[發(fā)明專利]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310220311.4
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN104217562B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛致遠;徐承偉;陳洪源;林明春;趙君;畢武喜;郭正虹;康葉偉;吳長訪;陳新華;張豐;陳振華;姜有文;趙晉云;劉文會;穆承廣;沈光霽;徐華天
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W84/18;C23F13/22
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所11302
• 代理人: 劉杰

1.一種用于管道運輸系統(tǒng)的安全管理維護的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集方法，該方法所用的系統(tǒng)包括陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器、硬件通信結(jié)點、結(jié)點之間的通信協(xié)議以及管理陰極保護數(shù)據(jù)的上位機和管理軟件；系統(tǒng)在每一條管線布設(shè)了一個線性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，于每條管線的起始位置安置稱為Sink結(jié)點的數(shù)據(jù)接入結(jié)點，在管線上需要采集陰極保護數(shù)據(jù)的位置布設(shè)稱為ED結(jié)點的數(shù)據(jù)采集終端結(jié)點；在Sink結(jié)點處布設(shè)管理系統(tǒng)，所以Sink節(jié)點是管理系統(tǒng)中單管線無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理者，該管理系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫與其有輸入、輸出連接，并接有低級用戶的輸出；如此的多個管線之管理系統(tǒng)輸出接有高級用戶和數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)；

所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的采集器是一款基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、工作在391MHz-464MHz頻段、具有3-5公里傳輸能力的大功率硬件通信結(jié)點；本結(jié)點采用時分復用工作方式；

所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的結(jié)點之間通信協(xié)議是用來實現(xiàn)適用于能源管道運輸環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的保障通信；該網(wǎng)絡(luò)拓撲分布基本為直線或曲線形；

所述陰極保護數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的上位機管理系統(tǒng)用戶分為五個級別：管理員級、總控級、站場級、管線級和保護站級，級別從高到低；所述管理軟件包括用戶管理模塊，結(jié)點管理模塊，各級結(jié)點拓撲圖模塊，數(shù)據(jù)的處理和分析模塊，各級數(shù)據(jù)庫的備份和上傳模塊以及硬件控制模塊；所述的用戶管理模塊基于該系統(tǒng)的管理特性，設(shè)計了五個級別的用戶，分別為管理員級、總控級、站場級、管線級和保護站級，而管理員級的用戶能對其他各個級別的用戶進行添加、刪除、修改和顯示用戶信息這幾個功能；

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護數(shù)據(jù)自動采集方法是：

1)協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)起始結(jié)點設(shè)為Sink結(jié)點，將其余結(jié)點設(shè)為ED結(jié)點；Sink結(jié)點作為直接與數(shù)據(jù)庫進行交互的主結(jié)點，其具有較強的處理、控制及存儲功能，一方面通過Sink結(jié)點向其他ED結(jié)點發(fā)送控制指令，另一方面將由ED結(jié)點傳送的數(shù)據(jù)進行匯總及上傳；ED結(jié)點作為主要的陰極保護數(shù)據(jù)的采集結(jié)點采集管道陰極保護數(shù)據(jù)并傳送給Sink結(jié)點，ED結(jié)點的數(shù)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的地理長度進行拓展，滿足長距離的需求；

2)網(wǎng)絡(luò)中各個結(jié)點使用自行設(shè)計的滿足基于能源管道運輸環(huán)境特點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“端口號映射法”協(xié)議方式，以實現(xiàn)結(jié)點之間多跳接力式的通信；“端口號映射法”協(xié)議架構(gòu)由底層到上層依次為：物理層，射頻層，網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層；網(wǎng)絡(luò)層通過調(diào)用物理層和射頻層封裝的功能函數(shù)，形成供應(yīng)用層調(diào)用的應(yīng)用層功能接口函數(shù)，應(yīng)用層通過數(shù)據(jù)包中的端口號來調(diào)用特定的功能函數(shù)，并完成相應(yīng)功能；

3)當無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)連續(xù)小于4的N個結(jié)點故障無法通信時，與故障結(jié)點相鄰的正常結(jié)點繞過故障結(jié)點正常通信；因所描述的網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離較長，信道環(huán)境復雜，干擾影響大，基于此設(shè)計了基于能源管道運輸環(huán)境特點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的跳頻算法，以提供在干擾環(huán)境中切換信道的保障通信；當周圍環(huán)境中干擾嚴重或人為干預跳頻時，Sink結(jié)點將以廣播形式發(fā)送時鐘同步信息及跳頻指令，ED結(jié)點收到該指令時完成與Sink結(jié)點的時鐘同步并根據(jù)已有的調(diào)頻序列表進行跳頻；

其特征是采用基于能源管道運輸環(huán)境特點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)路由選擇算法、確認重傳機制、大數(shù)據(jù)包拆分發(fā)送算法和日志記錄回傳算法；

所述動態(tài)路由選擇算法為：為了消除由于增減結(jié)點而造成的無線路由功能紊亂而設(shè)計的算法，每次啟動結(jié)點可以刷新現(xiàn)有的路由表，從而據(jù)其選擇最優(yōu)的無線傳輸路徑進行數(shù)據(jù)傳輸；

所述確認重傳機制為：是一種為了保證傳輸成功率而設(shè)計的算法，當接收方收到發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)包時需要向其發(fā)送回傳確認信息ACK，如果發(fā)送方?jīng)]有收到ACK則認為發(fā)送失敗，一段時間后自動重傳，直到接收到ACK信息為止；

所述大數(shù)據(jù)包拆分發(fā)送算法為：是為了避免大段數(shù)據(jù)同時丟失而設(shè)計的算法，將其拆分為若干小數(shù)據(jù)包進行傳送，每個小數(shù)據(jù)包中標有其在大數(shù)據(jù)包中的位置以及總分包數(shù)，接收方將接收到的小數(shù)據(jù)包根據(jù)其位置信息重新拼裝為原始大數(shù)據(jù)包；

所述日志記錄回傳算法為：是為了及時記錄結(jié)點工作狀態(tài)而設(shè)計的算法，各結(jié)點會將狀態(tài)信息以最小數(shù)據(jù)量進行記錄并存儲，當Sink結(jié)點發(fā)送日志請求指令時將其發(fā)回。