MESH网桥技术在井口远传系统中的应用

顾翔等

摘 要：无线Mesh网络（无线网状网络）也称为"多跳（multi-hop）"网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客户端）组成.相对于传统无线局域网（WLAN）采用的点到点或者点到多点的拓扑结构，MESH网桥的任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。文章结合苏里格目前图像传输方式，结合实际试验，对几种无线传输方式进行了对比和分析，对单井视频传输，以及将来井控数据为通讯基础的无线网络进行了应用和研究。

关键词：无线传输；mesh网桥；井口安防

1 MESH网桥技术介绍

Mesh网络即“无线蜂窝网格网络”，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。Mesh网络要比单跳网络更加稳定，这是因为在数据通信中，网络性能的发挥并不是仅依靠某个节点。在传统的单跳无线网络中，如果固定的节点发生故障，那么该网络中所有的无线设备都不能进行通信。而在Mesh网络中，如果某个节点发生故障，它可以重新再选择一个节点进行通信，数据仍然可以高速地到达目的地。从物理角度而言，无线通信意味着通信距离越短，通信的效果会越好。因为随着通信距离的增长，无线信号不但会衰弱而且会相互干扰，从而降低数据通信的效率。而在Mesh网络中，是以一条条较短的无线网络连接代替以往长距离的连接，从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。同时，MESH网桥系统具有较大的传输带宽，可以满足数字高清视屏的传输要求，并且由于灵活的组网传输方式，通讯覆盖能力可达到70%以上，这两点正符合苏里格地区采气井井口图像采集系统的要求。

2 MESH网桥技术的应用

2.1 MESH网络搭建

2.1.1 设备功耗分析

在搭建MESH网桥井口图像采集系统时，首先得确定增加设备后，井口供电系统是否能够满足井口供电需求。目前井口供电系统总功耗约为10W，增加的MESH网桥系统设备功耗约为3W，考虑供电损耗，安装MESH网桥井口设备总功耗按照14W考虑。井口太阳能电池为65W，风力发电机为300W，使用蓄电池容量为120Ah计算井口供电情况如下：

注：D'-蓄电池充电天数；U-回路供电电压；C-蓄电池容量；W'-井口太阳能及风力发电机可提供的电量；W-井口设备消耗的电量；

由公式1和公式2计算结果可知，安装MESH网桥后，蓄电池可保证4.28天的井口供电，而仅需要1.28天蓄电池就可以充满，所以安装MESH网桥后，目前的井口供电系统完全可以满足供电需求。

2.1.2 网络规划组网设计

首先对苏东x站所有实验井井场和站内进行实地勘察，通过对数据分析，设计出最优的通讯链路。

通过对井口GPS坐标及海拔高度利用专用通讯模拟测试，设计好苏东x站MESH网桥网络拓扑图，最终有7个井场与站内直接通讯，剩余7口通过跳转进行通讯。根据设计好的拓扑图，对井口拍照系统进行了改造。经过对苏东x站单井口MESH网桥组网规划、拓扑图设计和通讯信号的实地测试，信号测试通讯率达到100%。

2.2 基于MESH网桥技术的图像采集功能

在MESH网络搭建好后，首先进行了井口实时视频接入功能实验，由于MESH网桥最大传输带宽达到300M，井口摄像头均采用高清摄像头，在保证视频流畅的情况下，最高可采集10路画质为720P的高清井口实时视频。

MESH网桥视频目前已成功应用在加热炉、分离器井等重点井场监控中，监控视屏清晰，且传输稳定。

2.3 基于MESH网桥技术的语音通讯功能

普通的智能WIFI手机可以通过安装开发好的授权软件接入MESH网络，在调控中心电脑上安装服务器软件，两者通过拨号，通过无线网络建立井口与站内甚至监控中心的语音通讯。

2.4 基于MESH网桥技术的井口数据接入功能

MESH网络提供了井口到站内的通讯链路，井口的数据同样可以通过MESH网络接入站内。目前厂内使用的井口RTU及站内的PLC控制器都提供以太网络接口，只需要将以太网口与MESH网桥连接，站内控制器就可以通过MODBUS TCP/IP协议读取井口数据。

