CN115484514A - 井口物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种井口物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端。所述太阳能供电系统为所述井口无线通信终端、所述井口仪表设备以及所述边缘控制器供电；所述井口仪表设备设置于井口位置，与所述边缘控制器相连，用于实时采集相关数据并传输给所述边缘控制器；所述边缘控制器与对应的所述井口无线通信终端相连，用于将获取到的所述相关数据反馈给对应的所述井口无线通信终端；所述控制平台、所述基站、所述井口无线通信终端依次通信连接；所述控制平台用于通过所述基站利用低频频段向所述井口无线通信终端发送数据接收命令并接收所述井口无线通信终端根据预设的通信规则通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输的所述相关数据。

Description

井口物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端

技术领域

本申请涉及无线通信及自动化控制技术领域，尤其是涉及一种井口物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端。

背景技术

随着我国经济的高速发展，油气需求迅速增长，我国石油工业面临着巨大的挑战和机遇。油气井，是人类勘探与开发地下石油与天然气资源必不可少的信息和物质通道。

然而由于受到网络技术和成本的影响，油气井井口无线通信仍存在一些问题，例如，采用公网网络系统，网络的稳定性和可靠性都依赖公网系统，一旦网络中断或者波动延时，可能会无法满足工业生产对数据实时监控的要求，在此期间需人工巡检获取数据。增加了一定的工作压力，降低了效率。而采用自组网一方面存在实时性受限的问题，一方面存在传输距离受限的问题。这些问题都在一定程度上影响了油气井的相关数据的传输效率，导致工作人员无法及时获知油气井的相关数据。

发明内容

本申请提供了一种井口物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端。

第一方面，本申请提供了一种井口远程物联专网无线通信系统，包括太阳能供电系统、至少一个边缘控制器、至少一个井口无线通信终端、基站、控制平台、井口仪表设备；所述太阳能供电系统为所述井口无线通信终端、所述井口仪表设备以及所述边缘控制器供电；所述井口仪表设备设置于井口位置，与所述边缘控制器相连，用于实时采集相关数据并传输给所述边缘控制器；所述相关数据包括井口油压、套压、流量、温度、阀门状态中的至少一项；

所述边缘控制器与对应的所述井口无线通信终端相连，用于将获取到的所述相关数据反馈给对应的所述井口无线通信终端；

所述控制平台、所述基站、所述井口无线通信终端依次通信连接；

所述控制平台用于通过所述基站利用低频频段向所述井口无线通信终端发送数据接收命令并接收所述井口无线通信终端根据预设的通信规则通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输的所述相关数据。

可选的，所述系统还包括阀门：

所述阀门设置于井口位置，用于调节井口开合程度，与对应的所述边缘控制器相连，将采集到的数据传输给对应的所述边缘控制器；所述阀门包括节流阀、止回阀、截断阀、调节阀、柱塞阀、多功能阀中的至少一项。

可选的，所述系统包括：

当所述边缘控制器采集到故障和/或异常的数据时，向对应的所述井口无线通信终端发出紧急信号以传输至所述控制平台进行提醒；所述故障和/或异常的数据来源于所述井口仪表设备、所述阀门中的至少一项；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项。

可选的，所述系统包括：

所述井口无线通信终端还用于对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的所述数据接收命令并决定是否将接收的对应的边缘控制器的获取的所述相关数据上传。

第二方面，本申请提供了一种井口远程物联专网无线通信方法，应用于井口无线通信终端，包括：

接收对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据；

接收控制平台通过基站利用低频频段下达的数据接收命令；

根据预设的通信规则，将所述相关数据通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台。

可选的，所述方法包括：

当接收到对应的所述边缘控制器发出的紧急信号时，暂停与对应的所述边缘控制器的通信；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项；

将所述紧急信号利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台并显示信号详情；当接收到对应的所述边缘控制器的通信恢复信号，所述井口无线通信终端恢复与对应的所述边缘控制器正常通信。

可选的，所述方法还包括：

接收数据接收命令；

对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的数据接收命令；

若是，则将接收的对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据上传；

若不是，则不对所述数据接收命令进行响应。

第三方面，本申请提供了一种井口无线通信终端，包括：

数据接收模块，接收对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据；

命令接收模块，接收控制平台通过基站利用低频频段下达的数据接收命令；

数据传输模块，用于根据预设的通信规则，将所述相关数据通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台。

可选的，所述井口无线通信终端还包括紧急信号接收模块，用于：

当接收到对应的所述边缘控制器发出的紧急信号时，暂停与对应的所述边缘控制器的通信；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项；

