專利名稱：一種油田數據傳輸系統及其方法
技術領域：
本發明涉及數據傳輸技術領域，具體涉及一種油田數據傳輸系統及其方法。
背景技術：
由于受到自然環境條件的限制，數字油田無線數據采集系統的使用面臨諸多挑戰，如:目前油田主要分布在沙漠、隔壁或海洋等偏遠地區，設備的安裝和維護十分困難，所需費用很高；油井數量眾多且分布不均勻，布設通信電纜十分困難，施工費用極高；油田大多分布在自然環境比較惡劣的地區，通常冬天溫度極低、空氣濕度很高，造成數字油田無線數據采集系統的使用壽命相對縮短；油田現場的設備更換很困難，設備必須能夠連續穩定運行幾年時間以上。因此，油田數據采集系統比普通采集系統要求更高、更苛刻，技術更加復雜，許多細節問題需要解決。在數字油田領域，主要采用RS485總線和光纜相結合的分層結構傳輸方式，RS485實現近距離互聯，光纜實現遠距離通信，通信協議主要為Modbus。具體方案是:每口油井放置一個遠程控制單元(Remote Terminal Unit, RTU)設備，油井上的變送器通過RS485總線或者4-20mA工業總線與RTU設備相連，將數據匯集到RTU設備；相鄰若干口油井上的RTU再通過RS485總線，匯集到一個光端機上，再通過光纜連接到油田的指揮站中，在計算機中存儲數據。但是有線傳輸技術在油田應用中會遇到如下一些問題:由于油井分布較為分散，現場布線成本高、工程施工困難大、施工周期長，線纜故障的檢測和維護成本高；由于線纜的束縛和限制，系統難以擴展或變更，無法適應變化的需求；由于載荷變送器安裝在不斷上下運動的抽油機游梁上，與載荷變送器連接的線纜很容易被損壞；RTU、光端機故障以及相應的電纜故障，將導致與之相連的所有底層設備無法與指揮室通信，可靠性差。鑒于有線傳輸技術在油田應用中面臨的諸多問題，隨著油田數據采集系統的發展，需要采用更為優越的數據傳輸技術。鑒于Zigbee協議具有優越的無線自組網功能，Zigbee技術已經在油田中得到應用，其具體方案是:每口油井放置一個Zigbee路由器節點，油井變送器集成了 Zigbee終端節點，變送器通過無線傳輸方式將數據發送給路由器節點，路由器之間形成自組織網絡，采用多跳接力的方式將數據最終轉發給指揮站。Zigbee技術采用無線傳輸方式，解決了工業控制技術布線問題，但是在實際應用中仍然存在一些不足之處:在沒有電纜的情況下，變送器沒有電源供給，需要電池供電，要求設備必須低功耗，由于Zigbee技術采用2.4GHz頻段，其功耗相對低頻段的設備高很多，使得電池使用壽命縮短，頻繁更換電池導致成本增加；Zigbee使用2.4GHz頻段，受到環境的損耗嚴重，使得相同發射功率的情況下，傳輸距離比低頻段的設備近很多，在沒有功率放大的情況下約120米，當油井間距較大時則無法傳輸數據，而如果添加功放，雖然傳輸距離增加了，但是功耗也大幅度增加，電池很快耗盡；由于Zigbee的空中傳輸速率為250kbps，只能傳輸數據量很小的傳感器數據，無法滿足語音、視頻等業務的需要，支持的業務類型很 少。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種油田數據傳輸系統及其方法，以降低數據傳輸功耗，提高數據傳輸速率，提高數據傳輸的可靠性；克服現有技術中無線數據采集系統傳輸功耗高、傳輸速率小的缺陷。為實現上述目的，本發明提供一種油田數據傳輸系統，包括無線自組織網絡和WIFI網絡，所述無線自組織網絡包括無線變送器、遠程控制單元和網絡適配器，所述WIFI網絡包括網絡適配器、無線路由器和服務器，所述無線變送器，用于接收所述遠程控制單元發送的信標幀以加入所述無線自組織網絡并與相鄰的所述遠程控制單元建立時鐘同步，所述信標幀包括時間戳，所述時鐘同步包括數據時段和信標時段；在所述時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元；所述遠程控制單元，用于在所述時鐘同步中的信標時段向所述無線變送器發送所述信標幀；與相鄰的所述網絡適配器建立連接，并在所述數據時段將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器；所述網絡適配器，用于將所述遠程控制單元發送的所述數據封裝成數據報文，并將所述數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述無線路由器；所述無線路由器，用于將所述網絡適配器發送的所述數據發送到所述服務器。