2.5 基于MESH网桥技术可扩展的功能

2.5.1 井口远程监护功能

将井口摄像头换为有红外夜视功能的摄像头，通过MESH网桥视频系统实现全天候井场监控。实时视频可以对重点井口作业项目进行远程监护，及时发现并纠正作业过程中的违章操作，保证井口施工安全。同时，对于牧民报告的井口异常情况也可以用这种办法进行快速确认，减少了由于误报造成的资源浪费。另外井口摄像头具有前端视频存储功能，可以保存一个星期的视频资料，这对于杜绝井场设施偷盗现象、井口设备异常分析及井口事故分析等具有一定的帮助。

2.5.2 井口闯入报警功能

由于实时视频的接入，可以在后端架设处理设备，对井口视频进行移动侦测分析，对井场画面中出现的人、车进行分析告警，并将告警信号发送到监控中心。监控人员接受到告警信号后可通过查看实时视频和历史记录两种方式，对闯入异常情况进行分析，并做出相应的处理。通过移动侦测功能，监控人员不必再逐口井进行视频翻看，而是有重点的对井场异常画面进行查看，不仅提高了监控员工的工作效率，还提高了系统的实用性。

2.5.3 井口一键关断功能

传统轮询采集系统，要实现一键关井的功能，是在控制器内编程，按照顺序对井口电磁阀进行逐一操作，对于井口数较多的站，关闭全部井口需要几十分钟甚至几小时。基于MESH网络的并发特性，使得实现真正意义上的井口一键关断功能成为可能，监控中心只需要发出一个命令，就可以同时关断所有井口的截断阀。

2.5.4 井口RTU远程维护

将井口RTU接入MESH网络，维护人员可以通过网络访问井口的RTU，对井口RTU进行程序修改，数据监测等维护工作。足不出户即可解决井口自控系统故障，这一功能有效降低了单井自控系统维护的工作量，减少了维护人员井口作业的次数。

3 应用效果评价

MESH网桥技术的应用，实现了井口视频实时监控。为气井管理增加了一种可视化的手段，提高了井口安全生产水平。

MESH网桥设备故障率低，并且具有SCS自诊断功能，利用后台管理功能，可对设备进行远程故障诊断、数据拷贝等工作，同时利用MESH网桥技术实现了井口RTU远程调试的功能，最大程度减少了维护人员上井维护工作量。

实现了井口与站内的语音通讯功能，惠及广大员工。一方面解决了野外没信号时无法与站内通讯的问题。

实现了图像、语音、RTU数据三种信息的并发功能。找到了一种功能强大，切实可行的井口数据传输技术。

MESH网桥技术，提供了一条单井到站内的数据“高速公路”。通过这条高速公路，可以将更多类型的井口数据传回站内，这为井口安防系统、自控系统完善开发带来了无限的可能。endprint

摘 要：无线Mesh网络（无线网状网络）也称为"多跳（multi-hop）"网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客户端）组成.相对于传统无线局域网（WLAN）采用的点到点或者点到多点的拓扑结构，MESH网桥的任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。文章结合苏里格目前图像传输方式，结合实际试验，对几种无线传输方式进行了对比和分析，对单井视频传输，以及将来井控数据为通讯基础的无线网络进行了应用和研究。

关键词：无线传输；mesh网桥；井口安防

1 MESH网桥技术介绍

Mesh网络即“无线蜂窝网格网络”，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。Mesh网络要比单跳网络更加稳定，这是因为在数据通信中，网络性能的发挥并不是仅依靠某个节点。在传统的单跳无线网络中，如果固定的节点发生故障，那么该网络中所有的无线设备都不能进行通信。而在Mesh网络中，如果某个节点发生故障，它可以重新再选择一个节点进行通信，数据仍然可以高速地到达目的地。从物理角度而言，无线通信意味着通信距离越短，通信的效果会越好。因为随着通信距离的增长，无线信号不但会衰弱而且会相互干扰，从而降低数据通信的效率。而在Mesh网络中，是以一条条较短的无线网络连接代替以往长距离的连接，从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。同时，MESH网桥系统具有较大的传输带宽，可以满足数字高清视屏的传输要求，并且由于灵活的组网传输方式，通讯覆盖能力可达到70%以上，这两点正符合苏里格地区采气井井口图像采集系统的要求。

