，將殘余的數(shù)據(jù)流量包進(jìn)行清理。其次，計量器還能對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量包進(jìn)行壓縮，主要是因?yàn)橛吞锵到y(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量較大，一般的傳輸信道難以滿足需求。

數(shù)據(jù)流量壓縮是對數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程，通信信道幀結(jié)構(gòu)分為三層，依次為報頭、數(shù)據(jù)層、協(xié)議層。報頭中含有傳輸?shù)纳倭繑?shù)據(jù)信息，防止在傳輸過程中數(shù)據(jù)信息的丟失。傳統(tǒng)油田流量監(jiān)控信息系統(tǒng)中，并沒有報頭傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)，大量的數(shù)據(jù)信息堆積在傳輸信道內(nèi)，造成接收設(shè)備無法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行有效處理，產(chǎn)生數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象。數(shù)據(jù)層是對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量封裝的過程，當(dāng)數(shù)據(jù)流量達(dá)到25M時，濾波器便對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行一次封裝，并將封裝好的信息進(jìn)行編碼。該系統(tǒng)采用0和1碼子信息的轉(zhuǎn)化模式，每8個片段進(jìn)行封裝一次，例如當(dāng)油田信息系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流為1100001000111010101時，每傳送8位信息代碼進(jìn)行一次有效的封裝。如最后傳送的數(shù)據(jù)流量信息不足8位信息代碼，則在缺少的位數(shù)上補(bǔ)0。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量讀取器是油田監(jiān)測系統(tǒng)中的組件部分，主要負(fù)責(zé)把終端系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量從Meter應(yīng)用程序內(nèi)下載至用戶終端系統(tǒng)。油田網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量監(jiān)控系統(tǒng)中具有多個上傳和下載端口，但是傳輸線路中信道的個數(shù)有限，只具有32個傳輸信道，其中16路為上行鏈路，16路為下行鏈路。上行鏈路數(shù)據(jù)流量是將接收設(shè)備內(nèi)存儲的流量信息傳輸至終端存儲器內(nèi)，然后經(jīng)服務(wù)器進(jìn)行處理。從移動臺內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)流量信息由下行鏈路傳輸至接收設(shè)備內(nèi)，將接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解碼讀取。但在油田網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中上行鏈路中的流量信息大于下行鏈路的數(shù)據(jù)流量信息，造成流量傳輸信道內(nèi)數(shù)據(jù)信息的堵塞。網(wǎng)絡(luò)流量讀取器能有效控制信道內(nèi)的傳輸流量，保證上行信道內(nèi)傳輸?shù)牧髁看笥谙滦行诺纼?nèi)傳輸?shù)牧髁俊＜僭O(shè)下行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量為20Mbps，上行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量為15Mbps時，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量讀取器能調(diào)節(jié)上行鏈路傳輸信道的帶寬，使其傳輸過程趨于平穩(wěn)。一般傳輸信道的帶寬為100kHz，信息比特流之間時間間隙為0.0125s，時間間隙變小，傳輸?shù)男诺雷儗?，兩者之間呈反比關(guān)系。假設(shè)下行傳輸鏈路信道中，信息比特流的時間間隙為0.0100s，傳輸信道的帶寬為13M，調(diào)節(jié)比特流時間間隙時，要根據(jù)同步原理，保證上行鏈路與下行鏈路在相同時間片段內(nèi)進(jìn)行同時傳輸。最終調(diào)節(jié)下行信道的帶寬為10M，所占用的信道比3∶2，進(jìn)而控制了上行鏈路中的傳輸數(shù)據(jù)流量。

應(yīng)用程序管理器主要是防止傳輸信息流量中斷，在編碼程序上設(shè)定多個MeterReader的運(yùn)行管理器。油田終端系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)信息時要經(jīng)過應(yīng)用管理器的監(jiān)測，收集傳輸數(shù)據(jù)流量包中碼片信息的報頭，終端系統(tǒng)與應(yīng)用程序管理器之間實(shí)現(xiàn)一對多的對應(yīng)關(guān)系，保證每個數(shù)據(jù)流量包中的報頭信息都能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。假設(shè)油田網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置了一個Meter Reader運(yùn)行管理器，所有傳輸?shù)膱箢^信息都需要同一個運(yùn)行管理器進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的監(jiān)測。這樣既造成流量信息包內(nèi)碼子片段的丟失，并且也增大了延時效應(yīng)。當(dāng)MeterReader運(yùn)行管理器發(fā)生故障時，便會造成整個監(jiān)測系統(tǒng)的癱瘓。為此，在設(shè)立運(yùn)行管理器時采取多對多的運(yùn)行方式，分散其他各個運(yùn)行管理器的數(shù)據(jù)流量，提高運(yùn)行效率，當(dāng)其中一個MeterReader運(yùn)行管理器發(fā)生故障時，其他各個站點(diǎn)內(nèi)的MeterReader運(yùn)行管理器會處理故障點(diǎn)處的數(shù)據(jù)流量包。