将所述紧急信号利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台并显示信号详情；当接收到对应的所述边缘控制器的通信恢复信号，所述井口无线通信终端恢复与对应的所述边缘控制器正常通信。

可选的，所述井口无线通信终端还包括校验模块，用于：

接收数据接收命令；

对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的数据接收命令；

若是，则将接收的对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据上传；

若不是，则不对所述数据接收命令进行响应。

第四方面，本申请提供一种井口无线通信终端，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行第二方面的方法的计算机程序。

第五方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行第二方面的方法的计算机程序。

本申请提供了一种井口远程物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端。应用太阳能供电系统，在很大程度上解决了供电问题。

另外，本申请采用高效的时分多址工作模式，基站不必对每一个井口无线通信终端进行轮询，井口无线通信终端接收对应的边缘控制器发送的查询的相关数据并采用时分多址的方式高效的传输给控制平台。

在传输过程中利用低频频段进行无线数据传输，因为低频频段波长较长，可适用于沙漠地区等相对恶劣的环境中。并且具有绕射能力，数据在传输过程中可以绕开大型障碍物继续传播，不受影响。

通过井口无线通信终端的校验过程可以更好地维护网络的安全性。防止其他平台模拟控制平台下发数据接收命令获取井口仪表设备和阀门的相关数据。

当一个边缘控制器判断井口某个设备故障或者阀门异常、超压告警等紧急信息，可发出紧急信号。井口无线通信终端接收紧急信号并暂停与对应的边缘控制器的通信。此时将紧急信号传输给控制平台来提醒现场工作人员。

本申请采用这种系统提高了相关数据的传输效率，保证工作人员可以及时获知油气井的相关数据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的一种应用场景示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种井口物联专网无线通信系统的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种信道分配示意图；

图4为本申请一实施例提供的一种井口物联专网无线通信方法流程图；

图5为本申请一实施例提供的另一种井口物联专网无线通信方法流程图；

图6为本申请一实施例提供的一种井口无线通信终端的结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的一种井口无线通信终端的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。

随着我国经济的高速发展，油气需求迅速增长，我国石油工业面临着巨大的挑战和机遇。油气井，是人类勘探与开发地下石油与天然气资源必不可少的信息和物质通道。

然而由于受到网络技术和成本的影响，油气井井口无线通信仍存在一些问题，例如，采用公网网络系统，网络的稳定性和可靠性都依赖公网系统，一旦网络中断或者波动延时，可能会无法满足工业生产对数据实时监控的要求，在此期间需人工巡检获取数据。增加了一定的工作压力，降低了效率。这些问题都在一定程度上影响了油气井的相关数据的传输效率，导致工作人员无法及时获知油气井的相关数据。而目前采用的自组网主要分两种：数传电台、无线网桥系统。数传电台普遍采用轮询方式，数据传输的实时性受限，采集周期长；无线网桥技术的缺点是绕射能力差，传输距离受限，功耗大。而且针对油气井这种普遍地形复杂、分布点数多的情况，无线网桥技术需要多个中继点来解决遮挡、多点传输的问题，维护成本过高。另外，还有一种光纤通信的方式，但是由于油气井分布密集，并且都在偏远地区，存在严重的供电问题，且敷设的重复利用率低导致综合成本过高，目前无法直接投放应用。

基于此，本申请提供一种井口物联专网无线通信系统、方法、井口无线通信终端。利用具有绕射能力、长波段低频频段进行数据传输，同时采用高效的时分多址工作模式。基站不必对每一个井口无线通信终端进行轮询。由于应用的低频频段具有绕射能力，使传输距离不再受到限制，同时降低了传输的功耗。井口无线通信终端接收对应的相关数据并采用时分多址的方式高效的传输给控制平台，缩短采集周期，保证了数据传输的实时性。提高了相关数据的传输效率，保证工作人员可以及时获知油气井的相关数据。

图1为本申请提供的一种应用场景示意图。在油气井进行井口无线通信时，应用本申请的方案进行井口无线通信。具体的，建立井口远程物联专网无线通信系统，在获取数据时利用本申请的无线通信系统，采用高效的时分多址工作模式，基站不必对每一个井口无线通信终端进行轮询，井口无线通信终端接收对应的边缘控制器获取的相关数据并采用时分多址的方式高效的传输给基站，基站将接收到相关数据传输给控制平台。提高了相关数据的传输效率，保证工作人员可以及时获知油气井的相关数据。具体的实现方式可以参考以下实施例。