優選地，所述無線變送器包括:接收單元，用于接收所述遠程控制單元發送的所述信標幀，所述信標幀包括時間戳；網絡建立單元，用于依據所述接收單元接收的所述信標幀掃描周圍所述遠程控制單元，與相鄰的所述遠程控制單元建立網絡連接；時鐘同步建立單元，用于依據所述接收單元接收的所述信標幀中的所述時間戳，校準所述無線變送器的時鐘，以與所述遠程控制單元建立時鐘同步；發送單元，用于在所述數據時段且有所述數據發送時向所述遠程控制單元發送所述數據；信標幀判斷單元，用于判斷所述接收單元接收的所述信標幀是否正確；計數值增加單元，用于在所述判斷單元判斷所述信標幀錯誤時將失敗計數值增加I ;定時器設置單元，用于在所述失敗計數值不大于預定值或者所述信標幀判斷單元判斷所述信標幀正確將所述失敗計數值清零或者所述發送單元向所述遠程控制單元發送完所述數據或者在所述數據時段沒有所述數據發送后，設置定時器，以使所述無線變送器進入休眠狀態。 優選地，所述遠程控制單元包括:定時器設置單元，用于設置所述遠程控制單元的定時器，以依據所述定時器進行所述數據時段與所述信標時段的切換；信標幀發送單元，用于在所述時鐘同步中的信標時段向所述無線變送器發送所述f目標中貞;接收單元，用于在所述數據時段接收所述無線變送器發送的所述數據；發送單元，用于將所述接收單元接收的所述數據發送到所述網絡適配器。優選地，所述無線路由器，還用于將所述服務器發送的下行數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述網絡適配器；所述網絡適配器，還用于將所述無線路由器通過所述WIFI網絡發送的下行數據報文解封裝為下行數據，并將所述下行數據發送到所述遠程控制單元；所述遠程控制單元，還用于接收所述網絡適配器發送的所述下行數據并將所述下行數據發送到所述無線變送器；所述無線變送器，還用于接收所述遠程控制單元通過所述無線自組織網絡發送的所述下行數據，以根據所述下行數據采集所述數據。一種油田數據傳輸方法，所述方法采用無線自組織網絡和WIFI網絡，所述無線自組織網絡包括無線變送器、遠程控制單元和網絡適配器，所述WIFI網絡包括網絡適配器、無線路由器和服務器，所述方法包括:所述無線變送器依據接收的所述遠程控制單元發送的信標幀加入所述無線自組織網絡，并與相鄰的所述遠程控制單元建立時鐘同步，所述信標幀包括時間戳，所述時鐘同步包括數據時段和信標時段；所述無線變送器在所述時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元；所述遠程控制單元與相鄰的所述網絡適配器建立連接，并在所述數據時段將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器；所述網絡適配器將所述無線變送器發送的所述數據封裝成數據報文，并將所述數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述無線路由器；所述無線路由器將所述網絡適配器發送的所述數據發送到所述服務器。優選地，所述無線變送器依據接收的所述遠程控制單元發送的信標幀加入所述無線自組織網絡，并與相鄰的所述遠程控制單元建立時鐘同步，包括:所述無線變送器接收所述遠程控制單元發送的所述信標幀，所述信標幀包括時間戳；所述無線變送器依據所述信標幀掃描周圍所述遠程控制單元，與相鄰的所述遠程控制單元建立網絡連接；所述無線變送器依據所述信標幀中的所述時間戳，校準所述無線變送器的時鐘，以與所述遠程控制單元建立時鐘同步。優選地，所述無線變送器在所述時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元，包括:所述無線變送器在所述數據時段且有所述數據發送時向所述遠程控制單元發送所述數據。優選地，所述方法還包括:所述無線變送器判斷所述遠程控制單元發送的所述信標幀是否正確；
