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摘要：通过对油田物联网中各个节点的分析，将油田数据传输网络分为 2 级网络结构，现场层次由能自组网、自恢复的 zigbee 树形网络实现。普通节点采集数据发送到小区中心节点，中心节点通过 GPRS 或 CDMA 网络将数据发送至远程的数据服务器。风险分析应随着油田物联网的不断建设逐步开展，油田物联网生命周期的不同阶段也需要进行风险分析。
关键词：油田物联网；HART；Zigbee；风险识别
一、理论网络结构模型
（一）单层网络结构
在现有的自动化油田数据采集传输方案中，为一台油井设备通过有线或无线方式接载多路传感器，经过中心节点进行数据采集，收集各路数据之后，通过有线或无线的方式传送至数据中心，如图1所示。这种网络结构要求每台抽油机或其他设备，均通过有线或无线方式与数据中心连接。这种网络结构的优点是：结构简单，传输可靠，抗干扰能力强。一个设备的损坏或者线路故障时，不会影响其它油井正常使用，不会造成整个系统崩溃，系统的安全可靠性比较高。
（二）多层网络结构
另外一种方案是将油田数据采集网络结构分为两个层次，如图2所示。每个工作小区现场布设普通节点和小区中心节点，小区中心为整个小区传感网络的中心，收集数据或转达命令，其通过现有的网络和架设在机房的服务器联系。
二、小区内数据传输方式选择
（一）传感器与节点之间
1、有线方式
传感器与节点之间的有线数据传输方式，当前比较常用的是HART（Highway Addressable Remote Transducer），可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10 多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。
2、 无线方式
传感器与节点之间若采用无线数据传输方式，比较常用的是433MHz和Zigbee 无线技术，它们都属于近距离无线讯技术，并且都使用ISM免执照频段，但它们各具特点。433MHz技术使用433MHz无线频段，因此相比于Zigbee，433MHz的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。
（二）普通节点与小区中心节点数据传输方式选择
普通节点与小区中心节点数据传输无线方式与上述无线传感器方案一样，Zigbee是比较好的选择。而有线方式则可在几种流行的通讯方式如里选择。目前广泛使用的串行通讯接口为RS-232C。但RS-232C在分布式监控系统中作为多机通讯使用有以下几点不足：1）数据传输率局限于20 kbit/s，传输距离局限于15m。2）不能避免共模信号在通讯中的干扰。3）只适用于点对点的通讯，无法用最少的信号线实现多点对多点的通讯。RS-422（全双工）和RS-485（半双工）串行接口总线正是为了克服上述缺点而设计的标准接口。RS-422需要两对平衡差分信号线，而RS-485只需其中一对，对于多机连接更为便利，因此，选用了RS-485作为联网的通讯是最佳选择方案。485总线是一种用于设备联网的、经济型的、传统的工业总线方式。主要特点如下：1）RS-485的数据最高传输速率为10 Mbps。2）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。3）RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000m，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。
（三）数据传输类别
数据常规上行是指各节点按照设定的采集间隔将数据采集并上传，其流程如图3所示。
1、数据按需上行，除了常规按间隔采集数据之外，在某些情况下，控制人员需要查看即时数据，这时就需要数据按需上行模式，这种模式采用一问一答模式。
三、 实现Internet 接入的方法
由图1可知，除具有与现场设备通信的能力外，基站还具有通过GPRS网络接入Internet的能力。针对传感节点的资源现状和WSN的应用领域，虽然国内外存在众多不同的网络组织管理方案以及路由算法，但基站普遍被作为数据中心和控制中心[3]。
四、网络节点的硬件设计
（一）节点硬件结构
小区中心结构如图6所示，与普通节点间差别是没有安装GPRS（CDMA）模块，即小区中心节点同时也具有完备的普通节点的采集数据和动作控制能力。除此之外，他们的太阳能电池、可充电电池大小及工作软件则有较大差别。
五、 风险识别与分析
在油田物联网建设初期，即在规划设计阶段就应开展风险分析。通过对油田物联网中各个节点的分析，识别出各种风险以及出现风险的几率，从而确定所采取的措施是否可行。
六、 结论
目前，该系统的实验已经在基于ARM9搭建的基站系统上实现，两个网络数据信息可以根据数据传输协议的转换方法顺利实现透明传输。在移动通信的GPRS平台上，实现油田WSN系统与Internet的无缝接入，随着WSN技术的不断成熟，该技术在油田远物联网领域中将具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]高志亮.数字油田及长安大学数字油田研究所介绍[EB/OL].（2005-10-04）[2010-08-12].
[2]Yick J，Mukherjee B.Ghosal D.Wireless sensor network survey[J]. Computer Networks，2008，52（12）：2292-2330.
