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《西安石油大学》 2016年
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井口无线设备配置协议的研究与实现

张璇予  
【摘要】:随着信息网络的飞速发展,设备网络化也变得越来越重要。无线设备接入数字化油田监测系统可有效管理在生产中遇到的工作环境差、设备管理和维护不到位等问题。另外,随着信息量的大规模增多,用户对无线设备网络配置的通用性需求也日益增加,依靠原来各油田只针对自己油田工作需求编写的配置协议已经很难在这方面有所突破。因此,根据国家现有各大油田无线数据传输系统的设定,编写出通用于数字油田井口无线设备的配置协议,方便统一各油田井口无线设备配置工作变得尤为重要。本文无线设备配置协议的设计是为了实现统一规范配置协议,并完成方便后续配置协议版本升级的操作,为提高重配置管理的效率提供了良好的基础平台。首先,通过Zigbee协议结构和IEEE 802.15.4标准引入配置协议栈的结构;其次,针对使用MSP430芯片的无线仪表通信模块的工作原理,解析各油田通信配置数据格式,并根据数字化井口仿真系统的需求规范出通用配置数据格式;然后,设计并编写油田井口无线设备的配置协议,在编写过程中加入一种可重配置协议栈结构,方便后续配置协议版本的升级且更有效地提高重配置管理的效率;最后,通过对现有数字化井口的仿真系统综合调试,设计适用于检测油田井口无线设备配置协议合理性的软件,对配置协议的总体性能进行测试,对其实现规范统一无线配置协议的正确性给予测试分析。通过性能测试表明,本文设计编写的油田井口无线设备配置协议具有合理性、正确性和通用性。可为统一各油田井口无线设备配置工作提供一定的帮助,不仅适用于掌握国家经济命脉的能源企业中的数字化油井远端控制系统,还会对各大企业信息网络的发展产生一定的促进作用。
【关键词】:井口无线设备 ZigBee协议 串行通信 MSP430单片机
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE931;TN915.04
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-9
  • 第一章 绪论9-13
  • 1.1 论文的研究背景和意义9-10
  • 1.1.1 论文的研究背景9
  • 1.1.2 论文的研究意义9-10
  • 1.2 国内外研究现状与发展前景10-11
  • 1.2.1 国内外研究现状10
  • 1.2.2 发展前景10-11
  • 1.3 论文主要研究内容和组织结构11-13
  • 1.3.1 论文主要研究内容11
  • 1.3.2 论文组织结构11-13
  • 第二章 ZigBee协议和IEEE802.15.4 标准综述13-24
  • 2.1 ZigBee网络体系结构13-15
  • 2.1.1 功能类型设备13
  • 2.1.2 节点类型13
  • 2.1.3 拓扑结构13-14
  • 2.1.4 工作模式14-15
  • 2.2 ZigBee协议结构15-17
  • 2.2.1 网络层16
  • 2.2.2 MAC层16-17
  • 2.2.3 应用层17
  • 2.3 IEEE 802.15.4 标准简介17-19
  • 2.3.1 IEEE 802.15.4 网络拓扑结构18
  • 2.3.2 IEEE 802.15.4 体系结构18-19
  • 2.4 IEEE 802.15.4 PHY说明19-22
  • 2.4.1 载波信道分配20
  • 2.4.2 能量检测20-21
  • 2.4.3 载波检测21
  • 2.4.4 链路质量指标21
  • 2.4.5 PHY常量和属性21-22
  • 2.4.6 服务原语22
  • 2.5 本章小结22-24
  • 第三章 需求分析和配置协议概述24-34
  • 3.1 需求概述24-25
  • 3.1.1 运行需求24
  • 3.1.2 功能需求24-25
  • 3.1.3 性能需求25
  • 3.2 配置协议组网管理25-28
  • 3.2.1 网络建立25-26
  • 3.2.2 允许设备加入网络26-27
  • 3.2.3 离开网络27-28
  • 3.3 配置协议帧结构28-30
  • 3.4 配置协议工作模式30-31
  • 3.5 信道访问机制31-33
  • 3.5.1 超帧结构31-32
  • 3.5.2 帧间隔32-33
  • 3.5.3 数据通信33
  • 3.6 本章小结33-34
  • 第四章 无线设备配置协议的总体设计34-49
  • 4.1 无线设备配置协议构架34
  • 4.1.1 井口无线设备工作内容34
  • 4.1.2 无线设备配置协议34
  • 4.2 MSP430单片机概述34-41
  • 4.2.1 中央处理器35-36
  • 4.2.2 JTAG调试36-38
  • 4.2.3 MSP430单片机串行通信38-40
  • 4.2.4 MSP430应用40-41
  • 4.3 无线设备配置协议栈设计41-48
  • 4.3.1 配置过程描述41-42
  • 4.3.2 仪表配置协议设计42-45
  • 4.3.3 仪表配置协议规定45-48
  • 4.3.4 仪表分节点网络地址的配置48
  • 4.4 本章小结48-49
  • 第五章 井口无线设备配置协议栈检测软件设计49-65
  • 5.1 协议栈检测软件概述49-51
  • 5.1.1 协议栈检测软件功能需求49
  • 5.1.2 协议栈检测软件框架49-50
  • 5.1.3 协议栈检测软件功能描述50-51
  • 5.2 协议栈检测软件详细设计51-56
  • 5.2.1 协议栈检测软件代码解析51-55
  • 5.2.2 协议栈检测软件操作说明55-56
  • 5.3 协议栈检测软件测试结果56-64
  • 5.4 本章小结64-65
  • 第六章 结束语65-67
  • 6.1 总结65
  • 6.2 展望65-67
  • 致谢67-68
  • 参考文献68-70
  • 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
  • 附录:无线设备配置协议标准71-84
  • 一、无线协议定义71-73
  • 二、规范性概述73-84
  • 1.ZigBee Pro传输要求73-75
  • 2.数据链路层传输要求75-80
  • 3.井口功能参数控制指令存储地址规定80-84

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