ZigBee管道監測無線數據傳輸網絡

一、應用需求
　　
　　石油管道、天然氣管道、城市熱網管道等輸送管道的維護監測中，如何保障輸送管道的安全是石油、天然氣和城市熱力部門的一項重要責任。但是近年來針對輸油、輸氣和熱力管道的打孔盜油、盜氣現象非常嚴重，各管道儲運部門投入大量的人力物力進行管道的安全保障維護工作，很多儲運公司都布置了大量的管道巡線人員，但是人工的巡線方式并不能有效保證管網的安全。因此對于管道的儲運公司來講，采用經濟合理的方案布置24小時全天候的輸油管道監控系統，才能夠對于管網的安全給與有效的技術支持，從而減少損失。
　　
　　
　　二、系統概述
　　
　　由于油氣管道的空間跨度很大，一般來講都要綿延上百上千公里，所以管道監控裝置要布置在較大的空間跨度上，各監測節點成鏈型線性分布，所以數據的傳輸必須滿足這一空間要求，可以考慮采用經濟的ZIGBEE無線數據傳輸方式。
　　由于油氣管道一般都是露天布置、野外無人值守方式工作，所以要求監控設備必須適合野外工作，具有較高的穩定性和環境適應能力，系統供電具有雙電源系統和蓄電池以及太陽能電池，停電時太陽能電池自動供電，確保正常有效工作，對山區和距離較遠的監測點，還有遙測中繼站，能接受并轉發信號，亦由太陽能電池供電，保持長期可靠運行。
　　需要采集輸油管道各個參數采集點的多種參數，比如壓力、流量、溫度等，數據返回監控中心便于進行綜合分析。
　　隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程數據采集領域及家用設備聯網，我們采用zigbee技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為管道監控系統的遠程數據傳輸通信提供很好的解決方案。
　　
　　三、Zigbee無線技術優點
　　
　　設備省電
　　
　　zigbee技術采用了多種節電的工作模式，可以確保兩節五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間；
　　
　　通信可靠
　　
　　zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息；
　　
　　網絡的自組織、自愈能力強
　　
　　zigbee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；
　　
　　zigbee自愈功能：增加或者刪除一個節點，節點位置發生變動，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統仍然能正常工作。
　　
　　具備自組織、自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統最理想的通信方式。
　　
　　成本低廉
　　
　　設備的復雜程度低，且Zigbee協議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；
　　
　　Zigbee的工作頻段靈活，為免執照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。
　　
　　網絡容量大
　　
　　一個ZigBee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在200多個ZigBee網絡；
　　
　　數據安全
　　
　　ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。
　　
　　
　　四、基于ZigBee和GPRS結合的管道監測無線數據傳輸網絡
　　
　　　通過前面對管道監測系統的通信技術要求分析，結合zigbee技術特點和技術優勢，我們采用zigbee技術和GPRS相結合的無線數據傳輸系統，來實現管道遠程監測是一個非常理想的無線數據通信解決方案。
　　
　　在實際應用中，我們選擇了將zigbee技術與GPRS/CDMA結合起來，根據監測區域監測設備的不同分布，來靈活地構建檢測數據傳輸無線網絡。
　　
　　* 監控點布置在管道的通過的途徑上，每隔一段距離就布置一個監控點采集管道中的壓力、流量、溫度等參數，然后監控點通過ZIGBEE無線網絡把采集到的數據傳到ZIGBEE中心節點，中心節點的數據通過GPRS上傳到監控中心，由監控中心負責分析記錄數據，然后通過對數據的分析判斷出哪一段的管道發生了泄露，通知管理人員進行處理。
　　
　　* 所構建的zigbee網絡線型發散的網絡拓撲，可以根據實際的組網需要，設計合理的網絡結構。
　　

　
　　五、順舟科技ZIGBEE無線通信模塊
　　SZ02-ZIGBEE無線通信模塊是加強型的ZIGBEE模塊，具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網靈活等優點和特性；可實現一點對多點及多點對多點之間的設備間數據的透明傳輸；可組MESH型的網狀網絡結構。
　　
　　
　　集成簡單：RS232/485數據透明傳輸；
　　通信可靠：強大的網絡檢測和自恢復功能；
　　網絡規模：超大規模網絡組網能力；
　　超遠距離：傳輸達2公里；
　　產品類型：獨立設備和嵌入式小模塊。