基于WSN的數據傳輸現場監(jiān)控設計

王麗彬 南昌大學撫州醫(yī)學分院

基于WSN的數據傳輸現場監(jiān)控設計

王麗彬 南昌大學撫州醫(yī)學分院

傳播介質、多節(jié)點通信、存儲資源和能量問題將會影響數據在無線傳感器網絡中的傳輸。無線傳感器網絡的天線模塊可完成無線信號的發(fā)送與接收，但必須進行合理的天線設計。結合數字化油田的相關需求和油田的實際生產環(huán)境，設計基于WSN的數據傳輸現場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經過綜合測試和長慶油田某區(qū)塊的現場應用效果良好，效益明顯，為油田的數字化建設奠定了基礎。

數據傳輸；雙緩沖傳輸；油田監(jiān)控；天線全向性

隨著數字化油田的不斷發(fā)展，現場監(jiān)控系統(tǒng)的建設需要穩(wěn)定可靠的數據傳輸來實現。針對數據傳輸中存在的問題，結合油田數字化的需求，提出雙緩沖傳輸機制，設計基于WSN的數據傳輸現場監(jiān)控系統(tǒng)。

1 雙緩沖傳輸機制和天線全向性

無線傳感器網絡技術中數據傳輸至關重要，優(yōu)化進行數據傳輸的路徑涉及多種關鍵技術。在現場監(jiān)控系統(tǒng)中，傳輸圖像數據比無線傳感器網絡數據更大，數據圖像需要多個數據包發(fā)送，節(jié)點數的增加嚴重影響傳輸速率，因此需要解決在節(jié)點數增加的情況下提高數據傳輸速率的問題。傳播介質、多節(jié)點通信、存儲資源和能量問題將會影響數據在無線傳感器網絡中的傳輸。

單緩沖傳輸機制的數據包只需要在到達終節(jié)點時進行數據校驗，在中間節(jié)點不進行數據校驗，同時發(fā)回數據響應。單緩沖傳輸機制存在時間消耗長和出錯率高的問題，在解決單緩沖傳輸機制存在問題的基礎上設計數據包雙緩沖傳輸機制。

對比兩種傳輸機制的傳輸性能，單緩沖傳輸機制只能進行一次節(jié)點響應，雙緩沖傳輸機制可同時進行多節(jié)點響應；雙緩沖傳輸介質提高了傳輸速率，雙緩沖傳輸機制有較好的傳輸性能，在節(jié)點數目逐漸增大時，優(yōu)越性更加明顯。

無線傳感器網絡的天線模塊可完成無線信號的發(fā)送與接收，但必須進行合理的天線設計。設計合理的天線其具有全向性，但不合理的天線設計將會導致節(jié)點無法正常工作。對于天線模塊而言，阻抗匹配可使天線達到最佳的發(fā)射功率，可以減少相移帶來的噪聲影響。

2 現場監(jiān)控系統(tǒng)軟設計及應用

設計無線傳感器網絡節(jié)點硬件需要考慮電磁兼容和靜電放電兩個問題。無線傳感器網絡的節(jié)點尺寸小、成本低且隨處可用。電磁兼容和靜電放電對于硬件部分的影響無法全部避免，而只能逐漸減少。元器件的組合影響系統(tǒng)性能、可靠性和壽命周期技術指標，合理選擇和搭配電子元器件非常重要。同樣，軟件設計需要優(yōu)選操作系統(tǒng)，抽象出各硬件細節(jié)，優(yōu)化數據傳輸算法，加快數據傳輸速度。監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分由調度算法、協議棧、地址分配和節(jié)點休眠算法組成。

在分析單緩沖傳輸機制弊端的基礎上，設計雙緩沖傳輸機制，討論天線的全向性問題。合理分析巴倫電路阻抗匹配的重要性，為現場監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設計打下良好的基礎。在此基礎上，設計基于WSN的數據傳輸現場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經綜合測試效果良好。同時，該系統(tǒng)在長慶油田某區(qū)塊有良好的應用，效益明顯，為油田的生產提供了便利。現場監(jiān)控系統(tǒng)減少了現場巡邏和值班人員的數量，控制了投資的成本，提升了油氣井管理水平，保證了油田生產安全。

3 結語

在分析單緩沖傳輸機制弊端的基礎上，設計雙緩沖傳輸機制并進行其性能分析，討論天線的全向性問題，為現場監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設計打下良好基礎。在此基礎上，結合數字化油田的相關需求和油田的實際生產環(huán)境，設計基于WSN的數據傳輸現場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經過綜合測試和長慶油田某區(qū)塊的現場應用效果良好，效益明顯，為油田的數字化建設奠定了基礎。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.046