所述無線變送器在判斷所述信標幀錯誤時將失敗計數值增加I ;所述無線變送器在所述失敗計數值不大于預定值或者所述信標幀正確將所述失敗計數值清零或者向所述遠程控制單元發送完所述數據或者在所述數據時段沒有所述數據發送后，設置定時器，以使所述無線變送器進入休眠狀態。優選地，所述在所述數據時段將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器，包括:所述遠程控制單元設置所述遠程控制單元的定時器，以依據所述定時器進行所述數據時段與所述信標時段的轉換；所述遠程控制單元在所述時鐘同步中的信標時段，向所述無線變送器發送所述信標中貞;所述遠程控制單元在所述數據時段接收所述無線變送器發送的所述數據；所述遠程控制單元將所述接收單元接收的所述數據發送到所述網絡適配器。優選地，所述方法還包括:所述無線路由器將所述服務器發送的下行數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述網絡適配器；所述網絡適配器將所述無線路由器通過所述WIFI網絡發送的下行數據報文解封裝為下行數據，并將所述下行數據發送到所述遠程控制單元；所述遠程控制單元接收所述網絡適配器發送的所述下行數據并將所述下行數據發送到所述無線變送器；所述無線變送器接收所述遠程控制單元通過所述無線自組織網絡發送的所述下行數據，以根據所述下行數據采集所述數據。本發明實施例，采用無線自組織網絡和WIFI網絡兩層網絡架構完成數據傳輸，無線自組織網絡可以采用的低頻段無線方式進行數據傳輸，與現有傳輸技術相比，極大降低了傳輸功耗、傳輸距離更遠；無線變送器與遠程控制單元之間采用時鐘同步進行數據傳輸，在數據時段，無線變送器只有在有數據傳輸時才傳輸數據，沒有數據傳輸時就切換到休眠狀態，進一步降低了傳輸功耗；無線變送器和遠程控制單元之間及遠程控制單元與網絡適配器之間具備冗余鏈路，提高了數據傳輸的可靠性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例油田數據傳輸系統結構示意圖；圖2是本發明實施例無線變送器結構示意圖；圖3是本發明實施例油田數據傳輸方法流程圖；圖4是本發明實施例無線變送器工作流程示意圖；圖5是本發明實施例遠程控制單元工作流程示意圖；圖6是本發明實施例數據發送流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖1所示，為本發明實施例油田數據傳輸系統的結構示意圖，包括:無線自組織網絡101和WIFI網絡102，其中，無線自組織網絡101包括無線變送器103、遠程控制單元104和網絡適配器105，WIFI網絡102包括網絡適配器105、無線路由器106和服務器107。具體地，可以采用針對油田應用場景的470MHz頻段無線自組織網絡協議，相對于頻段為2.4GHz的Zigbee協議，本發明實施例所采用的無線自組織網絡具有功耗低、損耗小、傳輸距離遠等優點。需要說明的是，該油田數據傳輸系統中無線變送器103與遠程控制單元104之間、遠程控制單元104與網絡適配器105之間可以使用470MHz頻段低功耗無線鏈路通信。無線變送器103、遠程控制單元104、網絡適配器105運行自組網網絡協議，形成自組織無線網絡102，使得無線變送器103可以自主選擇與之相鄰的任意遠程控制單元104建立連接，而遠程控制單元104可以自主選擇與之相鄰的任意網絡適配器105建立通信連接，即無線變送器103和遠程控制單元104均具有自愈的功能。當網絡中某個遠程控制單元104故障時，與之相連的無線變送器103能夠自動連接到其它正常工作的遠程控制單元104 ;當網絡中某個網絡適配器105出現故障時，與之相連的遠程控制單元104能夠連接到其它正常工作的網絡適配器105。無線自組織網絡101的這種自組織、自愈特性，可以避免部分設備故障導致的無法通信的問題，保證了網絡的可靠性，極大提高了數據傳輸成功率。無線變送器103，用于接收遠程控制單元104發送的信標幀以加入無線自組織網絡101并與相鄰的遠程控制單元102建立時鐘同步，其中信標幀包括時間戳，時鐘同步包括數據時段和信標時段；在時鐘同步中的數據時段，無線變送器103采集數據并將數據通過無線自組織網絡101發送到遠程控制單元102。具體地，無線變送器103可以根據信標幀中的時間戳校準自身的時鐘，實現與遠程控制單元104的時鐘同步；具體地，該信標幀還可以包括:網絡配置信息、下行數據、控制命令信息以及遠程控制單元104的地址，未加入無線自組織網絡的無線變送器103可以根據信標幀中的網絡配置信息掃描周圍網絡，發現遠程控制單元104，而后根據網絡配置信息向遠程控制單元104發送加入網絡請求，加入到無線自組織網絡101中；信標幀中的下行數據或者控制命令信息，可以驅動無線變送器103主動提取數據，實現下行數據和控制命令下發，方便遠程控制和配置。