2 MESH网桥技术的应用

2.1 MESH网络搭建

2.1.1 设备功耗分析

在搭建MESH网桥井口图像采集系统时，首先得确定增加设备后，井口供电系统是否能够满足井口供电需求。目前井口供电系统总功耗约为10W，增加的MESH网桥系统设备功耗约为3W，考虑供电损耗，安装MESH网桥井口设备总功耗按照14W考虑。井口太阳能电池为65W，风力发电机为300W，使用蓄电池容量为120Ah计算井口供电情况如下：

注：D'-蓄电池充电天数；U-回路供电电压；C-蓄电池容量；W'-井口太阳能及风力发电机可提供的电量；W-井口设备消耗的电量；

由公式1和公式2计算结果可知，安装MESH网桥后，蓄电池可保证4.28天的井口供电，而仅需要1.28天蓄电池就可以充满，所以安装MESH网桥后，目前的井口供电系统完全可以满足供电需求。

2.1.2 网络规划组网设计

首先对苏东x站所有实验井井场和站内进行实地勘察，通过对数据分析，设计出最优的通讯链路。

通过对井口GPS坐标及海拔高度利用专用通讯模拟测试，设计好苏东x站MESH网桥网络拓扑图，最终有7个井场与站内直接通讯，剩余7口通过跳转进行通讯。根据设计好的拓扑图，对井口拍照系统进行了改造。经过对苏东x站单井口MESH网桥组网规划、拓扑图设计和通讯信号的实地测试，信号测试通讯率达到100%。

2.2 基于MESH网桥技术的图像采集功能

在MESH网络搭建好后，首先进行了井口实时视频接入功能实验，由于MESH网桥最大传输带宽达到300M，井口摄像头均采用高清摄像头，在保证视频流畅的情况下，最高可采集10路画质为720P的高清井口实时视频。

MESH网桥视频目前已成功应用在加热炉、分离器井等重点井场监控中，监控视屏清晰，且传输稳定。

2.3 基于MESH网桥技术的语音通讯功能

普通的智能WIFI手机可以通过安装开发好的授权软件接入MESH网络，在调控中心电脑上安装服务器软件，两者通过拨号，通过无线网络建立井口与站内甚至监控中心的语音通讯。

2.4 基于MESH网桥技术的井口数据接入功能

MESH网络提供了井口到站内的通讯链路，井口的数据同样可以通过MESH网络接入站内。目前厂内使用的井口RTU及站内的PLC控制器都提供以太网络接口，只需要将以太网口与MESH网桥连接，站内控制器就可以通过MODBUS TCP/IP协议读取井口数据。

2.5 基于MESH网桥技术可扩展的功能

2.5.1 井口远程监护功能

将井口摄像头换为有红外夜视功能的摄像头，通过MESH网桥视频系统实现全天候井场监控。实时视频可以对重点井口作业项目进行远程监护，及时发现并纠正作业过程中的违章操作，保证井口施工安全。同时，对于牧民报告的井口异常情况也可以用这种办法进行快速确认，减少了由于误报造成的资源浪费。另外井口摄像头具有前端视频存储功能，可以保存一个星期的视频资料，这对于杜绝井场设施偷盗现象、井口设备异常分析及井口事故分析等具有一定的帮助。

2.5.2 井口闯入报警功能

由于实时视频的接入，可以在后端架设处理设备，对井口视频进行移动侦测分析，对井场画面中出现的人、车进行分析告警，并将告警信号发送到监控中心。监控人员接受到告警信号后可通过查看实时视频和历史记录两种方式，对闯入异常情况进行分析，并做出相应的处理。通过移动侦测功能，监控人员不必再逐口井进行视频翻看，而是有重点的对井场异常画面进行查看，不仅提高了监控员工的工作效率，还提高了系统的实用性。

2.5.3 井口一键关断功能

传统轮询采集系统，要实现一键关井的功能，是在控制器内编程，按照顺序对井口电磁阀进行逐一操作，对于井口数较多的站，关闭全部井口需要几十分钟甚至几小时。基于MESH网络的并发特性，使得实现真正意义上的井口一键关断功能成为可能，监控中心只需要发出一个命令，就可以同时关断所有井口的截断阀。

