基于ZigBee的管道監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

一、應(yīng)用需求

石油管道、天然氣管道、城市熱網(wǎng)管道等輸送管道的維護(hù)監(jiān)測(cè)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(mén)的一項(xiàng)重要責(zé)任。但是近年來(lái)針對(duì)輸油、輸氣和熱力管道的打孔盜油、盜氣現(xiàn)象非常嚴(yán)重，各管道儲(chǔ)運(yùn)部門(mén)投入大量的人力物力進(jìn)行管道的安全保障維護(hù)工作，很多儲(chǔ)運(yùn)公司都布置了大量的管道巡線(xiàn)人員，但是人工的巡線(xiàn)方式并不能有效保證管網(wǎng)的安全。因此對(duì)于管道的儲(chǔ)運(yùn)公司來(lái)講，采用經(jīng)濟(jì)合理的方案布置24小時(shí)全天候的輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)，才能夠?qū)τ诠芫W(wǎng)的安全給與有效的技術(shù)支持，從而減少損失。

二、系統(tǒng)概述

由于油氣管道的空間跨度很大，一般來(lái)講都要綿延上百上千公里，所以管道監(jiān)控裝置要布置在較大的空間跨度上，各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)成鏈型線(xiàn)性分布，所以數(shù)據(jù)的傳輸必須滿(mǎn)足這一空間要求，可以考慮采用經(jīng)濟(jì)的ZIGBEE無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式。
　　由于油氣管道一般都是露天布置、野外無(wú)人值守方式工作，所以要求監(jiān)控設(shè)備必須適合野外工作，具有較高的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)能力，系統(tǒng)供電具有雙電源系統(tǒng)和蓄電池以及太陽(yáng)能電池，停電時(shí)太陽(yáng)能電池自動(dòng)供電，確保正常有效工作，對(duì)山區(qū)和距離較遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，還有遙測(cè)中繼站，能接受并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，亦由太陽(yáng)能電池供電，保持長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。
　　需要采集輸油管道各個(gè)參數(shù)采集點(diǎn)的多種參數(shù)，比如壓力、流量、溫度等，數(shù)據(jù)返回監(jiān)控中心便于進(jìn)行綜合分析。
　 隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù)，稱(chēng)之為zigbee，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，我們采用zigbee技術(shù)和GPRS/CDMA技術(shù)結(jié)合，可以為管道監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通信提供很好的解決方案。

● 采用線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨管道方向設(shè)置監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)采用多跳逐級(jí)路由發(fā)送

● 每個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)ZIGBEE路由節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)中繼轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

● 一個(gè)區(qū)域監(jiān)測(cè)中心設(shè)置一個(gè)ZIGBEE中心節(jié)點(diǎn)

● ZIGBEE中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS/CDMA或ADSL上傳到監(jiān)測(cè)中心

三、Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

設(shè)備省電

zigbee技術(shù)采用了多種節(jié)電的工作模式，可以確保兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間；

通信可靠

zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息；

網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)

zigbee的自組織功能：無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；

zigbee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。

具備自組織、自愈能力的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)才是自動(dòng)抄表系統(tǒng)最理想的通信方式。

成本低廉

設(shè)備的復(fù)雜程度低，且Zigbee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的，這些可以有效地降低設(shè)備成本；

Zigbee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHz，就是沒(méi)有使用費(fèi)的無(wú)線(xiàn)通信。

網(wǎng)絡(luò)容量大

一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)；

數(shù)據(jù)安全

ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。