无线网络技术在某油田油气生产物联网中的应用

尼加提·阿尤甫 吕颖璇 袁骁 耿霖峰 刘鑫

【摘要】    西部某油田地处边疆偏远地区，油井多为无人区，几乎无电信运营商的光缆和无线基站信号覆盖。给油气生产物联网建设带来诸多不便，本文结合油田生产的实际需求，对无线网络技术进行了对比分析，本着高“效费比”的原则对该无线网络进行了讨论与构建，实现了TD-LTE 4G和无线网桥混合组网模式，为油气生产物联网建设提供了有力支持。

【关键词】    无线网络技术    TD-LTE 4G    带宽    无线网桥    物联网

一、无线网络技术

无线网络技术是利用电磁波发送和接受数据的非线缆网络技术，具有较强的移动性和灵活性特征，它突破了有线模式束缚，实现了用户在网络覆盖范围内的任何地方的数据传输和交互，它具有：

1.1安装便携

网络布线施工工程在网络建设中施工工期最长，对周边环境影响较大，特别是在石油行业中，危险区域较多，地下管线复杂，简单的开挖动土，都要经过极严格的审批，浪费了大量人力和物力。而无线网络一般只安装一个或多个AP设备即可实现。

1.2高移动性

由于摆脱了线缆束缚，只要有网络覆盖的区域，现场操作人员就可以进行移动办公。

1.3可扩充性强

无线网络组网灵活，打破有线网络结构方面的局限性，可根据现场的情况灵活配置，距离长增加中继，用户多增加AP，不用时还可以移动到其他区域，特别适合于我们油井场所。

无线通信技术经过多年发展，主要形成了TD-LTE 4G、McWill （Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路）、无线网桥及无线WIFI等技术。

二、无线网络技术对比

通过技术对比，无线网桥更适合点对点之间数据传输，WIFI覆盖范围只为100m，MCWill带宽无法满足多单井同时传输视频的要求，LTE是由3GPP组织制定的全球通用标准，包含FDD和TDD两种模式，用于成对频谱和非成对频谱。TDD即时分双工（Time Division Duplexing），是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD频分双工相对应。TD-LTE是TDD版本的LTE的技术。TD-LTE技术的优缺点：

2.1优点

（1）频谱利用率高;

（2）对功控要求低。

2.2缺点

（1）同步要求高 TD需要GPS同步，同步的准确程度对于整个系统至关重要;

（2）码资源受限TD 码数少于业务需求的量;

（3）干扰问题;

（4）较慢的移动速度。

由表1可知：TD-LTE网络作为高带宽、低时延、低成本、广覆盖的网络平台，可以很好的实现一线井场/站点的业务终端与上层数据采集、生产管理和自动控制的连接。采用全IP网络架构设计的TD-LTE系统，可满足油田的地形特殊、生产工作现场分散和重点区域视频监控等业务需求。

三、西部某作业区无线网络架构

3.1在油井比较密集的区域、计量间和处理站，我们采用TD-LTE 4G网络进行组网。

TD-LTE 4G无线通信技术引用，可弥补光纤网络的不足，沙漠腹地网络布线较困难的问题可被解决。设计时充分考虑到移动沙丘对TD-LTE 4G网络的影响，地势较为平坦处，选用30米铁塔部署基站，沙丘起伏较大处，选用55米铁塔部署基站。其主要设备和部署为：

（1）核心控制设备eCNS安装在各个作业区机房，通过GE端口与eNodeB基带单元BBU主控传输板LMPT连接。eCNS和汇聚层交换机采用负荷分担或主备方式进行连接，以增强可靠性。

（2）基站eNodeB通过FE/GE接口连接核心控制设备。RRU安装在塔上，通过光纤接入BBU基带处理板LBBP CPRI接口。

每个eNodeB规划到网管设备、eCNS设备的路由，业务、网管及X2通讯的需求可被满足。同时eCNS设备也需要规划到所管理的各eNodeB局点路由。考虑到安全，可为TD-LTE规划独立的VPN进行逻辑隔离。eNodeB传输带宽可根据实际需要配置。

