Библиографическое описание:

Кудрявцев А. В., Енгалычев И. Р., Кашапов А. Р. Применение помехозащищённого кодирования для повышения целостности информации погружной телеметрии // Молодой ученый. — 2011. — №1. — С. 25-27.

Повышение эффективности добычи углеводородов на основе прогрессивных технологий является одной из важнейших задач нефтегазовой отрасли. Техника и технологии одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) нескольких пластов и одновременно-раздельной закачки (ОРЗ) жидкостей и газов в пласты, переживают второе рождение [1]. Системы ОРЭ и ОРЗ появились достаточно давно, но по-настоящему востребованными оказались только теперь. Как отмечается, это связано, прежде всего, с существенным изменением цен на нефть, равно как и на услуги, и оборудование для подъема и подготовки нефти. Расширенное внедрение технологий ОРЭ и ОРЗ позволяет решать очень многие проблемы и ставить новые задачи перед теми, кто занимается разработкой этих технологий и техники и их внедрением.

Первые образцы оборудования для ОРЭ созданы и сегодня особенно актуальны вопросы обеспечение этих процессов информационными технологиями, при этом к оборудованию для раздельной эксплуатации пластов предъявляются следующие требования [2]:

  • раздельный учёт дебита жидкости, получаемой из каждого пласта (по ПБ 07-601-03 «Правилами охраны недр»);

  • создание и поддержание заданного давления против каждого вскрытого пласта;

  • получение на поверхности продукции разных пластов без их смешивания в скважине, так как свойства нефти могут быть различными;

  • исследование каждого пласта;

  • ремонтные работы в скважине и замену оборудования, вышедшего из строя;

  • регулировку отбора жидкости из каждого пласта;

  • работы по вызову притока и освоению скважины.

Для качественной работы оборудования необходим непрерывный контроль основных показателей каждого пласта (температура, давления, дебит, водонасыщенность и т.д.).

Таким образом, при ОРЭ возрастает ценность информации, а значит и ее достоверность является определяющим фактором в процессе принятия решения, и, следовательно, в эффективности работы скважины.

Для передачи показаний от телеметрической системы, которая находится в скважине и собирает информацию с датчиков находящихся напротив каждого из пластов, могут использоваться как кабельные, так и беспроводные каналы передачи информации [3,8], в которых с большой долей вероятности передаваемые данные по ним подвержены влиянию помех. Характер этих воздействий носит случайный характер, который не всегда поддается математическому описанию. На проводной канал влияют большой уровень электромагнитных помех, на беспроводной - высокие помехи разного рода и, в особенности, сильное затухание и многофазная среда передачи.

Широко известно применение при передаче информации метода с использованием контрольной суммы (CRC). Этот метод достаточно прост в использовании и затрачивает малое количество аппаратных и временных ресурсов и позволяет в большинстве случаев (99 %) [4, с.191] сделать вывод об испорченности кадра, но нет никакой возможности исправить кадр.

Для повышения вероятности правильного приема кадров используют метод дублирования, то есть кадр с информацией отправляют некоторое количество раз. Данный метод повышает надежность, но возможна ситуация, когда нет корректно полученных пакетов. Другим методом повышения целостности информации, передаваемой по зашумлённым каналам связи, является использование помехозащищённого кодирования.

Рассмотрим случай, когда необходимо передать по беспроводному каналу связи кадр размером 272 бита. Данный пакет содержит показания о 3 пластах, гидродинамические показатели которых контролируются с помощью 5 датчиков, каждый из которых занимает область в пакете 16 бит. Первый байт пакета занимает синхронизирующую последовательность, а второй байт содержит служебную информацию. Последние два байта занимает избыточный код для обнаружения и исправления ошибок.

Рисунок 2. - Формат рассматриваемого кадра

Существует большое количество двоичных кодов, с помощью которых можно обнаруживать и исправлять ошибки [4,5,6]. Для уменьшения количества рассматриваемых кодов введём следующие ограничения:

  • необходим код обладающий возможность обнаруживать и исправлять ошибки;

  • передача информации осуществляется кадрами (рисунок 2);

  • проверочные разряды должны находиться в конце кадра.

После обзора возможных кодов для решения задачи, приходим к выводу, что для дальнейшего рассмотрения могут применяться блочные систематические коды.

Систематические коды включают в себя огромный ряд кодов. Наиболее удобными для аппаратной реализации являются циклические коды. В данной работе рассмотрены следующие представители этих кодов [7]: код Рида-Соломона, код Файра, код Хемминга. Так же рассмотрены код CRC и проверка на чётность, с которым будет проводиться сравнение предлагаемых кодов для выявления их достоинств и недостатков.

Возможности кодов будут оцениваться с помощью моделирования процесса приёма пакетов с различными моделями ошибок, которые могут возникнуть при передаче информации в каналах передачи данных.

