面向天然气应用的无线数据业务支撑架构

何君莲 刘根利 潘义强 刘竟成

摘 要：隨着天然气工业中无线业务对其支撑平台的弹性高效管理需求凸显，企业内部数据呈几何级级数快速增长，对无线传输技术提出了更高的要求，结合无线mesh技术提出建立高效业务处理引擎架构模型和邻近节点传输时延与功率优化均衡机制，实现天然气数据业务的高效、安全汇聚与传输。

关键词：天然气;无线传输;数据业务

1 前言

伴随移动互联网技术的快速迭代，从以前只能满足基本通话功能的1G移动网络时代到现在万物互联的5G时代，其在天然气工业中亦得到广泛应用。面对天然气工业中从勘探、生成、销售、安全等各方面的数据业务呈指数级快速增长，尤其是工业4.0概念的提出，对数据的处理能力、传输能力提出了更高的要求。另一方面，无线通信技术的发展也是不断快速发展，不同的网络架构和技术不断出现。与常见的WiMAX网络、蜂窝数据网络、Wi-Fi网络等传统网络相比，无线Mesh 网络在工业物联网的应用逐渐得到重视[1-2]。为实现面向天然气工业领域中的无线Mesh网络的高效安全传输，需建立相应的业务支撑架构，实现网络资源的归一化优化利用。

2 构建无线数据业务支撑架构

天然气行业集勘探、开发、运输、销售，有大量的数据记录，需要进行数据分析和处理[2]。为了有效保证天然气工业的数据业务得到有效的利用，提高生产效率，降低成本，对天然气工业的发展至关重要，因此提出了无线数据业务支撑架构。其技术方案包括建立高效业务处理引擎架构模型、建立邻近节点传输时延与功率优化均衡机制等步骤[3-6]。

3 无线Mesh传输路径能效选择策略

无线Mesh通过客户端和路由器组成[7]。随着接入互联网的设备越来越多，如何降低通信系统能耗成了无线mesh中的问题之一。其路径的选择结果，将会直接影响整个系统的数据吞吐量、传输时延和整体能耗。

3.1 无线mesh路由协议

目前关于mesh网络路由协议主要还是集中在通过如何改善路由权值或传输路径的选择上，这在一定程度上可以改善网络的性能、提高数据传输效率，但在实际场景中却存在一定的问题，分析其主要原因是这些改进方法对现有设备的兼容性存在问题[8]。在面向天然气应用的无线数据支撑架构中，通过在无线mesh协议中配置最大时延、最小带宽等参数，在数据传输时与路由权重一起作为传输路径最优选择方案，建立邻近点的传输路径，降低传输时延和传输功耗。

3.2 无线mesh网络信道分配技术

针对天然气工业中的传感设备快速增多，在相同区域内设备越多，对信道的资源利用效率越高，为了降低信道之间的相互干扰，提高网络传输的性能，好的信道分配算法就显得尤为重要。根据无线mesh网络的特点，mesh路由节点被分成负责网关服务器的回程接口和负责网络节点间服务转发和数据转发的传输接口。

3.3 多信道分配算法

DSDV协议和DSR协议共同组成了标准的AODV 路由协议，虽然AODV 路由协议是在DSR协议上建立的，但是AODV 路由协议却不是源路由。在小网络规模中，虽然标准AODV 协议对节点的控制、管理、存储比先验路由协议更少，但是却使延迟增加了。通过采用一种新的信道分配方式，能够进一步提高网络通信容量。新的路由发现过程如下：

（1） 每一个节点在接收到上一个节点的RREQ/ RREP，记录发送端的地址和来源接口信息。

（2） 在路由列表中添加维护接口信息字段，在查询或者建立路由时，能够通过记录的地址和来源接口来唯一决定下一跳。

（3） 面对移动自组织节点网络中的节点的移动特性，可能造成发送数据链路中断或者重连，通过在无线和有线链路中添加双方的备用链路，在某个时刻有线接口出现断开过关闭等情况时，此时节点能够自动检查邻近路由信息，当查询邻近路由时，若能够到达对方，则修改下一跳的路由地址和接口信息，切换到新的信道。

（4） 如果无线和有线链路都不能够使用时，节点将向源节点单播RERR包。

采用这种形式的AODV路由发现过程，可实现信号快速切换，使丢包率更少。

在面向天然气应用的无线数据支撑架构中通过对改进AODV路由发现方式，提高切换速率，降低丢包率[8]。

4总结

大数据的快速发展，促进了天然气数据管理的智能化，面对天然气行业数据的暴增，提出了面向天然气应用的无线数据业务支撑架构。本文通过采用建立高效业务处理引擎架构模型和建立邻近节点传输时延与功率优化均衡机制，实现天然气数据业务的高效、安全汇聚与传输。针对架构中的邻近节点传输时延与功率优化均衡机制，采用了无线mesh网络中的传输路径优化和信道选择来降低传输时延和功率优化。

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[8]金冬成.无线Mesh网络路径选择协议和信道分配方案的研究与改进[D].吉林大学，2012.

作者简介：

何君莲，重庆市应急管理专家、重庆市应急救援专家，重庆建筑工程职业学院高级工程师，主要从事工程管理、智慧安全等领域研究与教学工作。

（1.重庆建筑科技职业学院;2.重庆市石油与天然气学会;3.重庆科技学院;4.重庆慧策实业有限公司）