具體地，無線變送器103可以包括:接收單元，用于接收遠程控制單元104發送的信標幀，信標幀包括時間戳；網絡建立單元，用于依據接收單元接收的信標幀掃描周圍遠程控制單元104，與相鄰的遠程控制單元104建立網絡連接；時鐘同步建立單元，用于依據接收單元接收的信標幀中的時間戳，校準無線變送器103的時鐘，以與遠程控制單元104建立時鐘同步；發送單元，用于在數據時段且有數據發送時向遠程控制單元104發送數據；信標幀判斷單元，用于判斷接收單元接收的信標幀是否正確；計數值增加單元，用于在判斷單元判斷信標幀錯誤時將失敗計數值增加I ;定時器設置單元，用于在失敗計數值不大于預定值或者信標幀判斷單元判斷信標幀正確將失敗計數值清零或者發送單元向遠程控制單元104發送完數據或者在數據時段沒有數據發送后，設置定時器，以使無線變送器103進入休眠狀態。需要說明的是，無線變送器可以包括多種類型，如載荷無線變送器、油壓無線變送器、套壓無線變送器、位移無線變送器、井口溫度無線變送器、電流無線變送器、電壓無線變送器、電功率無線變送器等。如圖3所示，為本發明實施例無線變送器的結構示意圖，無線變送器可以包括:傳感器201、信號調理電路202、微控制器203、存儲器204、射頻模塊205、電源模塊206、電池207以及穩壓電路208無線變送器103采集抽油機的油壓、套壓、位移、井口溫度、電流、電壓、電功率等物理參數，可以通過傳感器201將物理參數轉換為微弱的電壓信號；由信號調理電路202對電壓信號進行整形、濾波、放大等處理，得到較好的模擬信號，并將模擬信號輸入到微控制器203 ;微控制器203對輸入的模擬信號進行A/D轉換，得到二進制的數字信號，微控制器203將數字信號存儲到存儲器204中，微控制器203將數字信號與歷史數據一起進行數據處理和校正，將最后的結果通過射頻模塊205發送給遠程控制單元104。其中，電源模塊206可以采用聚合鋰電池供電，電池207可以為各個模塊供電，通過穩壓電路208向各個模塊提供合適的電壓，各個模塊可以采用低功耗的芯片和電路。遠程控制單元104，用于在時鐘同步中的信標時段向無線變送器103發送信標幀；與相鄰的網絡適配器105建立連接，并在數據時段將無線變送器103發送的數據通過無線自組織網絡101發送到網絡適配器105。具體地，遠程控制單元104可以包括:定時器設置單元，用于設置遠程控制單元104的定時器，以依據定時器進行數據時段與信標時段的轉換；信標幀發送單元，用于在時鐘同步中的信標時段向無線變送器103發送信標幀；接收單元，用于在數據時段接收無線變送器103發送的數據；發送單元，用于將接收單元接收的數據發送到網絡適配器105。需要說明的是，遠程控制單元104具備低功耗自組織網絡的功能，它安裝在抽油機旁邊的控制柜中，采用電源供電，每口油井安裝一個遠程控制單元104。遠程控制單元104負責將與之相連的無線變送器103的數據轉發給網絡適配器105。無線變送器103與遠程控制單元104之間的距離很近，通常在10米以內，因此，無線變送器103可以使用很低的發射功率發送數據，從而降低功耗，延長電池的使用時間。遠程控制單元104還能夠自主選擇信號最好的網絡適配器105建立通信鏈路，當正在使用的網絡適配器105出現故障時，遠程控制單元104能夠重新發現和選擇正常工作的網絡適配器105接入，提高了網絡的可靠性，確保數據可靠傳輸。網絡適配器105，用于將遠程控制單元104發送的數據封裝成數據報文，并將數據報文通過WIFI網絡102發送到無線路由器106。具體地，網絡適配器可以將遠程控制單元104發送的數據封裝成TCP/IP格式的數據報文，并將TCP/IP格式的數據報文通過WIFI網絡102發送到無線路由器106。無線變送器和遠程控制單元之間及遠程控制單元與網絡適配器之間具備冗余鏈路，當本地遠程控制單元故障時，運行自組網協議的無線變送器可以連接到相鄰的其它遠程控制單元進行通信，同時，當本地網絡適配器故障時，遠程控制單元可以連接到相鄰的其它網絡適配器進行通信，避免了數據傳輸過程中的網絡中斷，提高了數據傳輸的可靠性。無線路由器106，用于將網絡適配器105發送的數據發送到服務器107。服務器107可以實現數據的存儲、管理、分析和顯示。需要說明的是，無線路由器106可以實現以太網與WIFI網絡102之間的橋接，實現兩個網絡之間的相互通信。在數據時段，遠程控制單元104和網絡適配器105—直處于數據接收狀態，而無線變送器103根據預設的數據采集周期，可以周期性發送數據到遠程控制單元104，也可以單次發送數據到遠程控制單元104。無線變送器103設置一個定時器，當定時器超時后，開始準備向遠程控制單元104發送數據，遠程控制單元104采用基于競爭的載波偵聽、沖突避免CSMA/CA媒體接入機制，主動檢測信道是否空閑，如果空閑則發送數據，遠程控制單元104收到數據后反饋應答，并將數據轉發給網絡適配器105，網絡適配器105再將數據上傳到服務器107。