MESH網橋技術在井口遠傳系統中的應用

顧翔等

摘 要：無線Mesh網絡（無線網狀網絡）也稱為"多跳（multi-hop）"網絡，它是一種與傳統無線網絡完全不同的新型無線網絡技術，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成.相對于傳統無線局域網（WLAN）采用的點到點或者點到多點的拓撲結構，MESH網橋的任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信。文章結合蘇里格目前圖像傳輸方式，結合實際試驗，對幾種無線傳輸方式進行了對比和分析，對單井視頻傳輸，以及將來井控數據為通訊基礎的無線網絡進行了應用和研究。

關鍵詞：無線傳輸；mesh網橋；井口安防

1 MESH網橋技術介紹

Mesh網絡即“無線蜂窩網格網絡”，它是一個動態的可以不斷擴展的網絡架構，任意的兩個設備均可以保持無線互聯。Mesh網絡要比單跳網絡更加穩定，這是因為在數據通信中，網絡性能的發揮并不是僅依靠某個節點。在傳統的單跳無線網絡中，如果固定的節點發生故障，那么該網絡中所有的無線設備都不能進行通信。而在Mesh網絡中，如果某個節點發生故障，它可以重新再選擇一個節點進行通信，數據仍然可以高速地到達目的地。從物理角度而言，無線通信意味著通信距離越短，通信的效果會越好。因為隨著通信距離的增長，無線信號不但會衰弱而且會相互干擾，從而降低數據通信的效率。而在Mesh網絡中，是以一條條較短的無線網絡連接代替以往長距離的連接，從而保證數據可以以高速率在節點之間快速傳遞。同時，MESH網橋系統具有較大的傳輸帶寬，可以滿足數字高清視屏的傳輸要求，并且由于靈活的組網傳輸方式，通訊覆蓋能力可達到70%以上，這兩點正符合蘇里格地區采氣井井口圖像采集系統的要求。

2 MESH網橋技術的應用

2.1 MESH網絡搭建

2.1.1 設備功耗分析

在搭建MESH網橋井口圖像采集系統時，首先得確定增加設備后，井口供電系統是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統總功耗約為10W，增加的MESH網橋系統設備功耗約為3W，考慮供電損耗，安裝MESH網橋井口設備總功耗按照14W考慮。井口太陽能電池為65W，風力發電機為300W，使用蓄電池容量為120Ah計算井口供電情況如下：

注：D'-蓄電池充電天數；U-回路供電電壓；C-蓄電池容量；W'-井口太陽能及風力發電機可提供的電量；W-井口設備消耗的電量；

由公式1和公式2計算結果可知，安裝MESH網橋后，蓄電池可保證4.28天的井口供電，而僅需要1.28天蓄電池就可以充滿，所以安裝MESH網橋后，目前的井口供電系統完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網絡規劃組網設計

首先對蘇東x站所有實驗井井場和站內進行實地勘察，通過對數據分析，設計出最優的通訊鏈路。

通過對井口GPS坐標及海拔高度利用專用通訊模擬測試，設計好蘇東x站MESH網橋網絡拓撲圖，最終有7個井場與站內直接通訊，剩余7口通過跳轉進行通訊。根據設計好的拓撲圖，對井口拍照系統進行了改造。經過對蘇東x站單井口MESH網橋組網規劃、拓撲圖設計和通訊信號的實地測試，信號測試通訊率達到100%。

2.2 基于MESH網橋技術的圖像采集功能

在MESH網絡搭建好后，首先進行了井口實時視頻接入功能實驗，由于MESH網橋最大傳輸帶寬達到300M，井口攝像頭均采用高清攝像頭，在保證視頻流暢的情況下，最高可采集10路畫質為720P的高清井口實時視頻。

MESH網橋視頻目前已成功應用在加熱爐、分離器井等重點井場監控中，監控視屏清晰，且傳輸穩定。

2.3 基于MESH網橋技術的語音通訊功能

普通的智能WIFI手機可以通過安裝開發好的授權軟件接入MESH網絡，在調控中心電腦上安裝服務器軟件，兩者通過撥號，通過無線網絡建立井口與站內甚至監控中心的語音通訊。

2.4 基于MESH網橋技術的井口數據接入功能

MESH網絡提供了井口到站內的通訊鏈路，井口的數據同樣可以通過MESH網絡接入站內。目前廠內使用的井口RTU及站內的PLC控制器都提供以太網絡接口，只需要將以太網口與MESH網橋連接，站內控制器就可以通過MODBUS TCP/IP協議讀取井口數據。

