基于NBIoT技术的油气物联数采系统的制作方法

基于nbiot技术的油气物联数采系统
技术领域
1.本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种基于nbiot技术的油气物联数采系统。


背景技术：

2.nb-iot是一种基于蜂窝通信3g/4g演进的物联网通信技术，全球移动通信标准组织3gpp负责nb-iot技术的标准化，首个标准版本release13已经于2016年6月发布，并持续演进。nb-iot工作于专用授权频段，主要应用于低吞吐量、海量连接的场景，未来将承接大量物联网业务接入。
3.nb-iot技术的主要特点如下：
4.·
大容量：在同一基站的情况下，与现有无线技术相比nb-iot可提供50～100倍的连接数(具体连接容量根据实际业务模型评估)。
5.·
高覆盖：在同样的频段下，nb-iot比现有蜂窝网络提升20db增益，将极大的改进室内覆盖。
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低功耗：nb
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iot借助psm(power saving mode，节电模式)和edrx(extended discontinuous reception，扩展型非连续接收)可实现更长的待机，设备续航时间可以大幅提升到几年，甚至10年以上。nb-iot芯片正常待机耗电只需毫瓦(mw)级，而在psm模式下通信芯片功耗更只需微瓦(μw)级。
7.·
低成本：低速率、低带宽等带来的简化设计同样给nb-iot芯片以及模块带来低成本优势，通信模组成本可以达到$5以下。相比其它通信技术，nb-iot可以使得大量物联网设备直接通过成熟稳定可靠的运营商网络接入，消费者、家电厂商无需自组网，也有望降低运营和维护成本。
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高安全：nb-iot基于专用频谱、空口双向鉴权及严格加密，提供电信级别的安全可靠能力，保障用户数据的传输安全性。
9.在油田开发技术领域，尤其是涉及油气物联数采系统，通常有如下两种通讯方式。方式一：通过光纤等有线方式将采集设备的数据传送到数据中心；方式二：通过4g等无线方式将采集设备的数据传送到数据中心。方式一需要铺设光纤等有线网络成本过高，方式二无法做到低功耗也需要市电供电、数据安全无法保证。
10.为此我们发明了一种新的基于nbiot技术的油气物联数采系统，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的是提供一种极大降低了工程成本，确保了油田工业网信息安全，提高生产效率的基于nbiot技术的油气物联数采系统。
12.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于nbiot技术的油气物联数采系统，该基于nbiot技术的油气物联数采系统包括nb-iot区、dmz区、油田工业网区和油田办公网
区，该nb-iot区连接于该dmz区，采集和存储油气生产现场的实时数据，并传输给该dmz区，该dmz区连接于油田工业网区，采集和存储无线通讯设备的数据，并将现场的数据和无线通讯设备的数据传输给该油田工业网区，该油田工业网区连接于该油田办公网区，采集和存储有线通讯设备的数据，并将现场的数据、无线通讯设备的数据和有线通讯设备的数据传输给油田办公网区，该油田办公网区接收到数据后进行存储，并将数据应用于油田生产指挥工作中。
13.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
14.该nb-iot区包括多个nb-iot采集器与nb-iot网关，所述nb-iot采集器采集温度、压力、气体浓度这些现场数据，在固定间隔时间唤醒后采集现场数据并主动上传到该nb-iot网关，该nb-iot网关连接于所述多个nb-iot采集器，将现场数据传输给该dmz区。
15.该基于nbiot技术的油气物联数采系统还包括防火墙，该防火墙位于该dmz区与该nb-iot区之间，以保证该dmz区的数据安全。
16.该dmz区包括油田dmz服务器和vpdn网络，该vpdn网络连接于该油田dmz服务器，用以接入4g无线通讯设备的数据，并传输给该油田dmz服务器，该油田dmz服务器采集和存储无线通讯设备的数据和现场的数据，并将现场的数据和无线通讯设备的数据传输给该油田工业网区。
17.该基于nbiot技术的油气物联数采系统还包括第一安全隔离网闸，该第一安全隔离网闸位于该dmz区与该油田工业网区之间，以保护该油田工业网区的信息安全，该dmz区与该油田工业网区之间通过油田虚拟专网通讯。
18.该油田工业网区包括油田scada系统服务器、工业以太网和工业网应用模块，该工业以太网连接于该油田scada系统服务器，用以接入有线通讯设备的数据，并传输给该油田scada系统服务器，该油田scada系统服务器采集和存储油田工业网内的数据和dmz区传输过来的现场的数据和无线通讯设备的数据，并将现场的数据、无线通讯设备的数据和有线通讯设备的数据传输给该油田办公网区，该工业网应用模块为工业网用户的操作终端，以进行实时数据展示、报警信息查看和现场设备参数配置。