需要說明的是，無線路由器106，還可以用于將服務器107發送的下行數據報文通過WIFI網絡發送到網絡適配器105;網絡適配器105，還可以用于將無線路由器106通過WIFI網絡102發送的下行數據報文解封裝為下行數據，并將下行數據發送到遠程控制單元104 ；遠程控制單元104，還可以用于接收網絡適配器105發送的下行數據并將下行數據發送到無線變送器103 ；無線變送器103，還可以用于接收遠程控制單元104通過無線自組織網絡101發送的下行數據，以根據下行數據采集數據。具體地，服務器107向無線變送器103發送下行數據可以在數據時段進行，此處下行數據可以是下行命令或者配置信息。需要說明的是，該油田數據傳輸系統還可以包括:無線視頻服務器和手持終端，無線視頻服務器內部可以集成視頻采集和壓縮模塊、WIFI網卡、TCP/IP協議棧，能將采集的圖像按照H.264標準壓縮成數據流，并按照TCP/IP協議將數據發送給網絡適配器105，最終轉發給服務器；手持終端具有無線網卡和Web瀏覽器，可以連接到網絡適配器105，遠程訪問和登錄服務器107，實現在油田現場配合和控制系統設備，方便管理和維護。需要說明的是，網絡適配器105可以具有一個自組網模塊，兩個無線WIFI模塊，其中一個無線WIFI模塊用于與無線路由器106通信；另一個無線WIFI模塊作為熱點，用于將無線視頻服務器和手持終端接入WIFI網絡102 ;而自組網模塊運行自組網協議，用于與遠程控制單元104通信。網絡適配器105中的兩個無線網卡之間的網絡同構，只需要進行數據轉發即可，而WIFI網絡102與無線自組織網絡101之間屬于異構網格，需要進行數據幀的重構，相互轉換后進行轉發。具體地，網絡適配器105接收遠程控制單元104發送的數據，提取出數據中的負載數據，然后將負載數據封裝成TCP/IP數據報文，將數據報文發送給無線路由器106 ;另外，網絡適配器105可以接收無線路由器106發送的下行數據，提取出下行數據中的負載數據，將負載數據封裝成自組網協議的數據格式，發送到遠程控制單元104。本發明實施例的油田數據傳輸系統，采用無線自組織網絡和WIFI網絡兩層網絡架構完成數據傳輸，無線自組織網絡采用470MHz的低頻段無線方式進行數據傳輸，與現有傳輸技術相比，極大降低了傳輸功耗、傳輸距離更遠；無線變送器與遠程控制單元之間采用時鐘同步進行數據傳輸，在數據時段，無線變送器只有在有數據傳輸時才傳輸數據，沒有數據傳輸時就切換到休眠狀態，進一步降低了傳輸功耗；無線變送器和遠程控制單元之間及遠程控制單元與網絡適配器之間具備冗余鏈路，提高了數據傳輸的可靠性；網絡適配器可以將無線視頻服務器和手持終端連接到WIFI網絡中，可以實現傳感器數據、視頻等多種業務的數據傳輸，更方便了對油田設備的配置和管理。相應地，本發明實施例提供一種油田數據傳輸方法，如圖3所示，是該方法的流程示意圖，該方法采用無線自組織網絡和WIFI網絡，無線自組織網絡包括無線變送器、遠程控制單元和網絡適配器，WIFI網絡包括網絡適配器、無線路由器和服務器，該方法包括以下步驟:步驟301:無線自組織網絡依據接收的遠程控制單元發送的信標幀加入無線自組織網絡，并與相鄰的遠程控制單元建立時鐘同步，該信標幀包括時間戳，該時鐘同步包括數據時段和信標時段；具體地，無線變送器依據接收的遠程控制單元發送的信標幀加入無線自組織網絡，并與相鄰的遠程控制單元建立時鐘同步，包括:無線變送器接收遠程控制單元發送的信標幀，信標幀包括時間戳；無線變送器依據信標幀掃描周圍遠程控制單元，與相鄰的遠程控制單元建立網絡連接；具體地，無線變送器依據信標幀掃描周圍遠程控制單元，可以與相鄰的無線信號最強的遠程控制單元建立網絡連接；無線變送器依據信標幀中的時間戳，校準自身的時鐘，以與遠程控制單元建立時鐘同步；步驟302:無線變送器在時鐘同步中的數據時段采集數據并將數據通過無線自組織網絡發送到遠程控制單元；具體地，可以包括以下步驟:步驟401:無線變送器上電后進行初始化；步驟402:無線變送器接收遠程控制單元發送的信標幀，依據信標幀中的網絡配置信息選擇無線信號最強的遠程控制單元，申請與其建立連接，加入無線自組織網絡；步驟403:無線變送器判斷處于時鐘同步中的哪個時段，如果是數據時段，則進行步驟404 ;如果是信標時段，則進行步驟406 ；步驟404:無線變送器判斷是否有數據發送，如果是，則執行步驟405 ;如果否，則執行步驟411 ；
