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(tǒng)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(tǒng)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(jié)點都可以同時作為AP和路由器，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)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(tài)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(wěn)定，這是因為在數據通信中，網絡性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個節(jié)點。在傳統(tǒng)的單跳無線網絡中，如果固定的節(jié)點發(fā)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(jié)點發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個節(jié)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(jié)點之間快速傳遞。同時，MESH網橋系統(tǒng)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(qū)采氣井井口圖像采集系統(tǒng)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(tǒng)時，首先得確定增加設備后，井口供電系統(tǒng)是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統(tǒng)總功耗約為10W，增加的MESH網橋系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(tǒng)完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網絡規(guī)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(yōu)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(tǒng)進行了改造。經過對蘇東x站單井口MESH網橋組網規(guī)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(jiān)控中，監(jiān)控視屏清晰，且傳輸穩(wěn)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(fā)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(jiān)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(jiān)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(tǒng)實現全天候井場監(jiān)控。實時視頻可以對重點井口作業(yè)項目進行遠程監(jiān)護，及時發(fā)現并糾正作業(yè)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(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)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(jiān)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(jiān)控員工的工作效率，還提高了系統(tǒng)的實用性。

2.5.3 井口一鍵關斷功能

傳統(tǒng)輪詢采集系統(tǒng)，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?；贛ESH網絡的并發(fā)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(jiān)控中心只需要發(fā)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(jiān)測等維護工作。足不出戶即可解決井口自控系統(tǒng)故障，這一功能有效降低了單井自控系統(tǒng)維護的工作量，減少了維護人員井口作業(yè)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(jiān)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(fā)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(tǒng)、自控系統(tǒng)完善開發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)點都可以同時作為AP和路由器，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)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(tài)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(wěn)定，這是因為在數據通信中，網絡性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個節(jié)點。在傳統(tǒng)的單跳無線網絡中，如果固定的節(jié)點發(fā)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(jié)點發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個節(jié)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(jié)點之間快速傳遞。同時，MESH網橋系統(tǒng)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(qū)采氣井井口圖像采集系統(tǒng)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(tǒng)時，首先得確定增加設備后，井口供電系統(tǒng)是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統(tǒng)總功耗約為10W，增加的MESH網橋系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(tǒng)完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網絡規(guī)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(yōu)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(tǒng)進行了改造。經過對蘇東x站單井口MESH網橋組網規(guī)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(jiān)控中，監(jiān)控視屏清晰，且傳輸穩(wěn)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(fā)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(jiān)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(jiān)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(tǒng)實現全天候井場監(jiān)控。實時視頻可以對重點井口作業(yè)項目進行遠程監(jiān)護，及時發(fā)現并糾正作業(yè)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(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)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(jiān)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(jiān)控員工的工作效率，還提高了系統(tǒng)的實用性。

2.5.3 井口一鍵關斷功能

傳統(tǒng)輪詢采集系統(tǒng)，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?；贛ESH網絡的并發(fā)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(jiān)控中心只需要發(fā)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(jiān)測等維護工作。足不出戶即可解決井口自控系統(tǒng)故障，這一功能有效降低了單井自控系統(tǒng)維護的工作量，減少了維護人員井口作業(yè)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(jiān)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(fā)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(tǒng)、自控系統(tǒng)完善開發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)點都可以同時作為AP和路由器，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)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(tài)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(wěn)定，這是因為在數據通信中，網絡性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個節(jié)點。在傳統(tǒng)的單跳無線網絡中，如果固定的節(jié)點發(fā)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(jié)點發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個節(jié)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(jié)點之間快速傳遞。同時，MESH網橋系統(tǒng)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(qū)采氣井井口圖像采集系統(tǒng)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(tǒng)時，首先得確定增加設備后，井口供電系統(tǒng)是否能夠滿足井口供電需求。目前井口供電系統(tǒng)總功耗約為10W，增加的MESH網橋系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(tǒng)完全可以滿足供電需求。

2.1.2 網絡規(guī)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(yōu)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(tǒng)進行了改造。經過對蘇東x站單井口MESH網橋組網規(guī)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(jiān)控中，監(jiān)控視屏清晰，且傳輸穩(wěn)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(fā)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(jiān)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(jiān)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(tǒng)實現全天候井場監(jiān)控。實時視頻可以對重點井口作業(yè)項目進行遠程監(jiān)護，及時發(fā)現并糾正作業(yè)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(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)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(jiān)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(jiān)控員工的工作效率，還提高了系統(tǒng)的實用性。

2.5.3 井口一鍵關斷功能

傳統(tǒng)輪詢采集系統(tǒng)，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?；贛ESH網絡的并發(fā)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(jiān)控中心只需要發(fā)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(jiān)測等維護工作。足不出戶即可解決井口自控系統(tǒng)故障，這一功能有效降低了單井自控系統(tǒng)維護的工作量，減少了維護人員井口作業(yè)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(jiān)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(fā)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(tǒng)、自控系統(tǒng)完善開發(fā)帶來了無限的可能。endprint