基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法技术

本发明专利技术涉及一种基于WIA‑PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，属于油水井监控技术领域，在本发明专利技术所述的方法中，手持与井口控制器(以下简称RTU)直接建立通信，通过RTU设备访问现场设备的数据。通过超帧时隙重新分配，实现多个手持访问多个现场设备的数据。

【技术实现步骤摘要】
基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法
本专利技术属于油水井监控
，涉及一种基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法。
技术介绍
在油水井监控系统中，由于油水井较为分散，且经常作业，而无线通信方式灵活、方便，成本相对较低，因此采用无线通信的方式已成为大家的共识。中国独立制定了基于802.15.4底层协议的WIA-PA工业无线标准，该标准主要用于工业过程测量、监视与控制的无线通信网络，已经成为工业无线国际标准之一。现有的WIA-PA标准定义了网关、路由、节点、主控计算机以及手持共五种设备，其中，手持可用于WIA-PA网络中所有设备的固件升级，以及具有配置网络设备、收集网络性能和健康信息等功能，在WIA-PA网络中具有重要的意义。但是WIA-PA标准中只定义了手持作为网络设备接入整个WIA-PA网络的方法，并未定义手持与现场设备通信的方法。在油水井的监控系统中，目前巡检人员把手持拿到油井现场入网以后，通常有两种方法读取现场设备的数据。(1)手持入网之后通过数据中心读取现场设备的数据。由于通过数据中心读取现场设备采集的数据需提前向数据中心申请，经过数据中心通过申请之后才能读取数据。这样巡检人员就不能实时的访问油田现场设备的数据，也就不能实时的对现场设备进行维护或校对升级。(2)手持与待访问设备建立点对点的通信。在这种方法下，手持每次只能读取一个现场设备的数据。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，包括以下步骤：步骤1：采用WIA-PA网关设备、井口控制器RTU设备、现场设备和手持搭建网络结构，并为WIA-PA网关设备、RTU设备、现场设备和手持编号；步骤2：手持移动到要访问的油田现场设备的无线传输范围内，监听RTU设备广播的信标帧入网；手持监听到RTU设备广播的信标帧入网以后，在CFP阶段通过RTU设备完成网络配置、网络性能和健康信息的采集操作；步骤3：在簇内通信阶段，手持向RTU设备发出访问现场设备数据请求；步骤4：RTU设备收到手持发送的访问请求后，向WIA-PA网关设备发出超帧更新请求网络层命令帧，请求同意手持访问现场设备数据；步骤5：WIA-PA网关设备收到超帧更新响应网络层命令帧后，WIA-PA网关设备通过解析超帧更新请求网络层命令帧，判断手持访问的现场设备是否是本网络管理的现场设备，如果属于本网络WIA-PA网关设备所管理的现场设备，则WIA-PA网关设备重新分配超帧时隙；步骤6：WIA-PA网关设备下发新的超帧结构，RTU设备收到WIA-PA网关设备下发的新的超帧结构后，向现场设备和手持返回新的超帧结构；步骤7：手持收到RTU设备发送的新的超帧结构后，通过时间同步算法更新本地时间，完成精确时间同步；步骤8：在下一个超帧簇内通信阶段，现场设备N1,N2,N3和N4向RTU设备上传数据；步骤9：RTU设备收到手持m发送的数据应答后，RTU设备将现场设备N1,N2,N3和N4的数据发送给WIA-PA网关设备；步骤10：在步骤8中，若RTU设备收到的数据应答都为Y，则跳转到步骤11；若RTU设备收到的数据应答不全为Y，则回复N的手持设备需要重新向RTU设备发出访问现场设备数据请求，即跳转到步骤3，重复执行步骤3到步骤9，直到RTU设备收到的手持的应答全部为Y时，此时多个手持访问现场设备数据结束，跳转到步骤11；步骤11：手持访问现场设备数据结束后，RTU设备向WIA-PA网关设备发出超帧更新请求网络层命令帧，要求恢复到原先的WIA-PA超帧；步骤12：WIA-PA网关设备收到RTU设备的超帧更新请求网络层命令帧后，对是否同意恢复到原先的超帧结构做出响应；步骤13：若RTU设备收到步骤12中的WIA-PA网关设备返回的超帧更新响应网络层命令帧为同意恢复到原先的超帧响应，则在下一个超帧的时候，将现场设备上传的数据发送给WIA-PA网关设备。