星形低功耗无线数据采集网络的设计与分析.pdf

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1、星形低功耗无线数据采集网络的设计与分析张亚南，等星形低功耗无线数据采集网络的设计与分析DesignandAnalysisfortheWirelessDataAcquisitionNetworkwithStarTopologicalStructureandLowPowerConsumption旅丕而纠洞华互飞飞扬晓云(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院．山东东营257061)摘要：为解决复杂现场的数据采集和传输问题，设计了一种星形拓扑结构的低功耗无线数据采集网络。给出了一种星形拓扑结构网络的通信协议。采用排队论方法建立M／M／1模型，对系统进行了分析，并深入分析了系

2、统的整体功耗及其计算方法。试验证明，该数据采集系统中各个仪表的正常工作时间均超过5个月，能够满足其对低功耗设计、实时性与准确性的要求。关键词：低功耗数据采集通信协议星形拓扑排队论M／M／i模型中图分类号：TP274文献标志码：AAbstract：Inordertorealizethesubjectsofdatacollectionanddatatransmissionincomplexenvironment。thelowpowerconsumptionwirelessdataacquisitionnetworkwithstartopologicalstructureh

3、asbeendesigned；byusingqueuingtheory，theM／M／Imodelisestablishedforanalyzingthesystem．Thecommunicationprotocolofthenetworkwithstartopologicals1：11lctI珊is#yen．thepowerconsumptionofthesystemanditsCalCU-lationmethodareanalyzed．Theexperimentsprovethatalltheinstrumentsinthisdataacquisitionsyst

4、emhavebeenworkingproperlylongerthan5months，andmeettherequirementsoflowpowerconsumption，real—timeperformanceandcorrectness．Keywords：LowpowerconsumptionDataacquisitionCommunicationprotocolStartopologyQueuingtheorybUM／Imodel0引言根据油田现场生产的实际情况，为减少由于管线穿孔、人员偷盗等造成的原油泄漏损失，设计了星形低功耗无线数据采集网络对管线运行状态进

5、行监测。无线数据采集网络由安装在输油管线上的现场监测仪表和上位机通信节点构成。为防止安装在野外管线上的现场仪表被人为破坏，应尽可能缩小其体积以提高隐蔽性，且仪表工作环境复杂，数据传输线路与供电线路铺设困难，故采用433MHz无线射频通信和小型高容量电池供电。为保证仪表电池的使用寿命、减少更换次数，必须对现场仪表进行全面的低功耗设计，使仪表大部分时间处于低功耗的休眠状态⋯。若要对星形低功耗无线数据采集网络功耗进行控制，必须对仪表初始化时间、仪表休眠周期及网络中仪表容量等参数进行估计，以保证在完成采集任务的同时最大限度地降低功耗。建立的排队论模型，在仪表初始化阶段用于估计

6、仪表初始化调整期时间、功耗及设定数据采集起始时间；在正常工作阶段用于确定网中国石油大学(华东)研究生创新基金资助项目(嫡号：S10—21)。修改稿收到日期：2011一03—08。第一作者张亚南．男，1987年生．现为中国石油大学(华东)信息与控制工程学院在读博士研究生；主要从事信号检测与处理方面的研究。《自动化仪表》第32卷第12期2011年12月络数据采集周期和单周期仪表容量；在仪表添加阶段用于对新仪表添加所造成的网络通信扰动进行分析，从而确定网络各个时期的能量消耗。1星形数据采集网络设计为保证资源的合理优化使用，采用星形无线数据采集网络结构实现上位机节点与现场仪表

7、的通信。星形无线网络结构如图l所示。(_)数据采集星形网络结构圈(b)星形网络拓扑图图1星形无线网络结构Fig．1Starwirelessnetworkstructure现场仪表主要用来实现现场数据的定时采集和初步处理，并及时向计量站中的上位机节点无线发送采集得到的现场数据。由于现场仪表安装在计量站人口输油管道中，不方便安装供电装置，因此必须采用电池供电。为减少运行成本，现场仪表大部分时间应该处于低功耗休眠状态，仅在定时唤醒后完成数据采集和相关指令操作，随后再次进入休眠，保证其长时间稳定运行。47星形低功耗无线数据采集网络的设计与分析张亚南，等C80