基于WSN的数据传输现场监控设计

王丽彬 南昌大学抚州医学分院

基于WSN的数据传输现场监控设计

王丽彬 南昌大学抚州医学分院

传播介质、多节点通信、存储资源和能量问题将会影响数据在无线传感器网络中的传输。无线传感器网络的天线模块可完成无线信号的发送与接收，但必须进行合理的天线设计。结合数字化油田的相关需求和油田的实际生产环境，设计基于WSN的数据传输现场监控系统。该系统经过综合测试和长庆油田某区块的现场应用效果良好，效益明显，为油田的数字化建设奠定了基础。

数据传输；双缓冲传输；油田监控；天线全向性

随着数字化油田的不断发展，现场监控系统的建设需要稳定可靠的数据传输来实现。针对数据传输中存在的问题，结合油田数字化的需求，提出双缓冲传输机制，设计基于WSN的数据传输现场监控系统。

1 双缓冲传输机制和天线全向性

无线传感器网络技术中数据传输至关重要，优化进行数据传输的路径涉及多种关键技术。在现场监控系统中，传输图像数据比无线传感器网络数据更大，数据图像需要多个数据包发送，节点数的增加严重影响传输速率，因此需要解决在节点数增加的情况下提高数据传输速率的问题。传播介质、多节点通信、存储资源和能量问题将会影响数据在无线传感器网络中的传输。

单缓冲传输机制的数据包只需要在到达终节点时进行数据校验，在中间节点不进行数据校验，同时发回数据响应。单缓冲传输机制存在时间消耗长和出错率高的问题，在解决单缓冲传输机制存在问题的基础上设计数据包双缓冲传输机制。

对比两种传输机制的传输性能，单缓冲传输机制只能进行一次节点响应，双缓冲传输机制可同时进行多节点响应；双缓冲传输介质提高了传输速率，双缓冲传输机制有较好的传输性能，在节点数目逐渐增大时，优越性更加明显。

无线传感器网络的天线模块可完成无线信号的发送与接收，但必须进行合理的天线设计。设计合理的天线其具有全向性，但不合理的天线设计将会导致节点无法正常工作。对于天线模块而言，阻抗匹配可使天线达到最佳的发射功率，可以减少相移带来的噪声影响。

2 现场监控系统软设计及应用

设计无线传感器网络节点硬件需要考虑电磁兼容和静电放电两个问题。无线传感器网络的节点尺寸小、成本低且随处可用。电磁兼容和静电放电对于硬件部分的影响无法全部避免，而只能逐渐减少。元器件的组合影响系统性能、可靠性和寿命周期技术指标，合理选择和搭配电子元器件非常重要。同样，软件设计需要优选操作系统，抽象出各硬件细节，优化数据传输算法，加快数据传输速度。监控系统软件部分由调度算法、协议栈、地址分配和节点休眠算法组成。

在分析单缓冲传输机制弊端的基础上，设计双缓冲传输机制，讨论天线的全向性问题。合理分析巴伦电路阻抗匹配的重要性，为现场监控系统的软硬件设计打下良好的基础。在此基础上，设计基于WSN的数据传输现场监控系统。该系统经综合测试效果良好。同时，该系统在长庆油田某区块有良好的应用，效益明显，为油田的生产提供了便利。现场监控系统减少了现场巡逻和值班人员的数量，控制了投资的成本，提升了油气井管理水平，保证了油田生产安全。

3 结语

在分析单缓冲传输机制弊端的基础上，设计双缓冲传输机制并进行其性能分析，讨论天线的全向性问题，为现场监控系统的软硬件设计打下良好基础。在此基础上，结合数字化油田的相关需求和油田的实际生产环境，设计基于WSN的数据传输现场监控系统。该系统经过综合测试和长庆油田某区块的现场应用效果良好，效益明显，为油田的数字化建设奠定了基础。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.046