2.5 基于MESH網橋技術可擴展的功能

2.5.1 井口遠程監護功能

將井口攝像頭換為有紅外夜視功能的攝像頭，通過MESH網橋視頻系統實現全天候井場監控。實時視頻可以對重點井口作業項目進行遠程監護，及時發現并糾正作業過程中的違章操作，保證井口施工安全。同時，對于牧民報告的井口異常情況也可以用這種辦法進行快速確認，減少了由于誤報造成的資源浪費。另外井口攝像頭具有前端視頻存儲功能，可以保存一個星期的視頻資料，這對于杜絕井場設施偷盜現象、井口設備異常分析及井口事故分析等具有一定的幫助。

2.5.2 井口闖入報警功能

由于實時視頻的接入，可以在后端架設處理設備，對井口視頻進行移動偵測分析，對井場畫面中出現的人、車進行分析告警，并將告警信號發送到監控中心。監控人員接受到告警信號后可通過查看實時視頻和歷史記錄兩種方式，對闖入異常情況進行分析，并做出相應的處理。通過移動偵測功能，監控人員不必再逐口井進行視頻翻看，而是有重點的對井場異常畫面進行查看，不僅提高了監控員工的工作效率，還提高了系統的實用性。

2.5.3 井口一鍵關斷功能

傳統輪詢采集系統，要實現一鍵關井的功能，是在控制器內編程，按照順序對井口電磁閥進行逐一操作，對于井口數較多的站，關閉全部井口需要幾十分鐘甚至幾小時。基于MESH網絡的并發特性，使得實現真正意義上的井口一鍵關斷功能成為可能，監控中心只需要發出一個命令，就可以同時關斷所有井口的截斷閥。

2.5.4 井口RTU遠程維護

將井口RTU接入MESH網絡，維護人員可以通過網絡訪問井口的RTU，對井口RTU進行程序修改，數據監測等維護工作。足不出戶即可解決井口自控系統故障，這一功能有效降低了單井自控系統維護的工作量，減少了維護人員井口作業的次數。

3 應用效果評價

MESH網橋技術的應用，實現了井口視頻實時監控。為氣井管理增加了一種可視化的手段，提高了井口安全生產水平。

MESH網橋設備故障率低，并且具有SCS自診斷功能，利用后臺管理功能，可對設備進行遠程故障診斷、數據拷貝等工作，同時利用MESH網橋技術實現了井口RTU遠程調試的功能，最大程度減少了維護人員上井維護工作量。

實現了井口與站內的語音通訊功能，惠及廣大員工。一方面解決了野外沒信號時無法與站內通訊的問題。

實現了圖像、語音、RTU數據三種信息的并發功能。找到了一種功能強大，切實可行的井口數據傳輸技術。

MESH網橋技術，提供了一條單井到站內的數據“高速公路”。通過這條高速公路，可以將更多類型的井口數據傳回站內，這為井口安防系統、自控系統完善開發帶來了無限的可能。endprint

摘 要：無線Mesh網絡（無線網狀網絡）也稱為"多跳（multi-hop）"網絡，它是一種與傳統無線網絡完全不同的新型無線網絡技術，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成.相對于傳統無線局域網（WLAN）采用的點到點或者點到多點的拓撲結構，MESH網橋的任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信。文章結合蘇里格目前圖像傳輸方式，結合實際試驗，對幾種無線傳輸方式進行了對比和分析，對單井視頻傳輸，以及將來井控數據為通訊基礎的無線網絡進行了應用和研究。

關鍵詞：無線傳輸；mesh網橋；井口安防

1 MESH網橋技術介紹

Mesh網絡即“無線蜂窩網格網絡”，它是一個動態的可以不斷擴展的網絡架構，任意的兩個設備均可以保持無線互聯。Mesh網絡要比單跳網絡更加穩定，這是因為在數據通信中，網絡性能的發揮并不是僅依靠某個節點。在傳統的單跳無線網絡中，如果固定的節點發生故障，那么該網絡中所有的無線設備都不能進行通信。而在Mesh網絡中，如果某個節點發生故障，它可以重新再選擇一個節點進行通信，數據仍然可以高速地到達目的地。從物理角度而言，無線通信意味著通信距離越短，通信的效果會越好。因為隨著通信距離的增長，無線信號不但會衰弱而且會相互干擾，從而降低數據通信的效率。而在Mesh網絡中，是以一條條較短的無線網絡連接代替以往長距離的連接，從而保證數據可以以高速率在節點之間快速傳遞。同時，MESH網橋系統具有較大的傳輸帶寬，可以滿足數字高清視屏的傳輸要求，并且由于靈活的組網傳輸方式，通訊覆蓋能力可達到70%以上，這兩點正符合蘇里格地區采氣井井口圖像采集系統的要求。