19.该油田scada系统服务器包括数据采集子模块、实时数据库子模块、历史数据库子模块、数据转储子模块、数据监控子模块和系统配置子模块，该数据采集子模块连接于该实时数据库子模块和该历史数据库子模块，采集该dmz区传输过来的数据，将实时数据存储于该实时数据库子模块，历史数据存储于该历史数据库子模块，该系统配置子模块连接于该历史数据库子模块，进行系统结构化信息的录入，并将系统的配置数据传输给该历史数据库子模块，该历史数据库子模块连接于该数据监控子模块，存储系统的配置数据以及历史数据，该实时数据库子模块连接于该数据监控子模块，存储系统的实时数据，该数据监控子模块将该实时数据库子模块和该历史数据库子模块中的实时数据、历史数据及系统的配置数据进行数据展示，该数据转储子模块连接于该实时数据库子模块，将该实时数据库子模块中的实时数据按照配置信息传输给该油田办公网区。
20.该基于nbiot技术的油气物联数采系统还包括第二安全隔离网闸，该第二安全隔离网闸位于该油田工业网区与该油田办公网区之间，以保护该油田工业网区的信息安全。
21.该油田办公网区包括油田生产指挥系统服务器和办公网应用模块，该油田生产指挥系统服务器将该油田工业网区传输过来的数据进行数据的存储、管理、分析，该办公网应
用为办公网用户的操作终端。
22.该包括api数据接口子模块、数据库子模块、生产指挥系统子模块，该api数据接口子模块连接于该数据库子模块，用于接收该油田工业网区传输过来的数据，然后将接收到的数据存储到该数据库子模块中，该数据生产指挥系统子模块连接于该数据库子模块，以根据该数据库子模块中的数据进行油田生产办公应用，包括生产数据监测、生产报警、生产动态、生产管理、调度运行、应急处置。
23.本发明中的基于nbiot技术的油气物联数采系统，与现有技术相比，具有以下优点：
24.1.极大降低了工程成本，提高了油田经济效益：现场nb-iot采集器采用低功耗电池供电的设计将数据无线传输到nb-iot网关，不需要有线通讯电缆以及市电供电，降低了现场施工难度，降低了工程成本，提高了经济效益。
25.2.确保了油田工业网信息安全：油田工业网区scada系统服务器与dmz区和油田办公网区均设有安全隔离网闸，数据只能单向传输，dmz区与nb-iot网关设有防火墙，同时dmz区与油田工业网区通过虚拟专有网络通讯，保证了油田工业网的信息安全。
26.3.系统设备容量高、信号覆盖广：nb-iot网关在同一基站的情况下，与现有无线技术相比nb-iot可提供50～100倍的连接数，在同样的频段下，nb-iot比现有蜂窝网络提升20db增益，使得系统容量大大提高，信号覆盖范围广。
27.4.便于生产数据采集，及时发现问题，提高生产效率：nb-iot采集器将数据采集经nb-iot网关、dmz区上传到油田工业网和油田办公网，通过温度、压力等数据可以及时发现是否有管线泄漏、温度过低、油井不正常启停等问题，如果有情况可及时发现并处理，避免造成经济损失，提高生产效率。
附图说明
28.图1为本发明的基于nbiot技术的油气物联数采系统的一具体实施例的结构图；
29.图2为本发明的油田scada系统服务器内部模块图。
具体实施方式
30.为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
31.如图1所示，图1为本发明的基于nbiot技术的油气物联数采系统的结构图。该基于nbiot技术的油气物联数采系统，包括nb-iot区1、dmz(demilitarized zone，隔离区)区2、油田工业网区3、油田办公网区4。所述nb-iot区1包括多个nb-iot采集器11与nb-iot网关12，该nb-iot区1主要用于现场数据的采集、存储和传输；所述dmz区2包括油田dmz服务器21、vpdn网络22，油田dmz服务器21主要用于无线通讯设备的数据采集、存储和传输，vpdn网络22用于接入4g无线通讯设备的数据，所述的无线通讯设备主要指采用4g无线通讯方式进行通讯的安装在井口、站库等地的的rtu、plc等设备，所述dmz区2和nb-iot区1之间设有防火墙23，所述dmz区2与油田工业网区3通过油田虚拟专网通讯；所述油田工业网区3包括油田scada系统服务器31、工业以太网32、工业网应用模块33，油田scada系统服务器31主要用于油田工业网内数据的采集、存储和传输，工业以太网32用于接入有线通讯设备的数据，工
value数据库redis做为实时数据库，实时库中只保留最新的实时数据，实时数据通过数据采集子模块采集dmz区的实时数据库子模块来获取。
42.数据采集子模块301是油田scada系统服务器的核心数据交互模块，主要功能是采集dmz区数据，将实时数据存储于实时数据库子模块302，历史数据存储于历史数据库子模块303。
43.数据监控子模块305是将实时数据库子模块302和历史数据库子模块303中的实时数据、历史数据、及井站等配置数据进行数据展示，主要功能包括：实时数据查询、历史数据查询、报警信息查询、参数设置。
44.数据转储子模块304的功能是将数据由油田工业网区转储到油田办公网区，具体原理是将实时数据库子模块中的实时数据按照配置信息转存到油田办公网区41的api数据接口子模块，油田办公网区再将数据存储到自身的数据库中。
45.系统配置子模块306是负责系统结构化信息的录入。主要包括：节点配置、ip及端口配置、变量模板配置、帧模板配置、转储任务配置、历史数据存储间隔配置、项目工程备份与还原配置等功能。当用户想要新增采集对象时，需要先利用配置客户端进行相关自动化配置后，才能进行其他相关应用。
46.工业网应用模块33主要包括c/s模式的操作客户端和手机app操作客户端，主要用于实时数据展示、报警信息查看、现场设备参数配置。
47.油田生产指挥系统服务器41的内部结构包括api数据接口子模块、数据库子模块、生产指挥系统子模块。api数据接口子模块用于接收31的数据转储子模块的数据，然后将接收到的数据存储到数据库子模块中，数据生产指挥系统子模块主要用于油田生产办公应用，主要功能包括生产数据监测、生产报警、生产动态、生产管理、调度运行、应急处置。
48.办公网应用模块42主要包括生产指挥系统平台的浏览器客户端和手机app操作客户端。