无线传感器网络在油品管道运输中的研究与应用

刘竣川中石化管道储运公司襄樊输油处，湖北襄樊 441002

随着科学技术不断提高、经济的快速增长，管道运输的优势逐步的体现出来。管道输目前已经作为重要的一种能源输送方式，在我国乃至世界范围内被普遍采用。随着计算机科学和智能化仪表的发展，能够极大地扩展了现有监控网络覆盖范围的无线智能传感器网络在近年来得到了很大的重视和发展。本文就无线传感器网络的组成与其在油品管道运输中的运用作了简单的研究。

1 无线网络传感器的组成

无线传感器网络是融合了无线通信、传感器、嵌入式软硬件、智能控制、芯片制造等多学科的综合技术，无线传感器网络由大量随机分布的微小节点组成。网络节点自身带有传感器、数据处理、无线通信等模块，不需要任何网络基础设施，通过自组织的方式组网，借助其传感器模块，有效地与物理环境交互，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域的各种环境或监测对象的信息，并把信息通过无线网络传输到数据处理中心处理，得到相应信息的全新的监测方法。近年来，无线传感器网络在多个领域得到应用，在油品的管道运输中也得到了极大的发展。

2 无线传感器网络的起源与发展

对无线传感器网络的需求是传感器网络发展的动力，电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络，无线传感器网络具有低功耗、低成本、分布式和自组织的特点，这些特点带来了信息采集与处理的变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

无线传感器网络经历了30多年的发展历程：传感器网络最早出现在20世纪70年代，人们通过具有简单信息信号获取能力的传统传感器，采用点对点传输，连接控制器构成传感器网络；之后，由于传感器的不断更新，具有获取多种信息信号能力，采用串/并接口(如RS-232、RS-85)与控制器相联，逐渐的盛行，并构成有多种信息的传感器网络；进入新世纪之后，具有智能获取多种信息信号的传感器被人们重视，它通过现场总线的连接传感控制器，构成局域网络，成为智能化传感器网络；无线传感器网络发展至今，已经发展到应用大量的具有多功能、多信号获取能力的传感器，通过自组织无线接入网络，与传感器网络控制器连接，构成的无线传感器网络。

无线传感器网络的研究发源于美国，其最先研究领域主要应用于军事领域、之后民用领域也逐渐的被涉及，英国、日本、意大利等国家的一些科研机构和高校构也纷纷在该领域开展了相关研究工作。目前，各国学术界关于无线传感器网络的研究主要集中在无线传感器网络技术的构架和通信协议方面。

3 无线传感器网络的特点及研究热点

无线传感器网络作为一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点。

以应用为目标无线传感器网络，其构建的是一个系统工程，这个系统工程研究涉及到很多层面，研究热点简单综述如下：

1）通信协议

由于传感器节点的计算能力、存储能力和能量都存在局限性，每个节点只能获知周围相邻节点的信息，这就决定了通信协议不能复杂。网络层路由协议和链路层协议是通信协议研究的重点。网络层路由协议决定着数据包的传输方式以及数据的传输路径，链路层研究的核心是介质访问控制(MAC)，介质访问控制协议位于无线传感器网络协议的底层，对无线传感器网络性的影响较大，因而是研究的重点。

2）网络拓扑控制

拓扑控制内容包括节点功率控制、拓扑结构形成以及启发式的节点唤醒和休眠机制等。通过拓扑控制自动生成良好的网络有利于提高路由协议和MAC协议的效率，实现数据融合、时间同步及节点定位等，同时平衡各节点的能量开销。所以，通过启发式的节点唤醒和休眠机制能够使节点在没有通信任务时进入睡眠状态，在任务来临时及时醒来并唤醒周围相关节点开始工作也是研究的热点。

3）网络安全与数据融合

无线传感器网络的安全性、数据的可靠性是网络安全必须考虑，否则，采集的数据则对实际生产应用不能产生效用。由于对能量受限的无线传感器网络来讲，一般情况下会使用减少数据的传输量来延长网络生命周期，数据融合就是利用本地节点有限的计算能力和存储能力减少冗余数据，高效的整合数据，这也是目前研究的重点。

4）时间同步与节点定位

在节点数量庞大、硬件简单的无线网络中维持一个全局时钟难度非常大，因而，在与时间相关的监测任务中，各无线传感器网络节点的时钟需要保持同步，是技术的难点。目前比较好的解决方法是每个节点都维护自身的时钟，这样在数据的采集过程中，并不一定能保证数据采集的准确性，所以在资源有限、硬件资源相对简单的无线传感器网络中，获得详细的位置信息非常的困难，一方面需要传感器的设计更加的简单而精确；另一方面有待于时钟控制技术的突破。

4 无线传感器在野外油气管道监测中的应用

管道传输通常是按合理的设计方式线形传输，其空间跨度范围大，正常情况下绵延数百公里乃至数千公里，监测区域是其中一段。无线传感器网络节点在该监控区域沿管道线型分布，各个节点位置布置完毕后相对固定，节点向节点传递数据通过很多个节点进行接力式的传输，由于比较偏远，一般传感器都采用节一般采用电池供电，可保持长时间稳定的传输信号。这样，通过计算机采集传感器所接受的信号，能及时准确的反映出管道的状况，大量的节省了人力和物力，可谓是事半功倍。目前，我国许多能源输送管道都采用了无线传感器网络来进行实时监控，取得了不错的效果。相信随着科技的发展，无线传感器网络在油气的管道运输中将运用的更为深入和广泛。

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