2.5.4 井口RTU远程维护

将井口RTU接入MESH网络，维护人员可以通过网络访问井口的RTU，对井口RTU进行程序修改，数据监测等维护工作。足不出户即可解决井口自控系统故障，这一功能有效降低了单井自控系统维护的工作量，减少了维护人员井口作业的次数。

3 应用效果评价

MESH网桥技术的应用，实现了井口视频实时监控。为气井管理增加了一种可视化的手段，提高了井口安全生产水平。

MESH网桥设备故障率低，并且具有SCS自诊断功能，利用后台管理功能，可对设备进行远程故障诊断、数据拷贝等工作，同时利用MESH网桥技术实现了井口RTU远程调试的功能，最大程度减少了维护人员上井维护工作量。

实现了井口与站内的语音通讯功能，惠及广大员工。一方面解决了野外没信号时无法与站内通讯的问题。

实现了图像、语音、RTU数据三种信息的并发功能。找到了一种功能强大，切实可行的井口数据传输技术。

MESH网桥技术，提供了一条单井到站内的数据“高速公路”。通过这条高速公路，可以将更多类型的井口数据传回站内，这为井口安防系统、自控系统完善开发带来了无限的可能。endprint

摘 要：无线Mesh网络（无线网状网络）也称为"多跳（multi-hop）"网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术，由Mesh routers（路由器）和Mesh clients（客户端）组成.相对于传统无线局域网（WLAN）采用的点到点或者点到多点的拓扑结构，MESH网桥的任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。文章结合苏里格目前图像传输方式，结合实际试验，对几种无线传输方式进行了对比和分析，对单井视频传输，以及将来井控数据为通讯基础的无线网络进行了应用和研究。

关键词：无线传输；mesh网桥；井口安防

1 MESH网桥技术介绍

Mesh网络即“无线蜂窝网格网络”，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。Mesh网络要比单跳网络更加稳定，这是因为在数据通信中，网络性能的发挥并不是仅依靠某个节点。在传统的单跳无线网络中，如果固定的节点发生故障，那么该网络中所有的无线设备都不能进行通信。而在Mesh网络中，如果某个节点发生故障，它可以重新再选择一个节点进行通信，数据仍然可以高速地到达目的地。从物理角度而言，无线通信意味着通信距离越短，通信的效果会越好。因为随着通信距离的增长，无线信号不但会衰弱而且会相互干扰，从而降低数据通信的效率。而在Mesh网络中，是以一条条较短的无线网络连接代替以往长距离的连接，从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。同时，MESH网桥系统具有较大的传输带宽，可以满足数字高清视屏的传输要求，并且由于灵活的组网传输方式，通讯覆盖能力可达到70%以上，这两点正符合苏里格地区采气井井口图像采集系统的要求。

2 MESH网桥技术的应用

2.1 MESH网络搭建

2.1.1 设备功耗分析

在搭建MESH网桥井口图像采集系统时，首先得确定增加设备后，井口供电系统是否能够满足井口供电需求。目前井口供电系统总功耗约为10W，增加的MESH网桥系统设备功耗约为3W，考虑供电损耗，安装MESH网桥井口设备总功耗按照14W考虑。井口太阳能电池为65W，风力发电机为300W，使用蓄电池容量为120Ah计算井口供电情况如下：

注：D'-蓄电池充电天数；U-回路供电电压；C-蓄电池容量；W'-井口太阳能及风力发电机可提供的电量；W-井口设备消耗的电量；

由公式1和公式2计算结果可知，安装MESH网桥后，蓄电池可保证4.28天的井口供电，而仅需要1.28天蓄电池就可以充满，所以安装MESH网桥后，目前的井口供电系统完全可以满足供电需求。

2.1.2 网络规划组网设计

首先对苏东x站所有实验井井场和站内进行实地勘察，通过对数据分析，设计出最优的通讯链路。

通过对井口GPS坐标及海拔高度利用专用通讯模拟测试，设计好苏东x站MESH网桥网络拓扑图，最终有7个井场与站内直接通讯，剩余7口通过跳转进行通讯。根据设计好的拓扑图，对井口拍照系统进行了改造。经过对苏东x站单井口MESH网桥组网规划、拓扑图设计和通讯信号的实地测试，信号测试通讯率达到100%。