项目实施后，使用30米的铁塔部署基站，信号覆盖范围为10km，现场生产实时数据及视频图像传输的需求可被满足;使用55米铁塔部署基站，覆盖范围达12KM，基本的传输需求可被满足，但个别单井由于地势较低，信号质量较差。

3.2比较偏远的单井或TD-LTE 4G网络的盲区，我们采用了無线网桥作为有效补充。

无线网桥技术是目前流行的无线宽带局域网技术，它具有带宽高，传输速率快，支持短距离视距传输，不具备频率复用，并具有大规模组网能力的无线传输网络。 无线网桥一般采用点对点传输方式，也可以采用点对多点传输方式进行部署，点对多点方式由于受传输距离、覆盖范围所限，一般一个中心站网桥带20个左右的用户站网桥。

根据地理位置，目前安装点对点无线网桥4对。联合站是4条无线链路的汇聚点，为了避免4跳无线链路之间相互干扰，确保高带宽无线链路稳定，特别在联合站安装无线网桥同步系统1套。所有设备使用POE的供电方式，设备体积小，连接简单，传输稳定，基本满足该作业区油气生产物联网的需求。

根据油田统一规划，该作业区无线网络架构已经基本建成，实现了作业区油气水井、计量间、处理站等场所生产数据自动采集、生产过程实时监控、生产环境自动监测，优化了生产管理方式与组织结构，提高了工作效率。同时，配套开发实时数据监测分析系统，多渠道、多场景使用实时数据，实现了作业区中控室、区域中心、油田协同中心、总部决策中心多层协同工作。

四、结束语

通过对无线网络在油气物联网中的应用研究，西部某作业区接入层实现了TD-LTE 4G和无线网桥混合组网模式，大大降低了物联网项目建设成本，同时也提高了网络的稳定性，但无线网络的安全性值得我们以后重视和研究。

项目实施后，选用30米铁塔部署基站，信号覆盖范围可达到10km，单基站平均上行吞吐率75Mbit/s，下行吞吐率63 Mbit/s，满足现场生产实时数据及视频图像传输需求;选用55米铁塔部署基站，覆盖范围达12KM，基本满足传输需求，但个别单井由于地势较低，信号质量较差。

3.2比较偏远的单井或TD-LTE 4G网络的盲区，我们采用了无线网桥作为有效补充。

无线网桥技术是目前流行的无线宽带局域网技术，它具有带宽高，传输速率快，支持短距离视距传输，不具备频率复用，并具有大规模组网能力的无线传输网络。 无线网桥一般采用点对点传输方式，也可以采用点对多点传输方式进行部署，点对多点方式由于受传输距离、覆盖范围所限，一般一个中心站网桥带20个左右的用戶站网桥。

根据地理位置，目前安装点对点无线网桥4对。联合站是4条无线链路的汇聚点，为了避免4跳无线链路之间相互干扰，确保高带宽无线链路稳定，特别在联合站安装无线网桥同步系统1套。所有设备使用POE的供电方式，设备体积小，连接简单，传输稳定，基本满足该作业区油气生产物联网的需求。

根据油田统一规划，该作业区无线网络架构已经基本建成，实现了作业区油气水井、计量间、处理站等场所生产数据自动采集、生产过程实时监控、生产环境自动监测，优化了生产管理方式与组织结构，提高了工作效率。同时，配套开发实时数据监测分析系统，多渠道、多场景使用实时数据，实现了作业区中控室、区域中心、油田协同中心、总部决策中心多层协同工作。

四、结束语

通过对无线网络在油气物联网中的应用研究，西部某作业区接入层实现了TD-LTE 4G和无线网桥混合组网模式，大大降低了物联网项目建设成本，同时也提高了网络的稳定性，但无线网络的安全性值得我们以后重视和研究。

参  考  文  献

[1] 何琳琳，4G移动通信系统的主要特点和关键技术.移动通信， 2004.

[2] 刘伟，4G移动通信系统研究进展与关键技术.中国数据通信， 2004.