基于ZigBee技术的管道监测无线数据传输网络.PDFVIP

上海顺舟网络科技有限公司 基于 ZigBee 技术的管道监测无线数据传输网络 关键词：Zigbee、管道监测、GPRS/CDMA、无线数据传输网络 应 用：石油管道远程监测、天然气管道监测、城市热网管道监测 一、应用需求 石油管道、天然气管道、城市热网管道等输送管道的维护监测中，如何保障输送管道的安 全是石油、天然气和城市热力部门的一项重要责任。但是近年来针对输油、输气和热力管道的 打孔盗油、盗气现象非常严重，各管道储运部门投入大量的人力物力进行管道的安全保障维护 工作，很多储运公司都布置了大量的管道巡线人员，但是人工的巡线方式并不能有效保证管网 的安全。因此对于管道的储运公司来讲，采用经济合理的方案布置24 小时全天候的输油管道监 控系统，才能够对于管网的安全给与有效的技术支持，从而减少损失。 二、系统概述 由于油气管道的空间跨度很大，一般来讲都要绵延上百上千公里，所以管道监控装置要布 置在较大的空间跨度上，各监测节点成链型线性分布，所以数据的传输必须满足这一空间要求， 可以考虑采用经济的 ZIGBEE 无线数据传输方式。 由于油气管道一般都是露天布置、野外无人值守方式工作，所以要求监控设备必须适合野 外工作，具有较高的稳定性和环境适应能力，系统供电具有双电源系统和蓄电池以及太阳能电 池，停电时太阳能电池自动供电，确保正常有效工作，对山区和距离较远的监测点，还有遥测 中继站，能接受并转发信号，亦由太阳能电池供电，保持长期可靠运行。 需要采集输油管道各个参数采集点的多种参数，比如压力、流量、温度等，数据返回监控 中心便于进行综合分析。 随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之 为 zigbee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术， 主要适合于自动控制、远程数据采集领域及家用设备联网，我们采用 zigbee技术和 GPRS/CDMA 技术结合，可以为管道监控系统的远程数据传输通信提供很好的解决方案。 - 1 - 上海顺舟网络科技有限公司 三、Zigbee 无线技术简介 zigbee是一种新的无线连接技术，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、 低传输速率、近距离的设备联网应用。 ZigBee 标准基于 802.15.4 协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要 的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，并且系统 节点具有多跳路由功能，特别是能够组成蜂窝网状网络结构，具有很强的网络健壮性和系统可 靠性。 图一 ZIGBEE星型网络结构 星型网络结构特点 支持点对点、点对多点通信 中心节点为ZIGBEE 协调器，终端节点为 ZIGBEE 终端设备 所有数据经过中心节点 适合圆形分散、距离较近的设备联网 - 2 - 上海顺舟网络科技有限公司 图二 ZIGBEE 网状网络结构 MESH 网状网络结构特点 系统采用多跳式路由通信 网络容量很大 可以跨越很大的物理空间，适合距离较远比较分散的结构 MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络的所有实体只有要通信范围之内，都 可以互相通信，如果没有直接通路，还可以通过“多级跳” 的方式来通信；该拓扑结构还可以组 成极为复杂的网络；除此之外，网络还具备自组织、自愈功能。 四、Zigbee 无线技术优点 设备省电 zigbee 技术采用了多种节电的工作模式，可以确保两节五号电池支持长达 6 个月到 2 年左右的使用时间； 通信可靠 zigbee 采用了 CSMA－CA 的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专 用时隙