图2为本申请一实施例提供的一种井口物联专网无线通信系统的结构示意图，包括：太阳能供电系统201、至少一个边缘控制器202、至少一个井口无线通信终端203、基站204、控制平台205、井口仪表设备206。如图2所示。

所述太阳能供电系统201为所述井口无线通信终端203、所述井口仪表设备206以及所述边缘控制器202供电。所述井口仪表设备206设置于井口位置，与所述边缘控制器202相连，用于实时采集相关数据并传输给所述边缘控制器202；所述相关数据包括井口油压、套压、流量、温度、阀门状态中的至少一项；所述边缘控制器202与对应的所述井口无线通信终端203相连，用于将获取到的所述相关数据反馈给对应的所述井口无线通信终端203；所述控制平台205、所述基站204、所述井口无线通信终端203依次通信连接。所述控制平台205用于通过所述基站204利用低频频段向所述井口无线通信终端203发送数据接收命令并接收所述井口无线通信终端203根据预设的通信规则通过所述基站204利用低频频段并采用时分多址的方式传输的所述相关数据。

预设的通信规则是实现设备之间通信的基础，可以通过工作人员进行具体的设置。

本实施例的方案可以实现如下技术效果：应用太阳能供电系统，在很大程度上解决了供电问题，节约能源。另外，本实施例采用高效的时分多址工作制式，基站不必对每一个井口无线通信终端进行轮询，井口无线通信终端接收对应的边缘控制器发送的获取的相关数据并采用时分多址的方式高效的传输给控制平台。在传输过程中利用低频频段进行无线数据传输，因为低频频段波长较长，可适用于沙漠地区等相对恶劣的环境中。并且具有绕射能力，数据在传输过程中可以绕开大型障碍物继续传播，不受影响。本实施例采用这种系统提高了相关数据的传输效率，保证工作人员可以及时获知油气井的相关数据。

在一些实施例中，可以通过设置阀门207，获取井口气压数据。具体的，上述系统还包括：阀门207。所述阀门207设置于井口位置，用于调节井内压力，与对应的所述边缘控制器202相连，将采集到的数据传输给对应的所述边缘控制器202；所述阀门207包括节流阀、止回阀、截断阀、调节阀、柱塞阀、多功能阀中的至少一项。

阀门207可以包括节流阀，节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门同时采集流体流量等数据传输给边缘控制器202；阀门207还可以包括止回阀，止回阀用于防止介质倒流，利用流体自身的动能自行开启，反向流动时自动关闭同时可以采集介质流动的方向以及介质类型等数据传输给边缘控制器202；截断阀用于当输气管道一旦破裂，截断阀根据管道的降压速率来实现阀门的自动关闭；当然，还有其他可应用到油气井内的阀门，比如，关断阀、调节阀、柱塞阀、平板阀、多功能阀等等，在此不再一一赘述。

本实施例中添加的阀门207可以保证油气井内部气压的平稳，维持油气井正常工作。同时可以获取油气井内部的气压情况等数据并传输给边缘控制器202。通过无线传输使控制平台可以显示气压情况。

在一些实施例中，边缘控制器202还可用于发送紧急信号提醒设备故障或异常。具体的，上述系统中的边缘控制器202还用于采集到故障和/或异常的数据时，向对应的所述井口无线通信终端203发出紧急信号以传输至所述控制平台205进行提醒；所述故障和/或异常的数据来源于所述井口仪表设备206、所述阀门207中的至少一项；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项。

在一些场景中，边缘控制器202会对采集到的井口仪表设备206的数据进行存储和判断。当采集到的数据与以往数据相差较大时，边缘控制器202会判断此数据为异常数据并发送紧急信号给对应的井口无线通信终端203。具体的判断依据可根据实际油气井所处的环境等因素进行调节，在此不做限制。

在另一些场景中，可以使用具有告警装置的井口仪表设备206。对各个井口仪表设备206进行阈值设定，若获取的某一数据超过对应阈值，则进行告警提醒并传输给对应的边缘控制器202，使其传输至相应的井口无线通信终端203。

在本实施例中，边缘控制器可以获取井口仪表设备的工作状态，并且井口仪表设备可以获取对应油气井的各种数据并传输给对应的边缘控制器。若边缘控制器接收到油气井中的异常数据或设备异常工作的信息就会触发边缘控制器发送紧急信号。通过紧急信号的发送和传输，控制平台可以第一时间接收到紧急信息并了解对应油气井所出现的问题，从而及时解决，减少损失。