[3]王东，张金荣，魏延，等.利用ZigBee技术构建无线传感器网络[J]. 重庆大学学报：自然科版，2006，8（8）：95-97.
关键词：油田物联网；HART；Zigbee；风险识别
一、理论网络结构模型
（一）单层网络结构
在现有的自动化油田数据采集传输方案中，为一台油井设备通过有线或无线方式接载多路传感器，经过中心节点进行数据采集，收集各路数据之后，通过有线或无线的方式传送至数据中心，如图1所示。这种网络结构要求每台抽油机或其他设备，均通过有线或无线方式与数据中心连接。这种网络结构的优点是：结构简单，传输可靠，抗干扰能力强。一个设备的损坏或者线路故障时，不会影响其它油井正常使用，不会造成整个系统崩溃，系统的安全可靠性比较高。
（二）多层网络结构
另外一种方案是将油田数据采集网络结构分为两个层次，如图2所示。每个工作小区现场布设普通节点和小区中心节点，小区中心为整个小区传感网络的中心，收集数据或转达命令，其通过现有的网络和架设在机房的服务器联系。
二、小区内数据传输方式选择
（一）传感器与节点之间
1、有线方式
传感器与节点之间的有线数据传输方式，当前比较常用的是HART（Highway Addressable Remote Transducer），可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10 多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。
2、 无线方式
传感器与节点之间若采用无线数据传输方式，比较常用的是433MHz和Zigbee 无线技术，它们都属于近距离无线讯技术，并且都使用ISM免执照频段，但它们各具特点。433MHz技术使用433MHz无线频段，因此相比于Zigbee，433MHz的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。
（二）普通节点与小区中心节点数据传输方式选择
普通节点与小区中心节点数据传输无线方式与上述无线传感器方案一样，Zigbee是比较好的选择。而有线方式则可在几种流行的通讯方式如里选择。目前广泛使用的串行通讯接口为RS-232C。但RS-232C在分布式监控系统中作为多机通讯使用有以下几点不足：1）数据传输率局限于20 kbit/s，传输距离局限于15m。2）不能避免共模信号在通讯中的干扰。3）只适用于点对点的通讯，无法用最少的信号线实现多点对多点的通讯。RS-422（全双工）和RS-485（半双工）串行接口总线正是为了克服上述缺点而设计的标准接口。RS-422需要两对平衡差分信号线，而RS-485只需其中一对，对于多机连接更为便利，因此，选用了RS-485作为联网的通讯是最佳选择方案。485总线是一种用于设备联网的、经济型的、传统的工业总线方式。主要特点如下：1）RS-485的数据最高传输速率为10 Mbps。2）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。3）RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000m，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。
（三）数据传输类别
数据常规上行是指各节点按照设定的采集间隔将数据采集并上传，其流程如图3所示。
1、数据按需上行，除了常规按间隔采集数据之外，在某些情况下，控制人员需要查看即时数据，这时就需要数据按需上行模式，这种模式采用一问一答模式。
三、 实现Internet 接入的方法
由图1可知，除具有与现场设备通信的能力外，基站还具有通过GPRS网络接入Internet的能力。针对传感节点的资源现状和WSN的应用领域，虽然国内外存在众多不同的网络组织管理方案以及路由算法，但基站普遍被作为数据中心和控制中心[3]。
四、网络节点的硬件设计
（一）节点硬件结构
小区中心结构如图6所示，与普通节点间差别是没有安装GPRS（CDMA）模块，即小区中心节点同时也具有完备的普通节点的采集数据和动作控制能力。除此之外，他们的太阳能电池、可充电电池大小及工作软件则有较大差别。
五、 风险识别与分析
在油田物联网建设初期，即在规划设计阶段就应开展风险分析。通过对油田物联网中各个节点的分析，识别出各种风险以及出现风险的几率，从而确定所采取的措施是否可行。
六、 结论
目前，该系统的实验已经在基于ARM9搭建的基站系统上实现，两个网络数据信息可以根据数据传输协议的转换方法顺利实现透明传输。在移动通信的GPRS平台上，实现油田WSN系统与Internet的无缝接入，随着WSN技术的不断成熟，该技术在油田远物联网领域中将具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]高志亮.数字油田及长安大学数字油田研究所介绍[EB/OL].（2005-10-04）[2010-08-12].
[2]Yick J，Mukherjee B.Ghosal D.Wireless sensor network survey[J]. Computer Networks，2008，52（12）：2292-2330.
[3]王东，张金荣，魏延，等.利用ZigBee技术构建无线传感器网络[J]. 重庆大学学报：自然科版，2006，8（8）：95-97.