井場數據處理與網絡傳輸系統

鄭倩倩 鄭州澍 青醫學高等專科學校公共科學教育委員會

井場數據處理與網絡傳輸系統

鄭倩倩 鄭州澍 青醫學高等專科學校公共科學教育委員會

油田井場數據采集與傳輸需要進行數據壓縮和加密處理。在TCP/IP協議的基礎上自定義系統通信協議，利用Windows Socket進行程序設計，實現井場與控制中心之間的數據傳輸。在C/S模式下，進行系統組成和軟件結構框架的設計，利用DES加密算法解決數據傳輸安全性問題，利用LZW算法保證數據的實時傳輸，利用數據存儲補發技術保證數據傳輸的可靠性。在解決井場數據傳輸一系列問題的基礎上，設計井場數據處理與網絡傳輸系統，實現井場數據安全、高效和可靠傳輸。經系統綜合測試及油田井場現場應用可知，此系統運行良好，提高了生產效率，可大范圍地推廣應用。

TCP/IP協議；數據傳輸；LZW壓縮；C/S模式

目前，油田井場存在很多問題，主要包括：油井分布廣泛和現場生產環境惡劣；巡井工作任務繁重且不能及時維修故障設備；數據記錄不全以及無法實時傳輸數據等。為了掌握油井生產情況和更好地維護油井，結合計算機網絡技術和有關算法，設計井場數據處理與網絡傳輸系統，實現井場數據實時傳輸。

1 系統設計

C/S模式是建立在局域網的基礎上，而B/S模式是建立在廣域網的基礎上的。C/S架構軟件的應用服務器運行數據負荷較輕，數據的儲存管理功能較為透明，B/S架構的應用服務器運行數據負荷比C/S重。DES算法[1]為密碼體制中的對稱密碼體制，分組比較短，密鑰也短、密碼生命周期短，運算速度較慢，具有極高安全性。LZW碼能有效利用字符出現頻率冗余度進行壓縮，且字典是自適應生成的，但通常不能有效地利用位置冗余度。串口通信最重要的參數是比特率、數據位、停止位和奇偶校驗，C/S模式結構見圖1。

WITS的主要特點是提供了通信功能的多級方法。WITS定義了數據內容和格式，允許一系列的通信選擇，從一個已經定義的記錄子集的簡單單向數據傳輸到雙向通信會話，產生了一個作業和服務公司聯系的工具，而無需為軟件支持非兼容的傳輸格式花費無效投資，為在井場或以井場進行數據傳輸方面提供了一種“通用語言”。

該系統以C/S模式為基礎，采用TCP/IP網絡傳輸協議實現“多對一”模式的數據傳輸預處理，實現數據實時采集、數據壓縮與加密和網絡數據傳輸等功能。如果數據傳輸過程中出現異常，采用數據補發存儲技術，實現數據的暫時存儲和傳輸。系統采用延華的UNO-2172和UNO-2182工控機[2]，擁有豐富的接口資源，支持Windows CE和Windows XP嵌入式操作系統，縮短開發周期，符合硬件設計需求。在硬件配置完成之后，利用串口控制API函數[3-4]、Socket編程技術和串口類的調用技術實現軟件程序編制。軟件設計包括總體框架、數據采集傳輸和數據處理三大部分。在系統開發過程中，要符合開放性、安全性、實用性和操作簡便的設計原則。在數據進行加密和壓縮之前，需要對數據進行預處理。

井場數據處理與網絡傳輸系統主要包括數據實時采集模塊、數據實時傳輸模塊和控制中心數據處理模塊三大部分。該系統首先進行數據的實時采集，在采集完數據之后進行數據的加密和壓縮，完成數據傳輸之后再進行數據的解壓和解密，最終實現數據的實時、安全傳輸。

圖1C/S模式結構

2 系統實現

油田井場分布分散及野外環境惡劣，井場數據采集與傳輸需要對數據進行壓縮和加密處理。在TCP/IP協議的基礎上自定義系統通信協議，利用Windows Socket進行程序設計，實現井場與控制中心之間的數據傳輸。在C/S模式下，進行系統組成和軟件結構框架的設計，利用DES加密算法解決數據傳輸安全性問題，利用LZW算法保證數據實時傳輸，利用數據存儲補發技術保證數據傳輸的可靠性。在解決井場數據傳輸一系列問題的基礎上，設計井場數據處理與網絡傳輸系統，實現井場數據安全、高效和可靠傳輸。

井場數據處理與網絡傳輸系統的軟件設計主要包括現場端軟件設計和基地端軟件設計兩部分，實現數據壓縮與加密、在一定通信協議下的可靠數據傳輸、數據文件的存儲與發送。數據加密技術是指將數據信息在加密鑰匙和加密函數下轉換成無意義的密文，接收方可在解密函數與解密鑰匙的幫助下還原成原始數據信息，是網絡安全技術的基石。在硬件配置完成之后進行軟件設計，利用軟硬件結合的方式，設計井場數據處理與網絡傳輸系統。

井場數據處理與網絡傳輸系統設計完成之后，進行系統調試和綜合測試，測試結果良好，可實現系統的設計目標；同時，在油田進行現場應用，系統運行良好，可以實現井場數據的實時傳輸，減輕巡警工作人員的工作壓力，實現油田科學化管理，可在油田進行大規模地推廣應用。

3 結語

采用串口類的編程技術，利用RS—232和RS—485串口通信協議實現井場數據的實時采集；基于TCP/IP協議，利用Socket網絡編程技術實現數據傳輸；采用LZW和DES算法進行數據壓縮和加密，提高數據傳輸的安全性；采用數據存儲補發功能實現數據的可靠性傳輸，利用自定義通信協議實現數據解析。經系統綜合測試及油田井場現場應用可知，此系統運行良好，可滿足設計初衷，有效解決了井場數據傳輸中存在的問題，在井場應用良好，能提高油田生產效率，有利于油田的數字化井場建設，在油田可大范圍地推廣應用。

[1]李會銀．基于USB接口的測井電纜數據傳輸系統研究[D]．東營：中國石油大學研究生院博士論文庫，2006．

[2]龔建偉，熊光明．Visual C++/TurboC串口通信編程實踐[M]．北京：電子工業出版社，2007．

[3]蔣東興，林鄂華編著．Windows Sockcts網絡程序設計指南[M]．北京：清華大學出版社，2003．

[4]王智超．基于數據加密的網絡通信系統的研究[D]．天津：河北工業大學研究生院碩士論文，2006.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.018