2 MESH網橋技術的應用

2.1 MESH網絡搭建

2.1.1 設備功耗分析

在搭建MESH網橋井口圖像采集系統時，首先得確定增加設備后，井口供電系統是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統總功耗約為10W，增加的MESH網橋系統設備功耗約為3W，考慮供電損耗，安裝MESH網橋井口設備總功耗按照14W考慮。井口太陽能電池為65W，風力發電機為300W，使用蓄電池容量為120Ah計算井口供電情況如下：

注：D'-蓄電池充電天數；U-回路供電電壓；C-蓄電池容量；W'-井口太陽能及風力發電機可提供的電量；W-井口設備消耗的電量；

由公式1和公式2計算結果可知，安裝MESH網橋后，蓄電池可保證4.28天的井口供電，而僅需要1.28天蓄電池就可以充滿，所以安裝MESH網橋后，目前的井口供電系統完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網絡規劃組網設計

首先對蘇東x站所有實驗井井場和站內進行實地勘察，通過對數據分析，設計出最優的通訊鏈路。

通過對井口GPS坐標及海拔高度利用專用通訊模擬測試，設計好蘇東x站MESH網橋網絡拓撲圖，最終有7個井場與站內直接通訊，剩余7口通過跳轉進行通訊。根據設計好的拓撲圖，對井口拍照系統進行了改造。經過對蘇東x站單井口MESH網橋組網規劃、拓撲圖設計和通訊信號的實地測試，信號測試通訊率達到100%。

2.2 基于MESH網橋技術的圖像采集功能

在MESH網絡搭建好后，首先進行了井口實時視頻接入功能實驗，由于MESH網橋最大傳輸帶寬達到300M，井口攝像頭均采用高清攝像頭，在保證視頻流暢的情況下，最高可采集10路畫質為720P的高清井口實時視頻。

MESH網橋視頻目前已成功應用在加熱爐、分離器井等重點井場監控中，監控視屏清晰，且傳輸穩定。

2.3 基于MESH網橋技術的語音通訊功能

普通的智能WIFI手機可以通過安裝開發好的授權軟件接入MESH網絡，在調控中心電腦上安裝服務器軟件，兩者通過撥號，通過無線網絡建立井口與站內甚至監控中心的語音通訊。

2.4 基于MESH網橋技術的井口數據接入功能

MESH網絡提供了井口到站內的通訊鏈路，井口的數據同樣可以通過MESH網絡接入站內。目前廠內使用的井口RTU及站內的PLC控制器都提供以太網絡接口，只需要將以太網口與MESH網橋連接，站內控制器就可以通過MODBUS TCP/IP協議讀取井口數據。

2.5 基于MESH網橋技術可擴展的功能

2.5.1 井口遠程監護功能

將井口攝像頭換為有紅外夜視功能的攝像頭，通過MESH網橋視頻系統實現全天候井場監控。實時視頻可以對重點井口作業項目進行遠程監護，及時發現并糾正作業過程中的違章操作，保證井口施工安全。同時，對于牧民報告的井口異常情況也可以用這種辦法進行快速確認，減少了由于誤報造成的資源浪費。另外井口攝像頭具有前端視頻存儲功能，可以保存一個星期的視頻資料，這對于杜絕井場設施偷盜現象、井口設備異常分析及井口事故分析等具有一定的幫助。

2.5.2 井口闖入報警功能

由于實時視頻的接入，可以在后端架設處理設備，對井口視頻進行移動偵測分析，對井場畫面中出現的人、車進行分析告警，并將告警信號發送到監控中心。監控人員接受到告警信號后可通過查看實時視頻和歷史記錄兩種方式，對闖入異常情況進行分析，并做出相應的處理。通過移動偵測功能，監控人員不必再逐口井進行視頻翻看，而是有重點的對井場異常畫面進行查看，不僅提高了監控員工的工作效率，還提高了系統的實用性。

