CN106998578A - 一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案 - Google Patents

一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案。根据油田井网部署的特点以及油田生产资料监测录取的要求，包括无节点移动性需求、无节点间协同信息处理需求、无面向连接需求、较弱的网络全局时间同步要求、物理层信道冲突规避等，以及大范围网络的共性如一次配置、自动组网的要求，依据对等组网、存储转发、无缝对接三个原则，采用自底向上的设计方法，设计了接口层、网络层、会话层及应用层四个层次；网络使用的协议为标准化网络协议，可与油田现场已有的网络设施无缝对接，无需特别处理；本组网方案允许对网络按需扩容，有利于油田智能监控系统的推广部署。

Description

一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案
技术领域
本发明是一种可用于油田井网监测的多节点中继无线数据网络组网技术。
背景技术
目前已有的各种油井智能监测系统大都使用无线通讯方式从单井向中心值班室传输数据，但大多数这类系统的通讯部分都被设计为每个单井分别与中心值班室有一条单独的通信链路。这种设计方案有两大弊端，一是可扩展性很弱；二是必然存在因信道拥塞、信道冲突等因素带来的通讯中断乃至网络瘫痪等问题。一部分智能系统采用GPRS甚至是3G通讯方案，但这类方案的最大问题是油田现场一般都在远离人口聚居区的、GPRS基站覆盖不完善的偏远地区；即使是在覆盖较好的地方，也需要支付高额的通讯费用，不利于降低成本。
发明内容
本发明的目的在于设计一种最少配置、自动组网的油田现场数据通讯网络；部署简单，易于扩展，适合油田生产现场应用，有利于油田自动化设备的推广。
本发明设计的网络中，所有节点的地位都是对等的，各节点承担的功能由节点内置应用程序的设置决定。各节点之间均采用同一种通讯标准，安装同一套通讯协议栈。相互连接的多个节点通过存储转发方式形成大范围的网络覆盖，完成数据的远程传送。
本发明中各节点硬件部分包括可以连接各种传感器的扩展总线、发射功率可调并支持载波侦听与冲突回避机制的无线模块、用于控制扩展总线和无线模块的单片机；软件部分包括属于接口层的高级数据链路控制协议、属于网络层的互联网协议、属于会话层的用户数据报协议、数字证书认证体系以及属于应用层的油田生产数据收集反馈程序、设置程序、生产数据自动录入脚本程序。
本发明中节点对等体现在各节点既能随时主动发起连接，也能随时接受其他节点建立连接的请求，既能作为终端节点发送和接收数据，也可作为中继节点对数据进行存储转发。这一特性使得网络具有了巨大的可扩展性。
本发明中各节点还附带数字证书认证体系，可以保证所有生产数据的可靠传输，阻止非授权设备和恶意设备在未获得授权的情况下获取油田现场数据，保护了数据安全。
本发明中各节点安装的经过恰当设计和编程的应用层软件，可以与油田现场已有的数据库系统实现无缝对接，无需对已有设施进行改造即可部署。极大地降低了部署成本和推广成本，有利于促进油田智能系统的普及和数字化油田的实现。
附图说明
图1为本发明的一种网络拓扑结构示意图；
图2为本发明中某节点一部分路由表范例。
具体实施方式
如图1所示，各节点均安装在油井处，汇聚节点S安装在中转站处，网络拓扑几何形状跟随井网类型(本范例中，井网为正方形四点井网)；
节点1-2、2-4、3-4、4-5、1-5、6-7、8-9、8-12、9-11、10-11之间，因距离较近、无环境遮挡物或环境遮挡物对信号基本无影响等原因形成信道质量较好的连接，图中用实线标示；
节点1-4、2-3、2-5、3-8、4-7、5-6、7-8、7-12、7-13、9-10、11-12、12-13之间，因距离较远或环境遮挡物对信号产生一定衰减等原因形成信道质量一般的连接，图中用虚线标示；
节点3-7、3-9、4-6、4-8、5-7、6-13、8-11、8-13、9-12之间，因距离较远且环境遮挡物较多对信号衰减严重等原因，未建立直接连接或因信道质量差被节点的高级数据链路控制协议关闭了连接；
图中节点还分别可以与图上未标明的其它相邻节点建立连接；
节点2、3、4与汇聚节点S直接连接；
节点1、5、7、8通过节点2、3、4的路由中继转发将数据送达汇聚节点S；
节点6、9、10、11、12、13通过节点7、8的路由中继转发和节点3、4的路由中继转发将数据送达汇聚节点S；
节点7构建的一部分路由表如图2所示，其中44.128.170.167为节点7本身本次的IP地址，44.128.170.160为汇聚节点S本次的IP地址；
汇聚节点S将接收到的数据通过由粗实线条所示意的已有的通讯线路发送至数据中心。

Claims (7)

1.一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于包括如下流程：
(1)实现本方案的终端设备安装在油井处，作为数据采集节点；
(2)各节点向外发送信标信号同时扫描来自其他节点的信标信号，挑选信号质量最佳的若干节点建立连接。各节点的射频功率可变，能够依据信道环境状况自动调整，且具备载波侦听与冲突检测和回避机制；
(3)各节点在建立连接时，运行高级数据链路控制协议完成连接的建立与维护；
(4)各节点由无状态网络地址自动生成算法产生一个全网唯一的网络地址，随后运行路由生成程序构建全局路由表；
(5)安装有汇聚程序的设备安装在采油队下辖中转站内，作为汇聚节点；
(6)汇聚程序在完成对自身网络参数的自动配置之后，向其它节点广播自身的信息，并接收来自其它节点对该广播消息的响应；
(7)其它节点在接收到来自汇聚节点的广播后，更新自身关于汇聚节点的相关信息，并发送回应；
(8)各节点在获知汇聚节点的信息后，更新路由表。至此，网络已成功建立。
2.根据权利要求1所述的一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于任何节点在出现故障导致网络中断时，在等待一定时间后自动重复流程(2)。
3.根据权利要求1所述的一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于流程(4)中各节点构建的是抵达每个节点的路由表，节点根据路由表检验自身的网络地址唯一性，若检测到地址冲突，则重新生成一个新的网络地址，并重复该流程。
4.根据权利要求1所述的一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于流程(6)中汇聚节点向其他节点发送的广播消息使用解密密钥加密，并用同一密钥解密其他节点发回的响应消息；流程(7)中各节点使用加密密钥解密汇聚节点发送来的广播消息，并用同一密钥加密向汇聚节点发送的响应消息。
5.根据权利要求1所述的一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于流程(2)(3)属于接口层；流程(4)属于网络层；流程(6)(7)属于会话层；流程(8)属于应用层。
6.根据权利要求1或5所述的一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于各节点的网络层协议为互联网协议即IP协议，且使用地址块44.0.0.0/8作为网络地址取值范围。
7.根据权利要求1所述的一种可用于油田井网监测的多节点中继无线网络组网方案，其特征在于流程(1)所述的数据采集节点与流程(5)所述的汇聚节点为对等节点；同时任何节点通过更改软件设置都可以作为数据采集节点或是汇聚节点，但不能两者兼而有之。
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Title
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