К моделям ошибок относятся однократная ошибка (искажение возникает в любом бите исходной битовой последовательности), однопакетная ошибка (возникают искажения в двух или более смежных бит), множество независимых ошибок (искажение возникает в любых двух и более битах).

На рисунке 3 представлены зависимости, полученные путем моделирования соответствующих кодов: рисунок 3а – зависимость количества правильно принятых пакетов от числа одиночных ошибок, рисунок 3б – зависимость количества правильно принятых пакетов от числа ошибок в одиночном пакете, рисунок 3в – зависимость количества правильно принятых пакетов от числа одиночных и пакетных ошибок, рисунок 3г – зависимость количества обнаруженных искаженных пакетов от числа одиночных и пакетных ошибок.

Рисунок 3. - Экспериментальные зависимости для кодов

По результатам моделирование можно выделить достоинства и недостатки данных кодов, которые приведены в таблице.

Таблица 1 – Достоинства и недостатки рассматриваемых кодов

Название кода

Возможности (достоинства)

Недостатки

Комментарий

CRC-код

Обнаруживает ошибки на 99 %.

Только обнаруживает, но не исправляет ошибки.

Простой алгоритм реализации.

Код с проверкой на четность

Обнаруживает k-кратные ошибки в блоке, где k – нечетное число.

Четное число ошибок в каждом блоке не обнаруживает. Только обнаруживает, но не исправляет ошибки.

Делит передаваемые данные на 16 равных блоков и контролирует каждый из них. Простота реализации.

Циклический код Хемминга

Исправляет все однократные ошибки.

Не обнаруживает ошибок более двух.

Используются только 9 бит из возможных 16. Возможно реализовать в оставшиеся 7 бит проверку контрольной суммы. Простой алгоритм реализации.

Код Рида-Соломона

Исправляет один любой байт. Обнаруживает 85 % искажений.

Не исправляет ошибок, которые попадают на границу смежных байтов. 15 % ошибок не обнаруживаются.

Байты предварительно размечаются. Алгоритм декодирования упрощается за счет условий задачи (16 бит).

Код Файра

Исправляет все однократные пакеты ошибок длиной 5 бит.

Обнаруживает 70 % ошибок.

30 % ошибок не обнаруживаются.

Код ориентирован на исправление пакетов ошибок. Код циклический. Простой алгоритм реализации.


Таким образом, целесообразнее применять кодирование с помощью кодов Файра и Рида-Соломона. Для практического применения при заданных условиях кадра, с точки зрения аппаратных и временных затрат, предпочтительнее использовать код Файра, но ввиду недостаточной обнаруживающей способности необходимо добавить 16 битное контрольное поле CRC, которое с вероятностью 99% подтвердит достоверность передачи.

Таким образом, для достижения требуемой целостности информации, которая передаётся по кабельным или беспроводным каналам в скважине, можно подобрать помехозащищённый код с такими параметрами, при которых ошибки, связанные с воздействием помех, будут не только обнаружены, но и исправлены. Однако, учитывая малую пропускную способность каналов передачи в скважине, можно сделать вывод, что необходимо увеличивать или уменьшать проверочную информацию в кадре в зависимости от зашумлённости конкретного канала связи. В результате происходит адаптация помехозащищённого кодирования для конкретных задач и условия.


Литература:

  1. http://www.barrell.ru/ending/ending3.html

  2. Каменских С.А., Краснов В.А., Наговицын Э.А., Семенов В.Н. Технология и оборудование для одновременно-раздельной разработки нескольких пластов – ЗАО Элкам-Нефтемаш – 2010-2011.

  3. Габдулов Р.Р. Опыт применения технологий для ОРЭ многопласто-вых месторождений в ОАО НК «Роснефть» / Габдулов Р.Р., Сливка П.И., Агафонов А.А., Никишов В.И. // Инженерная практика. 2010. №1.

  4. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки – М.: Мир, 1986. – 576 с.

  5. Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. – М.: Техносфера, 2005. – 320 с.

  6. Питерсон У. Коды, исправляющие ошибки. – М.: Мир, 1976. – 600 с.

  7. Имакаев Р.М. Применение помехоустойчивого кодирования при передаче информации от датчиков в интеллектуальной скважине // Актуальные проблемы в науке и технике. Том 1. Информатика, управление и компьютерные науки // Сборник трудов четвертой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых, 19-21 февраля 2009 г. – Уфа: Издательство «Диалог», 2009. – 596 с. с. 239-243.

  8. Лаптев В.В., Бабушкин И.П, Адиев И.Я. Геофизический "On-Line"-мониторинг разработки многопластовых объектов в скважинах с УЭЦН. Научно-практическая конференция "Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин. Тезисы докладов конференции в рамках XVIII Международной специализированной выставки "Газ. Нефть. Технологии-2010". Уфа: Изд-во «НПФ Геофизика». 2010. С.225

5


Обсуждение

Социальные комментарии Cackle