步驟405:無線變送器向遠程控制單元發送數據；步驟406:無線變送器接收遠程控制單元發送的信標幀；步驟407:無線變送器判斷接收的信標幀是否正確，如果是，則執行步驟408 ;如果否，則執行步驟409;步驟408:無線變送器將失敗計數值清零，進行時鐘校準，失敗計數值表示無線變送器接收到的信標幀錯誤的次數；步驟409:無線變送器將失敗計數值加I ;步驟410:無線變送器判斷失敗計數值是否大于預定值，該預定值可以是3或者5，如果是，則進行步驟402 ;如果否，則進行步驟411 ；步驟411:無線變送器進入休眠狀態，重設定時器。通過上述描述可知，無線變送器可以選擇通信范圍內信號較好的遠程控制單元建立連接，當本地遠程控制單元出現故障時，無線變送器可以選擇通信范圍內的其它遠程控制單元建立連接，使無線變送器和遠程控制單元之間具備冗余鏈路，確保了數據傳輸的可靠性；無線變送器與遠程控制單元建立時鐘同步，只在數據時段且有數據發送時向遠程控制單元發送數據，沒有數據發送時進入休眠狀態，可以極大節省數據傳輸功耗。步驟303:遠程控制單元與相鄰的網絡適配器建立連接，并在數據時段將無線變送器發送的數據通過無線自組織網絡發送到網絡適配器；需要說明的是，該方法還可以包括:遠程控制單元向無線變送器發送信標幀；具體地，該方法可以包括:步驟501:遠程控制單元上電后進行初始化；步驟502:遠程控制單元初始化完成后，選擇空閑的信道，向無線變送器發送信標幀；步驟503:遠程控制單元判斷自身處于時鐘同步中的哪個時段，如果是數據時段，則進行步驟504 ;如果是信標時段，則進行步驟508 ；步驟504:遠程控制單元將自身切換到接收狀態，并設置超時定時器；步驟505:遠程控制單元判斷是否接收到數據，如果是，則進行步驟506 ;如果否，則繼續執行步驟505 ；步驟506:遠程控制單元將無線變送器發送的數據轉發給網絡適配器；步驟507:遠程控制單元判斷自身時鐘是否超時，如果是，則執行步驟503 ;如果否，則執行步驟505;步驟508:遠程控制單元向無線變送器廣播信標幀，并將信標序號加I ;步驟509:遠程控制單元將自身切換到接收狀態，等待接收數據；步驟510:遠程控制單元設置新標時段超時定時器，如果定時器超時，則執行步驟503。根據上述描述，遠程控制單元向無線變送器發送信標幀，使無線變送器與遠程控制單元建立時鐘同步，采用時鐘同步實現無線變送器與遠程控制單元之間的數據傳輸，可能節省傳輸功耗；遠程控制單元可以選擇通信范圍內的網絡適配器并與其建立連接，當本地網絡適配器故障時，遠程控制單元可以選擇通信范圍內的其它網絡適配器并與其建立連接，確保了數據傳輸的可靠性。步驟304:網絡適配器將遠程控制單元發送的數據封裝成數據報文，并將數據報文通過WIFI網絡發送到無線路由器；具體地，網絡適配器可以將遠程控制單元發送的數據封裝成TCP/IP數據報文，并將TCP/IP數據報文通過WIFI網絡發送到無線路由器。步驟305:無線路由器將網絡適配器發送的數據報文發送到服務器。需要說明的是，該方法還可以包括:無線路由器將服務器發送的下行數據報文通過WIFI網絡發送到網絡適配器；網絡適配器將無線路由器通過WIFI網絡發送的下行數據報文解封裝為下行數據，并將下行數據發送到遠程控制單元；遠程控制單元接收網絡適配器發送的下行數據并將下行數據發送到無線變送器；無線變送器接收遠程控制單元通過無線自組織網絡發送的下行數據，以根據下行數據采集數據。需要說明的是，該方法還可以包括:無線視頻服務器將視頻數據通過WIFI網絡傳輸到網絡適配器，實現視頻數據的傳輸，具體地，無 線視頻服務器按照HTTP協議與網絡適配器進行交互；手持終端通過WIFI網絡連接到網絡適配器，遠程訪問和登錄服務器，實現在油田現場配合和控制系統設備，方便管理和維護。需要說明的是，服務器向無線變送器發送下行數據和無線變送器向服務器發送應答數據的過程中，可以采用源端和目的端之間的交互流程，交互過程如圖6所示。源端601需要對目的端602進行操作時，將要操作的內容封裝在請求幀中，再將請求幀發送到目的端602，目的端602接收到請求幀后，校驗數據是否出錯，如果出錯則丟棄數據；如果正確，則解析數據，獲取要操作的內容，執行操作結果后將結果返回給源端601。服務器向無線變送器發送的下行數據和無線變送器向服務器發送應答數據，采用請求幀和應答幀的格式。在本發明實施例中，請求幀可以包括幀頭、版本號、功能碼、幀長度、變送器標識號、負載、校驗碼等。幀頭長度可以為2字節，內容以此為十六進制的0x60,0x60 ;版本號長度可以為I字節，內容為當前協議的版本序號；功能碼長度可以為I字節，內容為本次操作的功能序號，表I中示出了一些功能碼對應的功能說明；幀長度域可以為2字節，用于標識整個請求幀的長度，該長度域可以按照小端格式存儲，低字節在前，高字節在后；變送器標識號長度可以8字節，共64bit，用來標識具體的無線變送器，64bit的標識地址可以標識多個無線變送器；負載為服務器或者無線變送器發送的實際數據，其長度可以是不固定的；校驗碼可以采用奇偶校驗，用于校驗整個請求幀的內容是否在傳輸過程中出錯，其長度為2字節，可以小端存儲。表I