2.2 基于MESH网桥技术的图像采集功能

在MESH网络搭建好后，首先进行了井口实时视频接入功能实验，由于MESH网桥最大传输带宽达到300M，井口摄像头均采用高清摄像头，在保证视频流畅的情况下，最高可采集10路画质为720P的高清井口实时视频。

MESH网桥视频目前已成功应用在加热炉、分离器井等重点井场监控中，监控视屏清晰，且传输稳定。

2.3 基于MESH网桥技术的语音通讯功能

普通的智能WIFI手机可以通过安装开发好的授权软件接入MESH网络，在调控中心电脑上安装服务器软件，两者通过拨号，通过无线网络建立井口与站内甚至监控中心的语音通讯。

2.4 基于MESH网桥技术的井口数据接入功能

MESH网络提供了井口到站内的通讯链路，井口的数据同样可以通过MESH网络接入站内。目前厂内使用的井口RTU及站内的PLC控制器都提供以太网络接口，只需要将以太网口与MESH网桥连接，站内控制器就可以通过MODBUS TCP/IP协议读取井口数据。

2.5 基于MESH网桥技术可扩展的功能

2.5.1 井口远程监护功能

将井口摄像头换为有红外夜视功能的摄像头，通过MESH网桥视频系统实现全天候井场监控。实时视频可以对重点井口作业项目进行远程监护，及时发现并纠正作业过程中的违章操作，保证井口施工安全。同时，对于牧民报告的井口异常情况也可以用这种办法进行快速确认，减少了由于误报造成的资源浪费。另外井口摄像头具有前端视频存储功能，可以保存一个星期的视频资料，这对于杜绝井场设施偷盗现象、井口设备异常分析及井口事故分析等具有一定的帮助。

2.5.2 井口闯入报警功能

由于实时视频的接入，可以在后端架设处理设备，对井口视频进行移动侦测分析，对井场画面中出现的人、车进行分析告警，并将告警信号发送到监控中心。监控人员接受到告警信号后可通过查看实时视频和历史记录两种方式，对闯入异常情况进行分析，并做出相应的处理。通过移动侦测功能，监控人员不必再逐口井进行视频翻看，而是有重点的对井场异常画面进行查看，不仅提高了监控员工的工作效率，还提高了系统的实用性。

2.5.3 井口一键关断功能

传统轮询采集系统，要实现一键关井的功能，是在控制器内编程，按照顺序对井口电磁阀进行逐一操作，对于井口数较多的站，关闭全部井口需要几十分钟甚至几小时。基于MESH网络的并发特性，使得实现真正意义上的井口一键关断功能成为可能，监控中心只需要发出一个命令，就可以同时关断所有井口的截断阀。

2.5.4 井口RTU远程维护

将井口RTU接入MESH网络，维护人员可以通过网络访问井口的RTU，对井口RTU进行程序修改，数据监测等维护工作。足不出户即可解决井口自控系统故障，这一功能有效降低了单井自控系统维护的工作量，减少了维护人员井口作业的次数。

3 应用效果评价

MESH网桥技术的应用，实现了井口视频实时监控。为气井管理增加了一种可视化的手段，提高了井口安全生产水平。

MESH网桥设备故障率低，并且具有SCS自诊断功能，利用后台管理功能，可对设备进行远程故障诊断、数据拷贝等工作，同时利用MESH网桥技术实现了井口RTU远程调试的功能，最大程度减少了维护人员上井维护工作量。

实现了井口与站内的语音通讯功能，惠及广大员工。一方面解决了野外没信号时无法与站内通讯的问题。

实现了图像、语音、RTU数据三种信息的并发功能。找到了一种功能强大，切实可行的井口数据传输技术。

MESH网桥技术，提供了一条单井到站内的数据“高速公路”。通过这条高速公路，可以将更多类型的井口数据传回站内，这为井口安防系统、自控系统完善开发带来了无限的可能。endprint