劉竣川中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司襄樊輸油處，湖北襄樊 441002

隨著科學(xué)技術(shù)不斷提高、經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，管道運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)逐步的體現(xiàn)出來。管道輸目前已經(jīng)作為重要的一種能源輸送方式，在我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)被普遍采用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和智能化儀表的發(fā)展，能夠極大地?cái)U(kuò)展了現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的無(wú)線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)在近年來得到了很大的重視和發(fā)展。本文就無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成與其在油品管道運(yùn)輸中的運(yùn)用作了簡(jiǎn)單的研究。

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的組成

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是融合了無(wú)線通信、傳感器、嵌入式軟硬件、智能控制、芯片制造等多學(xué)科的綜合技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量隨機(jī)分布的微小節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身帶有傳感器、數(shù)據(jù)處理、無(wú)線通信等模塊，不需要任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過自組織的方式組網(wǎng)，借助其傳感器模塊，有效地與物理環(huán)境交互，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并把信息通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心處理，得到相應(yīng)信息的全新的監(jiān)測(cè)方法。近年來，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，在油品的管道運(yùn)輸中也得到了極大的發(fā)展。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的起源與發(fā)展

對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求是傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的動(dòng)力，電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無(wú)線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)帶來了信息采集與處理的變革。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程：傳感器網(wǎng)絡(luò)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，人們通過具有簡(jiǎn)單信息信號(hào)獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，連接控制器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；之后，由于傳感器的不斷更新，具有獲取多種信息信號(hào)能力，采用串/并接口(如RS-232、RS-85)與控制器相聯(lián)，逐漸的盛行，并構(gòu)成有多種信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)入新世紀(jì)之后，具有智能獲取多種信息信號(hào)的傳感器被人們重視，它通過現(xiàn)場(chǎng)總線的連接傳感控制器，構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今，已經(jīng)發(fā)展到應(yīng)用大量的具有多功能、多信號(hào)獲取能力的傳感器，通過自組織無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，與傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接，構(gòu)成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究發(fā)源于美國(guó)，其最先研究領(lǐng)域主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、之后民用領(lǐng)域也逐漸的被涉及，英國(guó)、日本、意大利等國(guó)家的一些科研機(jī)構(gòu)和高校構(gòu)也紛紛在該領(lǐng)域開展了相關(guān)研究工作。目前，各國(guó)學(xué)術(shù)界關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的構(gòu)架和通信協(xié)議方面。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及研究熱點(diǎn)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種全新的信息獲取平臺(tái)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測(cè)對(duì)象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)。

以應(yīng)用為目標(biāo)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)建的是一個(gè)系統(tǒng)工程，這個(gè)系統(tǒng)工程研究涉及到很多層面，研究熱點(diǎn)簡(jiǎn)單綜述如下：

1）通信協(xié)議

由于傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和能量都存在局限性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能獲知周圍相鄰節(jié)點(diǎn)的信息，這就決定了通信協(xié)議不能復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議和鏈路層協(xié)議是通信協(xié)議研究的重點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議決定著數(shù)據(jù)包的傳輸方式以及數(shù)據(jù)的傳輸路徑，鏈路層研究的核心是介質(zhì)訪問控制(MAC)，介質(zhì)訪問控制協(xié)議位于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性的影響較大，因而是研究的重點(diǎn)。

2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?/p>

拓?fù)淇刂苾?nèi)容包括節(jié)點(diǎn)功率控制、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成以及啟發(fā)式的節(jié)點(diǎn)喚醒和休眠機(jī)制等。通過拓?fù)淇刂谱詣?dòng)生成良好的網(wǎng)絡(luò)有利于提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議的效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步及節(jié)點(diǎn)定位等，同時(shí)平衡各節(jié)點(diǎn)的能量開銷。所以，通過啟發(fā)式的節(jié)點(diǎn)喚醒和休眠機(jī)制能夠使節(jié)點(diǎn)在沒有通信任務(wù)時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，在任務(wù)來臨時(shí)及時(shí)醒來并喚醒周圍相關(guān)節(jié)點(diǎn)開始工作也是研究的熱點(diǎn)。

3）網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)融合

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性、數(shù)據(jù)的可靠性是網(wǎng)絡(luò)安全必須考慮，否則，采集的數(shù)據(jù)則對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用不能產(chǎn)生效用。由于對(duì)能量受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來講，一般情況下會(huì)使用減少數(shù)據(jù)的傳輸量來延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期，數(shù)據(jù)融合就是利用本地節(jié)點(diǎn)有限的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力減少冗余數(shù)據(jù)，高效的整合數(shù)據(jù)，這也是目前研究的重點(diǎn)。

4）時(shí)間同步與節(jié)點(diǎn)定位

在節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大、硬件簡(jiǎn)單的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中維持一個(gè)全局時(shí)鐘難度非常大，因而，在與時(shí)間相關(guān)的監(jiān)測(cè)任務(wù)中，各無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘需要保持同步，是技術(shù)的難點(diǎn)。目前比較好的解決方法是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)自身的時(shí)鐘，這樣在數(shù)據(jù)的采集過程中，并不一定能保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，所以在資源有限、硬件資源相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，獲得詳細(xì)的位置信息非常的困難，一方面需要傳感器的設(shè)計(jì)更加的簡(jiǎn)單而精確；另一方面有待于時(shí)鐘控制技術(shù)的突破。

4 無(wú)線傳感器在野外油氣管道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

管道傳輸通常是按合理的設(shè)計(jì)方式線形傳輸，其空間跨度范圍大，正常情況下綿延數(shù)百公里乃至數(shù)千公里，監(jiān)測(cè)區(qū)域是其中一段。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在該監(jiān)控區(qū)域沿管道線型分布，各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置布置完畢后相對(duì)固定，節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)通過很多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接力式的傳輸，由于比較偏遠(yuǎn)，一般傳感器都采用節(jié)一般采用電池供電，可保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的傳輸信號(hào)。這樣，通過計(jì)算機(jī)采集傳感器所接受的信號(hào)，能及時(shí)準(zhǔn)確的反映出管道的狀況，大量的節(jié)省了人力和物力，可謂是事半功倍。目前，我國(guó)許多能源輸送管道都采用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，取得了不錯(cuò)的效果。相信隨著科技的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在油氣的管道運(yùn)輸中將運(yùn)用的更為深入和廣泛。

[1]孫利民，李建中，陳渝，等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò).北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2]史永彬，葉湘濱，劉培亮.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究現(xiàn).國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2005(11).

[3]于海斌，曾鵬，等.智能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).北京：科學(xué)出版社，2006.