在一些实施例中，设置信标，用于管理井口无线通信终端设备的入网和离网。将基站204通电后，基站204会定期发送信标。井口无线通信终端203接收到基站204发送的信标后才可入网接收控制平台205通过基站204发送的数据接收命令，并通过基站204向控制平台205发送相关数据。

若井口无线通信终端203由于信号干扰或信号弱等原因在一定时间段内无法接收到基站204发送的信标，则自动脱网，不能继续通过基站204发送查新到的相关数据。只有再次接收到基站204的信标才可再次入网，进行相关数据的传输。

本实施例通过设置信标，管理井口无线通信终端设备的入网和离网，保证井口无线通信终端的正常运作。

在一些实施例中，井口无线通信终端203还用于对所述数据接收命令进行校验。具体的，上述系统包括：所述井口无线通信终端还用于对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的所述数据接收命令并决定是否将接收的对应的边缘控制器的数据上传。

具体的，在每一次传输相关数据和接收数据接收命令时，井口无线通信终端203都会进行校验。当其他系统截获了控制平台205下达的数据接收命令，并根据数据接收命令模拟控制平台205下达新的数据接收命令给对应的井口无线通信终端203时，井口无线通信终端203设备会对下达的数据接收命令进行校验。校验内容可以为控制平台205下达的具体数据接收命令以及控制平台205的信标。将接收到的系统的信标与井口无线通信终端203的信标作对比。若对比结果一致则进行响应，则将接收的对应的边缘控制器的获取的所述相关数据上传。若不是，则不响应当前数据接收命令。

本实施通过井口无线通信终端的校验，杜绝了其他系统恶意盗取数据的行为，保证了系统的安全。

在一些实施例中，井口物联专网无线通信系统将系统数据信道分为一个下行信道(CH0)和三个上行信道(CH1、CH2、CH3)组成。下行信道(CH0)用于控制平台205通过基站204发送数据接收命令。三个上行信道(CH1、CH2、CH3)同步并行工作用于传输相关数据。

控制平台205获取井口无线通信终端203的IP地址并对井口无线通信终端203进行编号。通过井口无线通信终端203的数量设置多个时隙，其中前两个时隙分配给基站，其他的时隙分配给井口无线通信终端203。将对应的井口无线通信终端203根据IP地址自动分配到最合理的上行信道(CH1、CH2、CH3)中。分配方法可以是每3个作为一组，比如编号3，4,5的井口无线通信终端，3号走CH1信道，4号走CH2信道，5号走CH3信道，依次类推，6号走CH1信道，7号走CH2信道，8号走CH3信道等，如图3所示。分配好以后，井口无线通信终端203会根据所在上行信道设置上传频率进行相关数据的传输。

在相关数据传输过程中，控制平台205对每个井口无线通信终端203上传的相关数据长度的最大数据字节长度做限制，以确保时隙足够上传相关数据。当数据长度超过设置的最大数据字节长度时，控制平台205自动计算并分配多个时隙来实现相关数据的传输。

井口无线通信终端203还可以连接多个边缘控制器202。当连接多个边缘控制器202时，控制平台205可以设置多个时隙，以保证对应的井口无线通信终端203可以将相关数据全部上传。

需要说明的是，图3只作为其中一种信道分配方法示例，对本申请不构成限制。

本实施例对信道进行分配，实现三个上行信道同步并行工作，大幅度缓解了上传相关数据的时间问题。同时每一个井口无线通信终端203对应一个时隙，不会出现信号传输重叠的现象，提高了传输效率。

在一些实施例中，基站204最多可与256个井口无线通信终端203连接。当需要接入多个井口无线通信终端时，可通过扩展基站数量来完成。基站204支持定向通信和批量通信两种模式。

定向通信表征的是控制平台205需要的相关数据只有对应的井口无线通信终端203可以发送相关数据。此时控制平台205通过基站204向对应的井口无线通信终端203发送数据接收命令。

批量通信表征的是控制平台205需要的相关数据需要多个井口无线通信终端203上传。此时需要批量对所有对应的井口无线通信终端203进行数据接收命令的下达。井口无线通信终端通过上述实施例的方式进行分组后，基站204根据控制平台205的需求自动调整为广播模式，所有的井口无线通信终端203都能收到广播信息(数据接收命令、对应井口无线通信终端203的IP地址)，井口无线通信终端203通过接收到的广播信息判断是否响应。这里的判断方式为分析广播信息中是否包含本井口无线通信终端203的地址信息。若有，则进行响应；若没有，则忽略此广播信息。