終端系統(tǒng)運(yùn)行器主要完成數(shù)據(jù)流量包的加載功能，當(dāng)運(yùn)行管理器完成對數(shù)據(jù)流量的監(jiān)測之后，便將監(jiān)測后的數(shù)據(jù)流量包傳輸至終端系統(tǒng)內(nèi)，完成對數(shù)據(jù)流量包的讀取功能。終端運(yùn)行器內(nèi)還有數(shù)據(jù)流量解碼器，完成對監(jiān)測數(shù)據(jù)包內(nèi)信息讀取的功能。這種解碼器采用的是正弦函數(shù)與余弦函數(shù)圖像轉(zhuǎn)化的過程，在接收設(shè)備編碼器運(yùn)行過程中，能夠?qū)ΡO(jiān)測的數(shù)據(jù)流量包進(jìn)行正弦函數(shù)與余弦函數(shù)圖像的截取，轉(zhuǎn)化為反正弦和反余弦函數(shù)的圖像，然后在終端系統(tǒng)運(yùn)行器內(nèi)進(jìn)行原圖像的讀取。假設(shè)接收設(shè)備編碼的圖像函數(shù)為sinx，但在流量系統(tǒng)監(jiān)測讀取中的函數(shù)圖形為arccosx，此時終端監(jiān)測系統(tǒng)便會發(fā)出糾錯碼，通知接收設(shè)備重新讀取函數(shù)圖像。只有當(dāng)接收設(shè)備與終端數(shù)據(jù)流量監(jiān)測設(shè)備圖形一致時，才能繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)流量信息，此時終端流量監(jiān)測系統(tǒng)也會發(fā)出一組命令碼，通知接收設(shè)備繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)流量信息。

2 流量監(jiān)測系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用

由于油田信息系統(tǒng)屬于一個大型的信息數(shù)據(jù)庫，因此在對流量監(jiān)測過程中，既要保證流量監(jiān)測信息的正確性，又要保證其完整性。在對流量監(jiān)測信息正確性查詢時，首先要保證監(jiān)測信道的空余度。假設(shè)上行鏈路中傳輸?shù)谋O(jiān)測信息流量的帶寬小于下行監(jiān)測信息流量傳輸帶寬，便會造成監(jiān)測信息流量的失真。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量讀取器中嚴(yán)格控制傳輸信道的寬度，可確保上行傳輸帶寬的需求。當(dāng)上行鏈路與下行鏈路中的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息同時進(jìn)行傳輸時，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量讀取器也能有效控制同步的時間間隙，在規(guī)定時間內(nèi)將監(jiān)測的數(shù)據(jù)流量傳輸至終端系統(tǒng)內(nèi)。

其次，在數(shù)據(jù)流量圖形解碼過程中，要保證數(shù)據(jù)流量監(jiān)測的完整性，這樣才能在終端系統(tǒng)運(yùn)行器中進(jìn)行解碼。當(dāng)終端系統(tǒng)運(yùn)行器翻譯出的編碼圖形與接收設(shè)備傳達(dá)的編碼圖形不一致時，便會發(fā)出糾錯碼，通知接收設(shè)備重新發(fā)送編碼圖形。只有當(dāng)接收設(shè)備與終端設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)流量圖形一致時，才會保證接收設(shè)備繼續(xù)傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)流量編碼的圖形。這種監(jiān)測技術(shù)能夠保證油田網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)流量的完整性與有效性。

3 MRTG軟件技術(shù)的應(yīng)用

MRTG技術(shù)是指多路由器流量圖形生成器，它可以為監(jiān)控端口提供不同時間段的流量圖。流量監(jiān)控和分析是油田網(wǎng)絡(luò)管理的重要組成部分，可對網(wǎng)絡(luò)端口的輸入或輸出數(shù)據(jù)做周期性檢測。在油氣田管理中，應(yīng)用該技術(shù)把信號通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送到中心控制室，能實(shí)現(xiàn)自動排污和過濾罐反沖洗。

在排污環(huán)節(jié)，收油罐、沉降罐、反沖洗罐和反沖洗回收罐各自配有4個氣動蝶閥，通過污水控制柜的操作，來調(diào)整閥門的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)排污自動化管理；為適應(yīng)對設(shè)備工藝流程的監(jiān)控，需要在控制中心合理制定計算機(jī)系統(tǒng)。另一方面，采用電磁流量計測量來水流量，可以到達(dá)0.3的精確度。

4 結(jié)語

通過對油田網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量監(jiān)測及性能分析研究，證明該監(jiān)測方式可全面控制油田信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流量，將傳輸?shù)牧髁繜o失真地傳輸至終端系統(tǒng)內(nèi)，有效保證數(shù)據(jù)流量信息的完整性。這種流量監(jiān)測技術(shù)不單適用于油田的生產(chǎn)管理，還可在其他領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.012

基金論文：重慶市教委“行動導(dǎo)向教學(xué)法在高職實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的對策研究”（133262）；“基于心理學(xué)視角的化工企業(yè)安全生產(chǎn)管理機(jī)制研究”（14SKS18）。