無線傳感器網絡在油田中的應用

       隨著石油資源逐漸開采，可用油資源日益緊缺，并且隨著人類社會經濟發展，石油消耗量日益增大。在這樣的形勢下，對現有石油資源進行科學采集、提高開采利用率顯得愈發重要。
       普通采油廠一般由多口油井、計量站、管匯閥組、轉油站、聯合站、原油外輸系統、油罐以及油田的其他分散設施組成，整個采油廠的各種設施的工作狀態及采出油品的數據(主要有溫度、壓力、流量等)直接關系到油田生產的穩定及原油質量。
       數字油田是將油田中的事物(盆地、地面、井中、油藏)全部抽象為邏輯數字，通過高計算機多元異構的處理(運算、模擬、建設平臺和存儲)，從而可以對油田地上、地下做完整的表征和直觀的展示。也就是說能夠用數字展示和表述全部油田事物的現代化高新技術。其實質是，數據轉化信息，信息轉化知識，以信息作為技術為油田服務，從而尋找到油藏和油田以及提高油氣的采收率。
       對石油采集、運輸和存儲等環節的眾多參數實時監控，是實施數字油田的一個重要組成部分，為生產人員掌握采油設備的運行狀態，為監控油井生產異常、監控油井產量、運輸防盜和存儲防盜防漏等科學決策提供重要參考。
       將如此諸多參數傳送到油田監控中心，需要構建一個效率高、響應快、費用低的數據傳輸網絡。本文針對油田實際需求及現場特點，提出基于無線傳感器網絡理念的油田數據傳輸網絡構建方案。
       無線傳感器網絡技術是近幾年提出的一種新興技術，基于近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率和低成本的雙向無線通信技術，主要適合于承載數據流量較小的業務。這種網絡的特點是在現場自動建立網絡路由、能自組織，在某些節點失去功能網絡自動恢復，適合于野外環境下作長時間工作的無人值守觀測網絡及自動化執行網絡。
      1、基于無線傳感器網絡的油田數據傳輸網絡
       1）網絡結構
       在現有的自動化油田數據采集傳輸方案中，為一臺主控設備通過有線接載多路傳感器，進行數據采集，收集各路數據之后，通過GPRS或CDMA信道傳送至數據中心，這種網絡結構要求每臺抽油機或其他設備均通過GPRS或CDMA傳輸。在本文提出的基于無線傳感器網絡的油田數據傳輸網絡中，其基本結構由兩個層次網絡構建而成，*層網絡是一個采油井區范圍內，構建一個本地的無線傳輸網絡，的數據匯總至井區的中心；第二層網絡是各井區的中心，通過GPRS或CDMA方式再傳送至整個油田的數據中心。
       采用兩級網絡方式，將具有以下優勢，
       ①減少有線布設，降低線纜及其施工費用，也降低了現場設備安裝的復雜度；
       ②減少了GPRS或CDMA通信節點數目，將有效降低設備運營產生的通信費用；
       本文提出的油田數據采集網絡結構將網絡分為兩個層次，每個工作小區現場布設普通節點和小區中心節點，小區中心為整個小區傳感網絡的中心，收集數據或轉達命令，其通過現有的GPRS(CDMA)網絡和架設在機房的服務器，由于第二層次和既有設計一樣，下面將重點討論*層次的設計。
       2）網絡拓撲結構
       目前無線自組織網絡結構主要有星型、樹形和MESH等三種。這三種網絡各有特點，適應于不同的應用場景下。
       油田應用中，節點將數據匯聚到中心節點，中心節點向工作節點發布命令，工作節點之間沒有進行應用數據通信的要求。在此條件下，應該采用樹形結構。
       3）網絡路由建立
       節點開機后，首先發出廣播信息，尋找網絡，就近收到的節點作出響應，并將節點的加入請求回送給中心點，中心點根據zui短路由依據，僅對其中一條請求(如果有多條的話)做出回應，并分配網內地址，長度為2 B，自后，即以此短地址作為網內通信時用的識別碼。字節收到中心節點的加入網絡許可后，即跳出加入網絡模式，進入正常工作模式。
       數據傳輸采用Trans-ACK模式，即每發送一個包，采用端對端的應答機制，以保證傳輸的穩定；數據發送失敗后，zui多允許3次重傳，如果3次重傳失敗，則宣告節點與網絡失去，進而重新執行加入網絡過程。
       2、網絡節點的硬件設計
       1）節點硬件結構
       *層次中小區中心結構如圖1所示，與普通節點間差別是沒有安裝GPRS(CDMA)模塊，即小區中心節點同時也具有完備的普通節點的采集數據和動作控制能力。除此之外，它們的太陽能電池、可充電電池大小及工作軟件則有較大差別。