井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

鄭倩倩 鄭州澍 青醫(yī)學高等?？茖W校公共科學教育委員會

井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

鄭倩倩 鄭州澍 青醫(yī)學高等?？茖W校公共科學教育委員會

油田井場數(shù)據(jù)采集與傳輸需要進行數(shù)據(jù)壓縮和加密處理。在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上自定義系統(tǒng)通信協(xié)議，利用Windows Socket進行程序設(shè)計，實現(xiàn)井場與控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。在C/S模式下，進行系統(tǒng)組成和軟件結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計，利用DES加密算法解決數(shù)據(jù)傳輸安全性問題，利用LZW算法保證數(shù)據(jù)的實時傳輸，利用數(shù)據(jù)存儲補發(fā)技術(shù)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在解決井場數(shù)據(jù)傳輸一系列問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)井場數(shù)據(jù)安全、高效和可靠傳輸。經(jīng)系統(tǒng)綜合測試及油田井場現(xiàn)場應(yīng)用可知，此系統(tǒng)運行良好，提高了生產(chǎn)效率，可大范圍地推廣應(yīng)用。

TCP/IP協(xié)議；數(shù)據(jù)傳輸；LZW壓縮；C/S模式

目前，油田井場存在很多問題，主要包括：油井分布廣泛和現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境惡劣；巡井工作任務(wù)繁重且不能及時維修故障設(shè)備；數(shù)據(jù)記錄不全以及無法實時傳輸數(shù)據(jù)等。為了掌握油井生產(chǎn)情況和更好地維護油井，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和有關(guān)算法，設(shè)計井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)井場數(shù)據(jù)實時傳輸。

1 系統(tǒng)設(shè)計

C/S模式是建立在局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，而B/S模式是建立在廣域網(wǎng)的基礎(chǔ)上的。C/S架構(gòu)軟件的應(yīng)用服務(wù)器運行數(shù)據(jù)負荷較輕，數(shù)據(jù)的儲存管理功能較為透明，B/S架構(gòu)的應(yīng)用服務(wù)器運行數(shù)據(jù)負荷比C/S重。DES算法[1]為密碼體制中的對稱密碼體制，分組比較短，密鑰也短、密碼生命周期短，運算速度較慢，具有極高安全性。LZW碼能有效利用字符出現(xiàn)頻率冗余度進行壓縮，且字典是自適應(yīng)生成的，但通常不能有效地利用位置冗余度。串口通信最重要的參數(shù)是比特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗，C/S模式結(jié)構(gòu)見圖1。

WITS的主要特點是提供了通信功能的多級方法。WITS定義了數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式，允許一系列的通信選擇，從一個已經(jīng)定義的記錄子集的簡單單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫p向通信會話，產(chǎn)生了一個作業(yè)和服務(wù)公司聯(lián)系的工具，而無需為軟件支持非兼容的傳輸格式花費無效投資，為在井場或以井場進行數(shù)據(jù)傳輸方面提供了一種“通用語言”。

該系統(tǒng)以C/S模式為基礎(chǔ)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議實現(xiàn)“多對一”模式的數(shù)據(jù)傳輸預處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、數(shù)據(jù)壓縮與加密和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。如果?shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)異常，采用數(shù)據(jù)補發(fā)存儲技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫時存儲和傳輸。系統(tǒng)采用延華的UNO-2172和UNO-2182工控機[2]，擁有豐富的接口資源，支持Windows CE和Windows XP嵌入式操作系統(tǒng)，縮短開發(fā)周期，符合硬件設(shè)計需求。在硬件配置完成之后，利用串口控制API函數(shù)[3-4]、Socket編程技術(shù)和串口類的調(diào)用技術(shù)實現(xiàn)軟件程序編制。軟件設(shè)計包括總體框架、數(shù)據(jù)采集傳輸和數(shù)據(jù)處理三大部分。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，要符合開放性、安全性、實用性和操作簡便的設(shè)計原則。在數(shù)據(jù)進行加密和壓縮之前，需要對數(shù)據(jù)進行預處理。

井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)實時采集模塊、數(shù)據(jù)實時傳輸模塊和控制中心數(shù)據(jù)處理模塊三大部分。該系統(tǒng)首先進行數(shù)據(jù)的實時采集，在采集完數(shù)據(jù)之后進行數(shù)據(jù)的加密和壓縮，完成數(shù)據(jù)傳輸之后再進行數(shù)據(jù)的解壓和解密，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時、安全傳輸。

圖1C/S模式結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

油田井場分布分散及野外環(huán)境惡劣，井場數(shù)據(jù)采集與傳輸需要對數(shù)據(jù)進行壓縮和加密處理。在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上自定義系統(tǒng)通信協(xié)議，利用Windows Socket進行程序設(shè)計，實現(xiàn)井場與控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。在C/S模式下，進行系統(tǒng)組成和軟件結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計，利用DES加密算法解決數(shù)據(jù)傳輸安全性問題，利用LZW算法保證數(shù)據(jù)實時傳輸，利用數(shù)據(jù)存儲補發(fā)技術(shù)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ诮鉀Q井場數(shù)據(jù)傳輸一系列問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)井場數(shù)據(jù)安全、高效和可靠傳輸。

井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括現(xiàn)場端軟件設(shè)計和基地端軟件設(shè)計兩部分，實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮與加密、在一定通信協(xié)議下的可靠數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)文件的存儲與發(fā)送。數(shù)據(jù)加密技術(shù)是指將數(shù)據(jù)信息在加密鑰匙和加密函數(shù)下轉(zhuǎn)換成無意義的密文，接收方可在解密函數(shù)與解密鑰匙的幫助下還原成原始數(shù)據(jù)信息，是網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的基石。在硬件配置完成之后進行軟件設(shè)計，利用軟硬件結(jié)合的方式，設(shè)計井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。

井場數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)設(shè)計完成之后，進行系統(tǒng)調(diào)試和綜合測試，測試結(jié)果良好，可實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計目標；同時，在油田進行現(xiàn)場應(yīng)用，系統(tǒng)運行良好，可以實現(xiàn)井場數(shù)據(jù)的實時傳輸，減輕巡警工作人員的工作壓力，實現(xiàn)油田科學化管理，可在油田進行大規(guī)模地推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語

采用串口類的編程技術(shù)，利用RS—232和RS—485串口通信協(xié)議實現(xiàn)井場數(shù)據(jù)的實時采集；基于TCP/IP協(xié)議，利用Socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；采用LZW和DES算法進行數(shù)據(jù)壓縮和加密，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?；采用?shù)據(jù)存儲補發(fā)功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性傳輸，利用自定義通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)解析。經(jīng)系統(tǒng)綜合測試及油田井場現(xiàn)場應(yīng)用可知，此系統(tǒng)運行良好，可滿足設(shè)計初衷，有效解決了井場數(shù)據(jù)傳輸中存在的問題，在井場應(yīng)用良好，能提高油田生產(chǎn)效率，有利于油田的數(shù)字化井場建設(shè)，在油田可大范圍地推廣應(yīng)用。

[1]李會銀．基于USB接口的測井電纜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究[D]．東營：中國石油大學研究生院博士論文庫，2006．

[2]龔建偉，熊光明．Visual C++/TurboC串口通信編程實踐[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007．

[3]蔣東興，林鄂華編著．Windows Sockcts網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計指南[M]．北京：清華大學出版社，2003．

[4]王智超．基于數(shù)據(jù)加密的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的研究[D]．天津：河北工業(yè)大學研究生院碩士論文，2006.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.018