井场数据处理与网络传输系统

郑倩倩 郑州澍 青医学高等专科学校公共科学教育委员会

井场数据处理与网络传输系统

郑倩倩 郑州澍 青医学高等专科学校公共科学教育委员会

油田井场数据采集与传输需要进行数据压缩和加密处理。在TCP/IP协议的基础上自定义系统通信协议，利用Windows Socket进行程序设计，实现井场与控制中心之间的数据传输。在C/S模式下，进行系统组成和软件结构框架的设计，利用DES加密算法解决数据传输安全性问题，利用LZW算法保证数据的实时传输，利用数据存储补发技术保证数据传输的可靠性。在解决井场数据传输一系列问题的基础上，设计井场数据处理与网络传输系统，实现井场数据安全、高效和可靠传输。经系统综合测试及油田井场现场应用可知，此系统运行良好，提高了生产效率，可大范围地推广应用。

TCP/IP协议；数据传输；LZW压缩；C/S模式

目前，油田井场存在很多问题，主要包括：油井分布广泛和现场生产环境恶劣；巡井工作任务繁重且不能及时维修故障设备；数据记录不全以及无法实时传输数据等。为了掌握油井生产情况和更好地维护油井，结合计算机网络技术和有关算法，设计井场数据处理与网络传输系统，实现井场数据实时传输。

1 系统设计

C/S模式是建立在局域网的基础上，而B/S模式是建立在广域网的基础上的。C/S架构软件的应用服务器运行数据负荷较轻，数据的储存管理功能较为透明，B/S架构的应用服务器运行数据负荷比C/S重。DES算法[1]为密码体制中的对称密码体制，分组比较短，密钥也短、密码生命周期短，运算速度较慢，具有极高安全性。LZW码能有效利用字符出现频率冗余度进行压缩，且字典是自适应生成的，但通常不能有效地利用位置冗余度。串口通信最重要的参数是比特率、数据位、停止位和奇偶校验，C/S模式结构见图1。

WITS的主要特点是提供了通信功能的多级方法。WITS定义了数据内容和格式，允许一系列的通信选择，从一个已经定义的记录子集的简单单向数据传输到双向通信会话，产生了一个作业和服务公司联系的工具，而无需为软件支持非兼容的传输格式花费无效投资，为在井场或以井场进行数据传输方面提供了一种“通用语言”。

该系统以C/S模式为基础，采用TCP/IP网络传输协议实现“多对一”模式的数据传输预处理，实现数据实时采集、数据压缩与加密和网络数据传输等功能。如果数据传输过程中出现异常，采用数据补发存储技术，实现数据的暂时存储和传输。系统采用延华的UNO-2172和UNO-2182工控机[2]，拥有丰富的接口资源，支持Windows CE和Windows XP嵌入式操作系统，缩短开发周期，符合硬件设计需求。在硬件配置完成之后，利用串口控制API函数[3-4]、Socket编程技术和串口类的调用技术实现软件程序编制。软件设计包括总体框架、数据采集传输和数据处理三大部分。在系统开发过程中，要符合开放性、安全性、实用性和操作简便的设计原则。在数据进行加密和压缩之前，需要对数据进行预处理。

井场数据处理与网络传输系统主要包括数据实时采集模块、数据实时传输模块和控制中心数据处理模块三大部分。该系统首先进行数据的实时采集，在采集完数据之后进行数据的加密和压缩，完成数据传输之后再进行数据的解压和解密，最终实现数据的实时、安全传输。

图1C/S模式结构

2 系统实现

油田井场分布分散及野外环境恶劣，井场数据采集与传输需要对数据进行压缩和加密处理。在TCP/IP协议的基础上自定义系统通信协议，利用Windows Socket进行程序设计，实现井场与控制中心之间的数据传输。在C/S模式下，进行系统组成和软件结构框架的设计，利用DES加密算法解决数据传输安全性问题，利用LZW算法保证数据实时传输，利用数据存储补发技术保证数据传输的可靠性。在解决井场数据传输一系列问题的基础上，设计井场数据处理与网络传输系统，实现井场数据安全、高效和可靠传输。

井场数据处理与网络传输系统的软件设计主要包括现场端软件设计和基地端软件设计两部分，实现数据压缩与加密、在一定通信协议下的可靠数据传输、数据文件的存储与发送。数据加密技术是指将数据信息在加密钥匙和加密函数下转换成无意义的密文，接收方可在解密函数与解密钥匙的帮助下还原成原始数据信息，是网络安全技术的基石。在硬件配置完成之后进行软件设计，利用软硬件结合的方式，设计井场数据处理与网络传输系统。

井场数据处理与网络传输系统设计完成之后，进行系统调试和综合测试，测试结果良好，可实现系统的设计目标；同时，在油田进行现场应用，系统运行良好，可以实现井场数据的实时传输，减轻巡警工作人员的工作压力，实现油田科学化管理，可在油田进行大规模地推广应用。

3 结语

采用串口类的编程技术，利用RS—232和RS—485串口通信协议实现井场数据的实时采集；基于TCP/IP协议，利用Socket网络编程技术实现数据传输；采用LZW和DES算法进行数据压缩和加密，提高数据传输的安全性；采用数据存储补发功能实现数据的可靠性传输，利用自定义通信协议实现数据解析。经系统综合测试及油田井场现场应用可知，此系统运行良好，可满足设计初衷，有效解决了井场数据传输中存在的问题，在井场应用良好，能提高油田生产效率，有利于油田的数字化井场建设，在油田可大范围地推广应用。

[1]李会银．基于USB接口的测井电缆数据传输系统研究[D]．东营：中国石油大学研究生院博士论文库，2006．

[2]龚建伟，熊光明．Visual C++/TurboC串口通信编程实践[M]．北京：电子工业出版社，2007．

[3]蒋东兴，林鄂华编著．Windows Sockcts网络程序设计指南[M]．北京：清华大学出版社，2003．

[4]王智超．基于数据加密的网络通信系统的研究[D]．天津：河北工业大学研究生院硕士论文，2006.

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.018