进一步，步骤1中所述搭建的网络结构中，所述现场设备包括温度传感器、综合电参、一体化载荷示功仪和压力传感器。所述手持是直接与RTU设备建立通信，通过RTU设备访问现场设备的数据。手持入网后向RTU设备发送超帧更新请求，RTU设备向WIA-PA网关设备转发超帧更新请求，WIA-PA网关设备收到超帧更新请求后重新分配超帧时隙。通过超帧时隙重新分配，实现多个手持访问多个现场设备的数据。进一步，步骤1中所述编号为：WIA-PA网关设备编号为G，RTU设备编号为R，RTU设备所管理的现场设备,分别编号为Ni,i∈[1,4]，N1表示温度传感器，N2表示综合电参，N3表示一体化载荷示功仪，N4表示压力传感器，手持编号为Hj,j∈[1,m],m为手持数量；RNi表示RTU设备发送现场设备Ni的数据。进一步，现场设备N1和N2每次采集的数据一次性传输给RTU；现场设备N3和N4每次采集的数据量为2-3kBytes，根据《油气生产物联网系统建设规范》及IEEE802.15.4物理层规定(最大传输字节127Bytes)，现场设备N3和N4采集的数据需分片传输，分4次传输给RTU设备。RTU设备在接收到各个现场设备发送的数据后，产生命令应答(应答中携带控制命令信息)控制现场设备的运行。进一步，步骤5中超帧时隙重新分配具体包括以下步骤：步骤51：确定超帧长度超帧时隙重新分配不考虑信标阶段的时隙，每一个超帧的时隙数满足以下公式：SLOT＝20+11m其中，SLOT表示一个超帧的时隙数，m表示手持数；时隙从0开始编号，依次编号为S0，S1,S2,S3，…,S11m+19；超帧时隙分配从时隙0开始依次分配；步骤52：簇内通信阶段时隙分配；步骤53：簇间通信阶段时隙分配。进一步，步骤52具体包括以下步骤：步骤521：分配2个时隙S0，S1，依次用于现场设备N1和N2将数据上传到RTU设备；步骤522：分配4个时隙S2，S3，S4，S5，用于现场设备N3将数据上传到RTU设备；步骤523：分配4个时隙S6，S7，S8，S9，用于现场设备N4将数据上传到RTU设备。进一步，步骤53具体包括以下几个步骤：步骤531：首先分配2个时隙S10,S11，依次用于完成RTU设备将现场设备N1和N2的数据发送给手持1，接着分配4个时隙S12,S13,S14,S15,依次用于完成RTU设备将现场设备N3的数据发送给手持1，再接着分配4个时隙S16,S17,S18,S19,依次用于完成RTU设备将现场设备N4的数据发送给手持1，最后分配1个时隙S20,用于手持1向RTU设备发送数据应答；步骤532：如果有第2个手持，则首先分配2个时隙S21,S22,依次用于完成R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：采用WIA-PA网关设备、RTU设备、现场设备和手持搭建网络结构，并为WIA-PA网关设备、RTU设备、现场设备和手持编号；/n步骤2：手持移动到要访问的油田现场设备的无线传输范围内，监听RTU设备广播的信标帧入网；手持监听到RTU设备广播的信标帧入网以后，在CFP阶段通过RTU设备完成网络配置、网络性能和健康信息的采集操作；/n步骤3：在簇内通信阶段，手持向RTU设备发出访问现场设备数据请求；/n步骤4：RTU设备收到手持发送的访问请求后，向WIA-PA网关设备发出超帧更新请求网络层命令帧，请求同意手持访问现场设备数据；/n步骤5：WIA-PA网关设备收到超帧更新响应网络层命令帧后，WIA-PA网关设备通过解析超帧更新请求网络层命令帧，判断手持访问的现场设备是否是本网络管理的现场设备，如果属于本网络WIA-PA网关设备所管理的现场设备，则WIA-PA网关设备重新分配超帧时隙；/n步骤6：WIA-PA网关设备下发新的超帧结构，RTU设备收到WIA-PA网关设备下发的新的超帧结构后，向现场设备和手持返回新的超帧结构；/n步骤7：手持收到RTU设备发送的新的超帧结构后，通过时间同步算法更新本地时间，完成精确时间同步；/n步骤8：在下一个超帧簇内通信阶段，现场设备N...