图4为本申请一实施例提供的一种井口物联专网无线通信方法，本实施例的方法可以应用于以上场景中的井口无线通信终端。如图4所示的，该方法包括：

S401、接收对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据。

具体的，井口无线通信终端和边缘控制器是一一对应的，只能接收对应的边缘控制器获取的相关数据。当然，井口无线通信终端也可以连接多套边缘控制器。

相关数据是控制平台下达的数据接收命令所需要的数据。具体需要传输哪些数据，井口无线通信终端会根据数据接收命令进行分析、处理。

S402、接收控制平台通过基站利用低频频段下达的数据接收命令。

具体的，使用的低频频段可以是230MHZ的频段。此频段波长较长，可适用于较为恶劣的环境地形中。同时具有绕射能力，可以更好地实现远距离传输。当然也可以选择其他频段，不过需要考虑是否可以满足上述情况。

S403、根据预设的通信规则，将所述相关数据通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台。

预设的通信规则可以是国家规定的已经存在的相关通信规则，也可以是工作人员根据工作需求所具体设置的通信规则。

具体的，使用的低频频段需要和上述S402的频段相同。

另外，时分多址的传输方式可以更加高效的将相关数据传输到控制平台。提高了传输效率从而提高数据的实时性。

本实施例采用高效的时分多址工作制式，基站不必对每一个井口无线通信终端进行轮询，井口无线通信终端接收对应的边缘控制器获取的相关数据并采用时分多址的方式高效的传输给控制平台。在传输过程中利用低频频段进行无线数据传输，因为低频频段波长较长，可适用于沙漠地区等相对恶劣的环境中。并且具有绕射能力，数据在传输过程中可以绕开大型障碍物继续传播，不受影响。本实施例采用这种系统提高了相关数据的传输效率，保证工作人员可以及时获知油气井的相关数据。

在一些实施例中，可以发送紧急信号来提醒设备故障或异常。具体的，上述方法包括：当所述井口无线通信终端接收到对应的所述边缘控制器发出的紧急信号时，暂停与对应的所述边缘控制器的通信；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项；所述井口无线通信终端将所述紧急信号利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台并显示信号详情；当所述井口无线通信终端接收到对应的所述边缘控制器的通信恢复信号，所述井口无线通信终端恢复与对应的所述边缘控制器正常通信。

具体的，当某个边缘控制器判断出井口仪表设备中某个设备故障或者阀门异常、超压告警等紧急信息时，可发出紧急信号。对应边缘控制器所连接的井口无线通信终端所处的信道内的所有井口无线通信终端均会收到紧急信号，并停止与所对应的边缘控制器之间的通信。待对应边缘控制器的紧急信号传输至控制平台后会重新发送一个通信恢复信号，恢复对应信道内的其他井口无线通信终端的设备，使其他无线通信终端继续传输相关数据。若多个井口都有紧急信息，根据发送的紧急信号的先后顺序进行传输。直到紧急信号都传输完成。

相应的，在停止与所对应的边缘控制器之间的通信的期间，对应的井口仪表所产生的数据都会暂存在对应的边缘控制器内。恢复通信以后边缘控制器向对应井口无线通信终端提交最新的数据。

在一些场景中，控制平台在接收到紧急信号后，可以通过设置提示框，显示出现紧急信息的井口位置以及紧急信息内容。

在另一些场景中，可以在控制平台上设置油气井分布示意图。控制平台在接收到紧急信号后在油气井位置分布图对应的地标进行标红闪烁提示，并响铃提醒工作人员。

通过本实施例，可以及时提醒现场工作人员进行检修，以保证设备正常运行。

在一些实施例中，可以进行数据接收命令的校验。具体的，上述方法包括：接收数据接收命令；对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的数据接收命令；若是，则将接收的对应的边缘控制器的获取的所述相关数据上传；若不是，则不对所述数据接收命令进行响应。

具体的，在每一次传输相关数据和接收数据接收命令时，井口无线通信终端都会进行校验。当其他系统截获了控制平台下达的数据接收命令，并根据数据接收命令模拟控制平台下达新的数据接收命令给对应的井口无线通信终端时，井口无线通信终端设备会对下达的数据接收命令进行校验。校验内容可以为控制平台下达的具体数据接收命令以及控制平台的信标。将接收到的系统的信标与井口无线通信终端的信标作对比。若对比结果一致则进行响应，则将接收的对应的边缘控制器的获取的所述相关数据上传。若不是，则不响应当前数据接收命令。