^功能說明
權利要求
1.一種油田數據傳輸系統，其特征在于，包括無線自組織網絡和WIFI網絡，所述無線自組織網絡包括無線變送器、遠程控制單元和網絡適配器，所述WIFI網絡包括網絡適配器、無線路由器和服務器， 所述無線變送器，用于接收所述遠程控制單元發送的信標幀以加入所述無線自組織網絡并與相鄰的所述遠程控制單元建立時鐘同步，所述信標幀包括時間戳，所述時鐘同步包括數據時段和信標時段；在所述時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元； 所述遠程控制單元，用于在所述時鐘同步中的信標時段向所述無線變送器發送所述信標幀；與相鄰的所述網絡適配器建立無線連接，并將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器； 所述網絡適配器，用于將所述遠程控制單元發送的所述數據封裝成數據報文，并將所述數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述無線路由器； 所述無線路由器，用于將所述網絡適配器發送的所述數據發送到所述服務器。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述無線變送器包括: 接收單元，用于接收所述遠程控制單元發送的所述信標幀，所述信標幀包括時間戳；網絡建立單元，用于依據所述接收單元接收的所述信標幀掃描周圍所述遠程控制單元，與相鄰的所述遠程控制單元建立網絡連接； 時鐘同步建立單元，用于依據所述接收單元接收的所述信標幀中的所述時間戳，校準所述無線變送器的時鐘，以與所述遠程控制單元保持時鐘同步； 發送單元，用于在所述數據時段且有所述數據發送時向所述遠程控制單元發送所述數據； 信標幀判斷單元，用于判斷所述接收單元接收的所述信標幀是否正確； 計數值增加單元，用于在所述判斷單元判斷所述信標幀錯誤時將失敗計數值增加I ; 定時器設置單元，用于在所述失敗計數值不大于預定值或者所述信標幀判斷單元判斷所述信標幀正確將所述失敗計數值清零或者所述發送單元向所述遠程控制單元發送完所述數據或者在所述數據時段沒有所述數據發送后，設置定時器，以使所述無線變送器進入休眠狀態。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述遠程控制單元包括: 定時器設置單元，用于設置所述遠程控制單元的定時器，以依據所述定時器進行所述數據時段與所述信標時段的切換； 信標幀發送單元，用于在所述時鐘同步中的信標時段向所述無線變送器發送所述信標幀； 接收單元，用于在所述數據時段接收所述無線變送器發送的所述數據； 發送單元，用于將所述接收單元接收的所述數據發送到所述網絡適配器。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于， 所述無線路由器，還用于將所述服務器發送的下行數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述網絡適配器； 所述網絡適配器，還用于將所述無線路由器通過所述WIFI網絡發送的下行數據報文解封裝為下行數據，并將所述下行數據發送到所述遠程控制單元；所述遠程控制單元，還用于接收所述網絡適配器發送的所述下行數據并將所述下行數據發送到所述無線變送器； 所述無線變送器，還用于接收所述遠程控制單元通過所述無線自組織網絡發送的所述下行數據，以根據所述下行數據采集所述數據。