【技术特征摘要】
1.一种基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：采用WIA-PA网关设备、RTU设备、现场设备和手持搭建网络结构，并为WIA-PA网关设备、RTU设备、现场设备和手持编号；
步骤2：手持移动到要访问的油田现场设备的无线传输范围内，监听RTU设备广播的信标帧入网；手持监听到RTU设备广播的信标帧入网以后，在CFP阶段通过RTU设备完成网络配置、网络性能和健康信息的采集操作；
步骤3：在簇内通信阶段，手持向RTU设备发出访问现场设备数据请求；
步骤4：RTU设备收到手持发送的访问请求后，向WIA-PA网关设备发出超帧更新请求网络层命令帧，请求同意手持访问现场设备数据；
步骤5：WIA-PA网关设备收到超帧更新响应网络层命令帧后，WIA-PA网关设备通过解析超帧更新请求网络层命令帧，判断手持访问的现场设备是否是本网络管理的现场设备，如果属于本网络WIA-PA网关设备所管理的现场设备，则WIA-PA网关设备重新分配超帧时隙；
步骤6：WIA-PA网关设备下发新的超帧结构，RTU设备收到WIA-PA网关设备下发的新的超帧结构后，向现场设备和手持返回新的超帧结构；
步骤7：手持收到RTU设备发送的新的超帧结构后，通过时间同步算法更新本地时间，完成精确时间同步；
步骤8：在下一个超帧簇内通信阶段，现场设备N1,N2,N3和N4向RTU设备上传数据；
步骤9：RTU设备收到手持m发送的数据应答后，RTU设备将现场设备N1,N2,N3和N4的数据发送给WIA-PA网关设备；
步骤10：在步骤8中，若RTU设备收到的数据应答都为Y，则跳转到步骤11；若RTU设备收到的数据应答不全为Y，则回复N的手持需要重新向RTU设备发出访问现场设备数据请求，即跳转到步骤3，重复执行步骤3到步骤9，直到RTU设备收到的手持的应答全部为Y时，此时多个手持访问现场设备数据结束，跳转到步骤11；
步骤11：手持访问现场设备数据结束后，RTU设备向WIA-PA网关设备发出超帧更新请求网络层命令帧，要求恢复到原先的WIA-PA超帧；
步骤12：WIA-PA网关设备收到RTU设备的超帧更新请求网络层命令帧后，对是否同意恢复到原先的超帧结构做出响应；
步骤13：若RTU设备收到步骤12中的WIA-PA网关设备返回的超帧更新响应网络层命令帧为同意恢复到原先的超帧响应，则在下一个超帧的时候，将现场设备上传的数据发送给WIA-PA网关设备。


2.根据权利要求1所述的基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，其特征在于：步骤1中所述编号为：WIA-PA网关设备编号为G，RTU设备编号为R，RTU设备所管理的现场设备,分别编号为Ni,i∈[1,4]，N1表示温度传感器，N2表示综合电参，N3表示一体化载荷示功仪，N4表示压力传感器，手持编号为Hj,j∈[1,m],m为手持数量；RNi表示RTU设备发送现场设备Ni的数据。


3.根据权利要求2所述的基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，其特征在于：现场设备N1和N2每次采集的数据一次性传输给RTU；现场设备N3和N4每次采集的数据量为2-3kBytes，根据《油气生产物联网系统建设规范》及IEEE802.15.4物理层规定(最大传输字节127Bytes)，现场设备N3和N4采集的数据需分片传输，分4次传输给RTU设备。RTU设备在接收到各个现场设备发送的数据后，产生命令应答(应答中携带控制命令信息)控制现场设备的运行。


4.根据权利要求2所述的基于WIA-PA技术的手持访问油田现场设备数据的调度方法，其特征在于：步骤5中超帧时隙重新分配具体包括以下步骤：
步骤51：确定超帧长度
超帧时隙重新分配不考虑信标阶段的时隙，每一个超帧的时隙数满足以下公式：
SLOT＝20+11m
其中，SLOT表示一个超帧的时隙数，m表示手持设备数；
时隙从0开始编号，依次编号为S0，S1,S2,S3，…,S11m+19；超帧时隙分配从时隙0开始依次分配；
步骤52：簇内通信阶段时隙分配；
步骤53：簇间通信阶段时隙分配。


5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏旻，江亚，王平，牛爽，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50