本实施通过井口无线通信终端的校验，杜绝了其他系统恶意盗取数据的行为，保证了系统的安全。

在一些实施例中，当井口无线通信终端需要进行远程维护时，控制平台进行参数配置并通过基站传输配置的参数，可实现对指定井口无线通信终端的数据配置或远程重启等的操作。对指定的井口无线通信终端进行远程维护修改参数后，井口无线通信终端会自动重启，进入脱机状态。此时井口无线通信终端无法实现与控制平台的通信。当接收到基站发送的信标后即可入网进入正常工作状态。

在一些场景中，也可以通过批量操作的方式进行批量远程维护。减少现场维护的工作量。

图5为本申请一实施例提供的一种井口物联专网无线通信方法，本实施例的方法的执行主体是井口无线通信终端、边缘控制器、控制平台、基站。如图5所示，本实施例的方法可以包括：

S501、边缘控制器获取井口仪表设备的相关数据，并将相关数据传输至井口无线通信终端。相应的，井口无线通信终端接收相关数据。

S502、控制平台发送数据接收命令给基站。相应的，基站接收数据接收命令。

S503、基站将接收到的数据接收命令传输给井口无线通信终端。相应的，井口无线通信终端接收数据接收命令。

S504、井口无线通信终端将相关数据传输给基站。相应的，基站接收相关数据；

S505、基站将相关数据发送给控制平台。

本实施例的方法的具体实现方式和有益效果可以参考上述实施例，不再赘述。

在一些实施例中，根据以上几种油气井井口常用的无线通信方式及采集方法缺点，本申请的目的是设计一种具备绕射能力，长波段，多通道时分无线通信系统及井口数据处理方法，以适用于偏远地区多点集中监控无线专网系统建设需求的场景。

具体实施方式：采用无委会批准的可用于数据传输的低频频段，即230MHZ频段进行无线数据传输，此波长较长，可适用在沙漠地区，地形有起伏，要求有绕射能力的应用。

系统由太阳能供电系统、边缘控制器、基站、井口无线通信终端、控制平台五部分组成，太阳能供电系统为井口无线通信终端及井口仪表设备、边缘控制器供电，边缘控制器用于采集井口仪表设备、阀门的数据，并对数据做处理和判断，对控制逻辑做智能化分析，实现井口的自动化控制，与井口无线通信终端通信，将需要上传控制平台的数据打包提交给井口无线通信终端，井口无线通信终端按照无线通信系统的设计规范进行数据的传输与下达。控制平台通过基站经下行信道向井口无线通信终端发送指令，井口无线通信终端经上行信道通过基站回复控制平台命令以及传输采集的数据。

传统的主站轮询方式效率低，循环周期长。本系统采用高效的时分多址工作制式，基站不必对每一个通信终端站进行轮询，井口无线通信终端站自动传输采集数据和对控制平台命令的响应。

系统数据通道由一个下行信道(CH0)和三个上行信道(CH1、CH2、CH3)组成，这三个上行信道同步并行工作，大幅度缓解上报数据的时间瓶颈。基站采用下行频率发送数据，井口无线通信终端采用三个上行频率中的一个发送数据。井口无线通信终端采用哪个频率上传，是通过为其分配的控制平台进行自动规划，比如1到10地址走信道CH1,10到20走信道CH2，最大限度的利用三个通道的资源。

比如：60个单从井口无线通信终端，地址为#3～#62，发送时隙分配如下表。

时隙序号	下行信道0	上行信道1	上行信道2	上行信道3
					1～2	基站发送
3		#3	#4	#5
					4		#6	#7	#8
5		#9	#10	#11
					6		#12	#13	#14
……	……	……	……	……
					21		#57	#58	#59
22		#60	#61	#62

系统设计了信标标识方法用于管理井口无线通信终端设备的入网及离网，可保障系统接入的安全性，除了在数据层面、频率层面，还从信息的标识策略上来判断是否为合法的接入设备。

多址及时隙控制方法：

1、分时多址控制方法：基站和每个井口无线通信终端站的地址可通过系统配置软件进行设置，一个基站最大可接入256个井口无线通信终端，当需要接入多个井口无线通信终端时，可通过扩展基站数量来完成，井口无线通信终端上传数据发射频率是根据设置的地址进行分配，。对每个井口无线通信终端上传的数据长度做限制控制，以确保时隙足够上传使用，当数据长度超过设置的最大数据包字节数时，控制平台会自动计算，分配多个时隙来实现长数据包的传输。