2.5.3 井口一鍵關斷功能

傳統輪詢采集系統，要實現一鍵關井的功能，是在控制器內編程，按照順序對井口電磁閥進行逐一操作，對于井口數較多的站，關閉全部井口需要幾十分鐘甚至幾小時。基于MESH網絡的并發特性，使得實現真正意義上的井口一鍵關斷功能成為可能，監控中心只需要發出一個命令，就可以同時關斷所有井口的截斷閥。

2.5.4 井口RTU遠程維護

將井口RTU接入MESH網絡，維護人員可以通過網絡訪問井口的RTU，對井口RTU進行程序修改，數據監測等維護工作。足不出戶即可解決井口自控系統故障，這一功能有效降低了單井自控系統維護的工作量，減少了維護人員井口作業的次數。

3 應用效果評價

MESH網橋技術的應用，實現了井口視頻實時監控。為氣井管理增加了一種可視化的手段，提高了井口安全生產水平。

MESH網橋設備故障率低，并且具有SCS自診斷功能，利用后臺管理功能，可對設備進行遠程故障診斷、數據拷貝等工作，同時利用MESH網橋技術實現了井口RTU遠程調試的功能，最大程度減少了維護人員上井維護工作量。

實現了井口與站內的語音通訊功能，惠及廣大員工。一方面解決了野外沒信號時無法與站內通訊的問題。

實現了圖像、語音、RTU數據三種信息的并發功能。找到了一種功能強大，切實可行的井口數據傳輸技術。

MESH網橋技術，提供了一條單井到站內的數據“高速公路”。通過這條高速公路，可以將更多類型的井口數據傳回站內，這為井口安防系統、自控系統完善開發帶來了無限的可能。endprint

摘 要：無線Mesh網絡（無線網狀網絡）也稱為"多跳（multi-hop）"網絡，它是一種與傳統無線網絡完全不同的新型無線網絡技術，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成.相對于傳統無線局域網（WLAN）采用的點到點或者點到多點的拓撲結構，MESH網橋的任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信。文章結合蘇里格目前圖像傳輸方式，結合實際試驗，對幾種無線傳輸方式進行了對比和分析，對單井視頻傳輸，以及將來井控數據為通訊基礎的無線網絡進行了應用和研究。

關鍵詞：無線傳輸；mesh網橋；井口安防

1 MESH網橋技術介紹

Mesh網絡即“無線蜂窩網格網絡”，它是一個動態的可以不斷擴展的網絡架構，任意的兩個設備均可以保持無線互聯。Mesh網絡要比單跳網絡更加穩定，這是因為在數據通信中，網絡性能的發揮并不是僅依靠某個節點。在傳統的單跳無線網絡中，如果固定的節點發生故障，那么該網絡中所有的無線設備都不能進行通信。而在Mesh網絡中，如果某個節點發生故障，它可以重新再選擇一個節點進行通信，數據仍然可以高速地到達目的地。從物理角度而言，無線通信意味著通信距離越短，通信的效果會越好。因為隨著通信距離的增長，無線信號不但會衰弱而且會相互干擾，從而降低數據通信的效率。而在Mesh網絡中，是以一條條較短的無線網絡連接代替以往長距離的連接，從而保證數據可以以高速率在節點之間快速傳遞。同時，MESH網橋系統具有較大的傳輸帶寬，可以滿足數字高清視屏的傳輸要求，并且由于靈活的組網傳輸方式，通訊覆蓋能力可達到70%以上，這兩點正符合蘇里格地區采氣井井口圖像采集系統的要求。

2 MESH網橋技術的應用

2.1 MESH網絡搭建

2.1.1 設備功耗分析

在搭建MESH網橋井口圖像采集系統時，首先得確定增加設備后，井口供電系統是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統總功耗約為10W，增加的MESH網橋系統設備功耗約為3W，考慮供電損耗，安裝MESH網橋井口設備總功耗按照14W考慮。井口太陽能電池為65W，風力發電機為300W，使用蓄電池容量為120Ah計算井口供電情況如下：

注：D'-蓄電池充電天數；U-回路供電電壓；C-蓄電池容量；W'-井口太陽能及風力發電機可提供的電量；W-井口設備消耗的電量；

由公式1和公式2計算結果可知，安裝MESH網橋后，蓄電池可保證4.28天的井口供電，而僅需要1.28天蓄電池就可以充滿，所以安裝MESH網橋后，目前的井口供電系統完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網絡規劃組網設計

