Mesh技術在蘇里格氣田的應用評價及發展方向

楊洋，張林，欒慷，馬東

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川　750006；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安　710021）

Mesh技術在蘇里格氣田的應用評價及發展方向

楊洋1，張林2，欒慷2，馬東2

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安710021）

按照長慶油田數字化建設的目標，經過幾年不懈努力，蘇里格氣田的數字化已初具規模。目前蘇里格使用了大量的數傳電臺、但由于技術本身存在著一定的局限性，使通信問題成了不斷發展的數字化建設中的瓶頸問題之一。

Mesh技術；蘇里格氣田；發展方向

1　前言

1.1Mesh網絡

無線Mesh網絡（無線網狀網絡）也稱為“多跳（multi-hop）”網絡［1，2］，它是一種與傳統無線網絡完全不同的新型無線網絡技術，最早應用于軍事通信。由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客戶端）組成。在傳統的無線局域網（WLAN）中，主要采用點到點或者點到多點的拓撲結構。這種拓撲結構中一般都存在一個中心節點。在無線Mesh網絡中，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。這種結構的最大好處在于：如果需要連接的節點無法直接到達目標節點，而相鄰的節點可以達到目標節點，那么數據可以自動重新路由到鄰近節點進行中繼轉發傳輸。依此類推，直到數據包到達最終目的地為止。

1.2基于思想

同一個干管方向的單井群形成一個Mesh網通信集群，通過最優的LOS路徑與中心站無線橋接，中心站經過油氣田內部專網匯集到作業區或廠內指揮中心。施工時可以打破單井與中心站之間的上下邏輯或隸屬關系，將所有單井在整個油氣田區域整體考慮，就近形成路由關系，使用最佳路徑或路由進行集群?；贛esh無線接入網建成后，網絡數據承載全部使用IP傳輸，原有基于本地總線的設備，如RS485/232串口的RTU，PLC等都通過IP虛擬串口實現匯聚。中心站基本匯聚點與各單井路由之間采用智能天線技術避免頻率沖突和干擾，各站點之間使用自適應功率控制，確保通信質量的同時減少站與站之間的干擾。中心站使用6～8路智能天線作空間分集接收，提高無線信道的接收質量，抑制同頻背景噪聲。正常運行時，使用無線網橋基站集群管理軟件實時監控各站的運行情況，如信道質量CCQ、平均傳輸速率、網絡延時、路徑損耗等通信參數，確保網絡不間斷健康運行。

1.3技術特點

由于單井分布比較集中，因此采用相鄰最優的網絡規劃，避免了傳統網橋對功率和傳輸距離的要求。受地形影響小，覆蓋好＞95％單井區域。HD高清視頻、高清圖片720P-1080P，25幀/秒。數字井控數據冗余備份，巡井、預留報警接口等具有網管和自診斷功能，能快速顯示出故障點，并作為故障分析提出依據。結構靈活，實現非視距傳輸（NLOS）高寬帶，干擾小。整體性價比高，適合數字化長期發展需求和未來業務拓展需要。

2　Mesh網線網絡技術的現場應用

2.1網絡規劃設計

通過安裝前的實際地形分析情況，對所采用網橋的頻率、天線模式、連接方式、跳轉路線進行規劃［3］。

衛星地圖上測試集氣站與單井A之間的無線網絡分析（見圖1），途中綠線表示通信效果良好，可以直接通信。在地圖上直接可以估計出傳輸的距離、傳輸質量、最大速率、通信質量以及收發智能天線的選型與增益預測。

這是在單井B、單井A、單井C之間做的網絡信號測試（見圖2），由圖2可以看出蘇單井C與單井A之間雖然距離近，但是由于沙丘等因素影響，兩井之間網絡信號＜-80 db（兩井之間為紅線），所以網絡信號是不通的。單井C與單井A之間距離遠，但兩井之間的網絡信號收發達到了100％，質量88％（兩井之間為藍線）。

圖1　衛星地圖上測試集氣站與單井A之間的無線網絡分析

圖2　單井B、單井A、單井C之間做的網絡信號測試

圖3　集氣站與單井A之間接受信號情況

集氣站與單井A之間接受信號情況（見圖3），從圖3中可以看出單井A距離集氣站為7 585 m，收發效果為100％，質量為84％，最大帶寬可以達到150 Mbps。2.2實際安裝

利用單井現有的風光互補，通過POE對網橋和攝像機進行供電，在沒有紅外的情況下，滿負載功耗不超過7 W。對現有的設備不產生影響。

3　運行狀況分析

在集氣站安裝14口單井中隨機選出5個井場進行數據分析。每天下午4點左右對5個井場的蓄電池電壓和網橋、攝像機的回路電流進行測試，其中單井D場攝像頭具有紅外功能。經過一周的數據分析，網橋和攝像機的功耗基本滿足井口電池的負荷，截止目前為止，集氣站沒有出現蓄電池因網橋和攝像機導致饋電現象發生。