2、多设备接入处理方法：井口无线通信终端可连接多套边缘控制器，当接多个边缘控制器的时候，可设置为多个时隙，以保障数据全部上传完毕，井口无线通信终端对多个边缘控制器上传的数据做缓存处理，根据通信的情况进行合理的上报。

3、信道管理处理方法：每个周期的前两个时隙分配给基站，之后的时隙分配给井口无线通信终端。井口无线通信终端根据地址分配，根据编号，每3个作为一组，比如编号3，4,5的井口无线通信终端，3号走CH1信道，4号走CH2信道，5号走CH3信道，依次类推，6号走CH1信道，7号走CH2信道，8号走CH3信道等设备设置好上传频率，所有的井口无线通信终端按照频率分为三组，每组使用一个相同上行频率。如图3所示。

4、指令下发方法：为提高数据的实时性，控制平台对从基站下发的数据做跟踪，要给指定的井口无线通信终端下发指令的时候，通过该井口无线通信终端的地址，判断是哪个信道的设备，先对该信道内连接的所有井口无线通信终端下发一个暂停上报数据的指令，该信道的所有井口无线通信终端设备暂停2个时隙上传数据，待指定的井口无线通信终端收到控制平台指令并返回给控制平台数据后，系统继续按原有时隙控制方式进行传输。

5、应急信息上报方法：当某个边缘控制器判断井口某个设备故障或者阀门异常、超压告警等紧急信息，可发出紧急信号，边缘控制器所连接的井口无线通信终端分配的信道内在连的各个井口无线通信终端收到信号后暂停通信，待边缘控制器数据上报完成后再发送一个通信恢复信号，该井井口无线通信终端所在信道内其它井口无线通信终端设备继续进行上报数据，恢复暂停之前的正常通信时序控制，在暂停上报数据期间，井口实时数据缓存在边缘控制器内，边缘控制器按照上报数据的规则，给无线通信终端提交最新数据。在暂停通信期间，当有多个井口有紧急信息时，根据发送的紧急信息提报的先后顺序，进行陆续上报，直到该通道内各紧急信息都上报完成后，系统恢复到暂停前的通信时序控制状态。

6、加密处理方法，整体系统是专用私有网络，从边缘网关到井口无线通信终端、基站、控制平台，数据通信的格式及加密方式都进行了专门设计。每一次上报数据和下达数据接收命令都进行了自动编号设置，并对时序进行鉴别，即便是空中截获了数据，模拟平台端下发数据，相同的频率，给指定的终端进行数据下发，井口无线通信终端收到数据后会校验下发命令序号，与收到的控制平台前后的信标进行核对，以及对数据的解密，使得通过截获数据仿真控制终端设备，基本没有可能性，保障了系统的安全性。

7、网络接入设计方法：基站加电后会定期发送信标，井口无线通信终端收到信标方可入网，入网后才可以接收基站指令及向基站发送数据。井口无线通信终端由于信号弱或干扰等原因在一定时间段内收不到基站的信标，则自行脱网，脱网的井口无线通信终端不能发送数据，需等再次收到基站的信标才能再次入网。

8、批量控制井口无线通信终端的设计方法，基站支持定向通信和批量通信两种模式，当需要批量对井口无线通信终端下发指令时控制平台对井口无线通信终端设置分组，对一个组设置下发指令，基站可自动调整为广播模式，所有井口无线通信终端都能收到组播信息，信息里有井口无线通信终端的编号地址，有自己地址信息的井口无线通信终端才会执行组指令，没有自己地址信息的收到组播信息后忽略，可实现对油气井的批量控制，应急管理。

9、远程维护方法设计，油气井分布范围广，当井口无线通信终端需要进行远程维护时，在控制平台端配置好参数，通过基站下置配置参数，可对指定井口无线通信终端进行数据配置、远程重启，也可以通过组的方式批量远程维护，减少现场维护工作量，对指定井口无线通信终端远程修改参数后井口无线通信终端自动重启，重置本机状态为脱机状态，等待主站发送系统定时信息，收到后即可入网并开始上报数据和接收指令的正常工作。

图6为本申请一实施例提供的一种井口无线通信终端的结构示意图，如图6所示的，本实施例的井口无线通信终端600包括：命令接收模块601、数据接收模块602、数据传输模块603。

数据接收模块601，用于接收对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据；

命令接收模块602，用于接收控制平台下达的数据接收命令；

数据传输模块603，用于根据预设的通信规则，将所述相关数据通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台。