首先對蘇東x站所有實驗井井場和站內進行實地勘察，通過對數據分析，設計出最優的通訊鏈路。

通過對井口GPS坐標及海拔高度利用專用通訊模擬測試，設計好蘇東x站MESH網橋網絡拓撲圖，最終有7個井場與站內直接通訊，剩余7口通過跳轉進行通訊。根據設計好的拓撲圖，對井口拍照系統進行了改造。經過對蘇東x站單井口MESH網橋組網規劃、拓撲圖設計和通訊信號的實地測試，信號測試通訊率達到100%。

2.2 基于MESH網橋技術的圖像采集功能

在MESH網絡搭建好后，首先進行了井口實時視頻接入功能實驗，由于MESH網橋最大傳輸帶寬達到300M，井口攝像頭均采用高清攝像頭，在保證視頻流暢的情況下，最高可采集10路畫質為720P的高清井口實時視頻。

MESH網橋視頻目前已成功應用在加熱爐、分離器井等重點井場監控中，監控視屏清晰，且傳輸穩定。

2.3 基于MESH網橋技術的語音通訊功能

普通的智能WIFI手機可以通過安裝開發好的授權軟件接入MESH網絡，在調控中心電腦上安裝服務器軟件，兩者通過撥號，通過無線網絡建立井口與站內甚至監控中心的語音通訊。

2.4 基于MESH網橋技術的井口數據接入功能

MESH網絡提供了井口到站內的通訊鏈路，井口的數據同樣可以通過MESH網絡接入站內。目前廠內使用的井口RTU及站內的PLC控制器都提供以太網絡接口，只需要將以太網口與MESH網橋連接，站內控制器就可以通過MODBUS TCP/IP協議讀取井口數據。

2.5 基于MESH網橋技術可擴展的功能

2.5.1 井口遠程監護功能

將井口攝像頭換為有紅外夜視功能的攝像頭，通過MESH網橋視頻系統實現全天候井場監控。實時視頻可以對重點井口作業項目進行遠程監護，及時發現并糾正作業過程中的違章操作，保證井口施工安全。同時，對于牧民報告的井口異常情況也可以用這種辦法進行快速確認，減少了由于誤報造成的資源浪費。另外井口攝像頭具有前端視頻存儲功能，可以保存一個星期的視頻資料，這對于杜絕井場設施偷盜現象、井口設備異常分析及井口事故分析等具有一定的幫助。

2.5.2 井口闖入報警功能

由于實時視頻的接入，可以在后端架設處理設備，對井口視頻進行移動偵測分析，對井場畫面中出現的人、車進行分析告警，并將告警信號發送到監控中心。監控人員接受到告警信號后可通過查看實時視頻和歷史記錄兩種方式，對闖入異常情況進行分析，并做出相應的處理。通過移動偵測功能，監控人員不必再逐口井進行視頻翻看，而是有重點的對井場異常畫面進行查看，不僅提高了監控員工的工作效率，還提高了系統的實用性。

2.5.3 井口一鍵關斷功能

傳統輪詢采集系統，要實現一鍵關井的功能，是在控制器內編程，按照順序對井口電磁閥進行逐一操作，對于井口數較多的站，關閉全部井口需要幾十分鐘甚至幾小時。基于MESH網絡的并發特性，使得實現真正意義上的井口一鍵關斷功能成為可能，監控中心只需要發出一個命令，就可以同時關斷所有井口的截斷閥。

2.5.4 井口RTU遠程維護

將井口RTU接入MESH網絡，維護人員可以通過網絡訪問井口的RTU，對井口RTU進行程序修改，數據監測等維護工作。足不出戶即可解決井口自控系統故障，這一功能有效降低了單井自控系統維護的工作量，減少了維護人員井口作業的次數。

3 應用效果評價

MESH網橋技術的應用，實現了井口視頻實時監控。為氣井管理增加了一種可視化的手段，提高了井口安全生產水平。

MESH網橋設備故障率低，并且具有SCS自診斷功能，利用后臺管理功能，可對設備進行遠程故障診斷、數據拷貝等工作，同時利用MESH網橋技術實現了井口RTU遠程調試的功能，最大程度減少了維護人員上井維護工作量。

實現了井口與站內的語音通訊功能，惠及廣大員工。一方面解決了野外沒信號時無法與站內通訊的問題。

實現了圖像、語音、RTU數據三種信息的并發功能。找到了一種功能強大，切實可行的井口數據傳輸技術。

MESH網橋技術，提供了一條單井到站內的數據“高速公路”。通過這條高速公路，可以將更多類型的井口數據傳回站內，這為井口安防系統、自控系統完善開發帶來了無限的可能。endprint