經過半年的運行，各項指標（見表1）。

3.1安裝簡單建設成本大大低于其他同類產品

無需搭建中繼鐵塔，利用單井自身的分布實現網絡覆蓋，網橋和攝像機采用標準模塊化安裝，POE供電，施工簡單、快捷。

由于不存在建塔和專用終端，也就少了許多多余的建設，除了前段網橋、天線就是中心站的搭建（見表2）。

表1　

表2　

3.2維護量低，半年運行故障井場有2座，故障率低于15％

設備具有SCS功能（自診斷、自維護），利用后臺管理功能，對設備進行遠程啟動、數據拷貝等功能，最大程度減少了人員實際上井維護工作量。

3.3對其他公眾頻率不產生影響

由于采用了AIRMAX技術，同樣2.3 G的頻率對相同模式下工作的其他頻段不產生影響。

3.4視頻傳輸達到使用要求

通過對單井攝像機進行ping包測試，可以看出延時最大是7 ms，最小是2 ms，沒有出現丟包現象，完全滿足網路視頻傳輸要求。

4　運行評價

（1）用戶可以很容易增加新的節點來擴大無線網絡的覆蓋范圍和網絡容量。在無線Mesh網絡中，不是每個Mesh節點都需要有線電纜連接，這是它與點對點網橋最大的不同。

（2）無線Mesh網絡能夠非視距傳輸的特性大大擴展了無線寬帶的應用領域和覆蓋范圍。例如，在油氣井數據傳輸應用中，大量地處低洼地勢的單井，可以通過較高地勢的單井站點進行中繼，從而消除大部分無法LOS通信的盲區。

（3）在單跳網絡中，設備必須共享AP或者AP必須與有線相連。如果同一個AP上的幾個設備要同時訪問網絡，就可能產生通信擁塞并導致系統的運行速度降低。而在多跳網絡中，設備可以通過不同的節點同時連接到網絡，因此不會導致系統性能的降低。Mesh網絡還允許使用冗余機制和通信負載平衡功能。在無線Mesh網絡中，每個設備可以有多個傳輸路徑可用，網絡可以根據每個節點的通信負載情況動態地分配通信路由，從而有效地避免了節點的通信擁塞。而目前單跳網絡并不能動態地處理通信干擾和接入點的超載問題。

（4）無線通信的物理特性決定了通信傳輸的距離越短就越容易獲得高帶寬，因為隨著無線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導致數據丟失的因素隨之增加。因此選擇經多個短跳來傳輸數據將是獲得更高網絡帶寬的一種有效方法，而這正是Mesh網絡的優勢所在。在Mesh網絡中，一個節點不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器對其附近節點轉發信息，隨著更多節點的相互連接和可能的路徑數量的增加，總的帶寬也大大增加。

（5）每個短跳的傳輸距離短，傳輸數據所需要的功率也較小。多跳網絡可以使用較低功率將數據傳輸到鄰近的節點，節點之間的無線信號干擾也較小，網絡的信道質量和信道利用效率大大提高，因而能夠實現更高的網絡容量，而只需要較低的發射功率，極大地減少無線網絡相鄰用戶間的相互干擾，大大提高信道的利用效率。

5　發展方向

（1）開發二次接口。當前網橋配置為2個網絡接口，分別用于高清攝像機和井控數據接口（備用），最大能擴展到4個網口。

（2）滿足語音通信使用要求。通過手機植入的撥號軟件，在網橋覆蓋的范圍之內，通過網關和防火墻設置，對通話范圍和網絡瀏覽進行管理和限制，保證網絡運行安全，此功能對于一些偏遠和手機信號無法覆蓋的井口，員工在井口作業能與作業區第一時間取得聯系起到良好的作用，同時也為員工省下了話費。已在單井I場測試，效果良好。

（3）報警功能。由于采用了移動偵測報警，對靜態和動態視頻進行比對報警，由于受到大風干擾（自我晃動），使得報警促發變得不可控，誤報率較高。

（4）設備從安裝至今運行狀態正常，現場最低溫度只有零下10℃，往年最低溫度為零下30℃左右，設備的抗低溫效果還有待觀察統計。

［1］王一.WLAN Mesh技術及應用探討［J］.無線通信技術，2011，（2）：40-45.

［2］譚水，黃春晨，趙建國.無線Mesh技術及其在衛星應急通信報道系統中的應用［J］.數字通信世界，2012，（7）：19-21.

［3］崔永江.WLAN技術在油區的應用與優化［J］.中國管理信息化，2015，18（2）：70.

TN925.3

A

1673-5285（2016）08-0116-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.025

2016-07-06