王麗彬 南昌大學撫州醫(yī)學分院

基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)計

王麗彬 南昌大學撫州醫(yī)學分院

傳播介質(zhì)、多節(jié)點通信、存儲資源和能量問題將會影響數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shè)計。結(jié)合數(shù)字化油田的相關(guān)需求和油田的實際生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)計基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過綜合測試和長慶油田某區(qū)塊的現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，效益明顯，為油田的數(shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)傳輸；雙緩沖傳輸；油田監(jiān)控；天線全向性

隨著數(shù)字化油田的不斷發(fā)展，現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)需要穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸來實現(xiàn)。針對數(shù)據(jù)傳輸中存在的問題，結(jié)合油田數(shù)字化的需求，提出雙緩沖傳輸機制，設(shè)計基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要，優(yōu)化進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂缴婕岸喾N關(guān)鍵技術(shù)。在現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)中，傳輸圖像數(shù)據(jù)比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)更大，數(shù)據(jù)圖像需要多個數(shù)據(jù)包發(fā)送，節(jié)點數(shù)的增加嚴重影響傳輸速率，因此需要解決在節(jié)點數(shù)增加的情況下提高數(shù)據(jù)傳輸速率的問題。傳播介質(zhì)、多節(jié)點通信、存儲資源和能量問題將會影響數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。

單緩沖傳輸機制的數(shù)據(jù)包只需要在到達終節(jié)點時進行數(shù)據(jù)校驗，在中間節(jié)點不進行數(shù)據(jù)校驗，同時發(fā)回數(shù)據(jù)響應(yīng)。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(chǔ)上設(shè)計數(shù)據(jù)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(yīng)，雙緩沖傳輸機制可同時進行多節(jié)點響應(yīng)；雙緩沖傳輸介質(zhì)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(shù)目逐漸增大時，優(yōu)越性更加明顯。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shè)計。設(shè)計合理的天線其具有全向性，但不合理的天線設(shè)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(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)軟設(shè)計及應(yīng)用

設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(shù)指標，合理選擇和搭配電子元器件非常重要。同樣，軟件設(shè)計需要優(yōu)選操作系統(tǒng)，抽象出各硬件細節(jié)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸算法，加快數(shù)據(jù)傳輸速度。監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分由調(diào)度算法、協(xié)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(chǔ)上，設(shè)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(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)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(yīng)用，效益明顯，為油田的生產(chǎn)提供了便利?，F(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)減少了現(xiàn)場巡邏和值班人員的數(shù)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(chǎn)安全。

3 結(jié)語

在分析單緩沖傳輸機制弊端的基礎(chǔ)上，設(shè)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(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化油田的相關(guān)需求和油田的實際生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)計基于WSN的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過綜合測試和長慶油田某區(qū)塊的現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，效益明顯，為油田的數(shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.046