可选的，井口无线通信终端600还包括紧急信号接收模块604，用于：

当接收到对应的所述边缘控制器发出的紧急信号时，暂停与对应的所述边缘控制器的通信；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项；

将所述紧急信号利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台并显示信号详情；当接收到对应的所述边缘控制器的通信恢复信号，所述井口无线通信终端恢复与对应的所述边缘控制器正常通信。

可选的，所述井口无线通信终端600还包括校验模块605，用于：

接收数据接收命令；

对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的数据接收命令；

若是，则将接收的对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据上传；

若不是，则不对所述数据接收命令进行响应。

可选的，所述井口无线通信终端600还包括参数配置模块606，用于：

根据所述预设通信规则，配置井口无限通信终端的对应参数。

本实施例的装置，可以用于执行上述任一实施例的方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7为本申请一实施例提供的一种井口无线通信终端的结构示意图，如图7所示，本实施例的井口无线通信终端700可以包括：存储器701和处理器702。

存储器701上存储有能够被处理器702加载并执行上述实施例中方法的计算机程序。

其中，处理器702和存储器701相连，如通过总线相连。

可选地，井口无线通信终端700还可以包括收发器。需要说明的是，实际应用中收发器不限于一个，该井口无线通信终端700的结构并不构成对本申请实施例的限定。

处理器702可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器702也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

总线可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线可以是PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器701可以是ROM(Read Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact DiscRead Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

存储器701用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器702来控制执行。处理器702用于执行存储器701中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。

其中，井口无线通信终端包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。还可以为服务器等。图7示出的井口无线通信终端仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

本实施例的井口无线通信终端，可以用于执行上述任一实施例的方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上实施例中的方法的计算机程序。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种井口物联专网无线通信系统，其特征在于，包括太阳能供电系统、至少一个边缘控制器、至少一个井口无线通信终端、基站、控制平台、井口仪表设备；

所述太阳能供电系统为所述井口无线通信终端、所述井口仪表设备以及所述边缘控制器供电；

所述井口仪表设备设置于井口位置，与所述边缘控制器相连，用于实时采集相关数据并传输给所述边缘控制器；所述相关数据包括井口油压、套压、流量、温度、阀门状态中的至少一项；

所述边缘控制器与对应的所述井口无线通信终端相连，用于将获取到的所述相关数据反馈给对应的所述井口无线通信终端；

所述控制平台、所述基站、所述井口无线通信终端依次通信连接；

所述控制平台用于通过所述基站利用低频频段向所述井口无线通信终端发送数据接收命令并接收所述井口无线通信终端根据预设的通信规则通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输的所述相关数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括阀门：

所述阀门设置于井口位置，用于调节井口开合程度，与对应的所述边缘控制器相连，将采集到的数据传输给对应的所述边缘控制器；所述阀门包括节流阀、止回阀、截断阀、调节阀、柱塞阀、多功能阀中的至少一项。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括：

所述边缘控制器还用于当采集到故障和/或异常的数据时，向对应的所述井口无线通信终端发出紧急信号以传输至所述控制平台进行提醒；所述故障和/或异常的数据来源于所述井口仪表设备、所述阀门中的至少一项；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括：

所述井口无线通信终端还用于对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的所述数据接收命令并决定是否将接收的对应的边缘控制器的获取的所述相关数据上传。

5.一种井口物联专网无线通信方法，其特征在于，应用于井口无线通信终端，包括：

接收对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据；

接收控制平台通过基站利用低频频段下达的数据接收命令；

根据预设的通信规则，将所述相关数据通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

当接收到对应的所述边缘控制器发出的紧急信号时，暂停与对应的所述边缘控制器的通信；所述紧急信号包括设备故障、超压告警、阀门异常中的至少一项；

将所述紧急信号利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台并显示信号详情；

当接收到对应的所述边缘控制器的通信恢复信号，恢复与对应的所述边缘控制器正常通信。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收数据接收命令；

对所述数据接收命令进行校验，判断是否是所述控制平台下达的数据接收命令；

若是，则将接收的对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据上传；

若不是，则不对所述数据接收命令进行响应。

8.一种井口无线通信终端，其特征在于，包括：

数据接收模块，接收对应的所述边缘控制器获取的所述相关数据；

命令接收模块，接收控制平台通过基站利用低频频段下达的数据接收命令；

数据传输模块，用于根据预设的通信规则，将所述相关数据通过所述基站利用低频频段并采用时分多址的方式传输至所述控制平台。

9.一种井口无线通信终端，其特征在于，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序指令；

所述处理器，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，执行如权利要求5-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求5-7任一项所述的方法。

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