基于ZigBee的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。

● 采用線型網絡結構，隨管道方向設置監測節點，數據采用多跳逐級路由發送

● 每個監測節點設置一個ZIGBEE路由節點，負責發送本節點數據，并負責中繼轉發其他節點數據

● 一個區域監測中心設置一個ZIGBEE中心節點

● ZIGBEE中心節點數據通過GPRS/CDMA或ADSL上傳到監測中心

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。