5.一種油田數據傳輸方法，其特征在于，所述方法采用無線自組織網絡和WIFI網絡，所述無線自組織網絡包括無線變送器、遠程控制單元和網絡適配器，所述WIFI網絡包括無線適配器、無線路由器和服務器，所述方法包括: 所述無線變送器依據接收的所述遠程控制單元發送的信標幀加入所述無線自組織網絡，并與相鄰的所述遠程控制單元建立時鐘同步，所述信標幀包括時間戳，所述時鐘同步包括數據時段和信標時段； 所述無線變送器在所述時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元； 所述遠程控制單元與相鄰的所述網絡適配器建立連接，并將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器； 所述網絡適配器將所述無線變送器發送的所述數據封裝成數據報文，并將所述數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述無線路由器； 所述無線路由器將所述網絡適配器發送的所述數據發送到所述服務器。
6.根據權利要求 5所述的方法，其特征在于，所述無線變送器依據接收的所述遠程控制單元發送的信標幀加入所述無線自組織網絡，并與相鄰的所述遠程控制單元建立時鐘同步，包括: 所述無線變送器接收所述遠程控制單元發送的所述信標幀，所述信標幀包括時間戳；所述無線變送器依據所述信標幀掃描周圍所述遠程控制單元，與相鄰的所述遠程控制單元建立網絡連接； 所述無線變送器依據所述信標幀中的所述時間戳，校準所述無線變送器的時鐘，以與所述遠程控制單元保持時鐘同步。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述無線變送器在所述時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元，包括: 所述無線變送器在所述數據時段且有所述數據發送時向所述遠程控制單元發送所述數據。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 所述無線變送器判斷所述遠程控制單元發送的所述信標幀是否正確； 所述無線變送器在判斷所述信標幀錯誤時將失敗計數值增加I ; 所述無線變送器在所述失敗計數值不大于預定值或者所述信標幀正確將所述失敗計數值清零或者向所述遠程控制單元發送完所述數據或者在所述數據時段沒有所述數據發送后，設置定時器，以使所述無線變送器進入休眠狀態。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述遠程控制單元將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器，包括: 所述遠程控制單元設置所述遠程控制單元的定時器，以依據所述定時器進行所述數據時段與所述信標時段的轉換；所述遠程控制單元在所述時鐘同步中的信標時段，向所述無線變送器發送所述信標幀； 所述遠程控制單元在所述數據時段接收所述無線變送器發送的所述數據； 所述遠程控制單元將所述接收單元接收的所述數據發送到所述網絡適配器。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 所述無線路由器將所述服務器發送的下行數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述網絡適配器； 所述網絡適配器將所述無線路由器通過所述WIFI網絡發送的下行數據報文解封裝為下行數據，并將所述下行數據發送到所述遠程控制單元； 所述遠程控制單元接收所述網 絡適配器發送的所述下行數據并將所述下行數據發送到所述無線變送器； 所述無線變送器接收所述遠程控制單元通過所述無線自組織網絡發送的所述下行數據，以根據所述下行數據采集所述數據。
全文摘要
本發明實施例提供一種油田數據傳輸系統及其方法，該系統包括無線變送器，用于在時鐘同步中的數據時段采集數據并將所述數據通過所述無線自組織網絡發送到所述遠程控制單元；遠程控制單元，與相鄰的所述網絡適配器建立連接，并將所述無線變送器發送的數據通過所述無線自組織網絡發送到所述網絡適配器；網絡適配器，用于將所述遠程控制單元發送的所述數據封裝成數據報文，并將所述數據報文通過所述WIFI網絡發送到所述無線路由器；無線路由器，用于將所述網絡適配器發送的所述數據發送到所述服務器。本發明實施例極大降低了無線變送器數據傳輸的功耗，可支持油井數據采集和視頻傳輸業務，并提高了數據傳輸的可靠性。
文檔編號H04W84/12GK103167632SQ20111041670
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者王海林, 馬奎, 陳秉梁, 王剛, 張亮, 吳正成, 沈杰, 劉海濤 申請人:無錫國科微納傳感網科技有限公司