阅读说明：本技术 通讯网络 (Communication network ) 是由 布兰登.海兰 于 2018-05-01 设计创作，主要内容包括：一种通信网络,包括多个分布式节点,每个节点包括：通信模块,用于与至少一个其他节点进行无线通信；处理模块,用于对至少两个节点之间传递的数据进行操作,其中,可以无线收集数据根据预定的数字分类帐鉴权密钥,使用数字分类帐技术从任何节点来验证至少一些数据的直接通信。(A communications network comprising a plurality of distributed nodes, each node comprising: a communication module for wirelessly communicating with at least one other node; a processing module for operating on data communicated between at least two nodes, wherein the data can be wirelessly collected to verify direct communication of at least some of the data from any node using digital ledger techniques based on a predetermined digital ledger authentication key.)

通讯网络

本发明涉及一种通信网络，尤其涉及一种考虑到具有集成监控和通信机制的过程改进的通信网络。

背景技术

海底和地下结构以及在太空中部署的结构受到各种局部因素的影响，例如压力，水流，重力等，这些因素可能导致磨损并削弱其完整性。例如，在海底环境中，位于海洋深度达2000m并配置为惰性波的钢制悬链提升管，在海洋生物体内的分层层中，在不同深度处会受到不同的水流。这些不同的电流也可能因风暴条件而发生变化，例如在生成的表面层上的运动。本文的发明人已经认识到，现有技术方法的缺点在于，除了海体内的分层外，不同的洋流还可以作用于对海底结构产生进一步的应变，因为不同的力可以作用于该结构的不同部分上。结构间应变以及力本身的应变。这种磨损会严重限制海底结构的使用寿命，并且在无法有效评估发生的损坏的任何方式中，为防止结构失效，必须低估其使用寿命。保守的寿命估算可能意味着在结构的使用寿命接近极限之前就更换了结构，因此，当结构的目标(例如立管)是将碳氢化合物从海底移动到顶部时，最低的每桶成本，低估了立管的使用寿命，这意味着该结构的每桶资本成本高于必要的成本。

因此，本发明的目的是提供一种克服了这些和其他问题的通信网络。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种通信网络，其包括多个分布式节点，每个节点包括通信模块，用于与至少一个彼此无线地通信。

节点和处理模块，该处理模块可操作以对至少两个节点之间传送的数据进行操作，其中可以使用数字分类帐技术从任何节点无线收集数据，以根据预定的数字分类帐验证密钥对至少一些数据的直接通信进行验证。优选地，传输的数据是处理后的数据。

优选地，至少一个节点还包括至少一个传感器模块，该传感器模块可操作以感测与至少一个预定标准有关的数据。

优选地，经处理的数据是已经由处理器模块作用的感测数据。可替代地，所发送的数据是已经由处理器模块作用的性能数据或通信数据。

优选地，预定标准与环境信息有关。感测到的与环境信息有关的数据可以包括用于进行地震监测，气象海洋数据监测或污染监测中的一项或多项的传感器。

优选地，通信网络包括海底通信系统。

预定标准可以涉及水下结构完整性的感测数据，包括与疲劳，应变，加速度，温度和压力中的一个或多个有关的感测数据。

数字分类帐技术可以通过使用预定的密钥许可来确保用于在节点之间传输所需数据的方式来使数据传输的功率需求最小化。通过以这种方式使用数字分类帐技术，网络可以无线通信基本数据，同时最大程度地减少功耗，从而有助于降低成本和延长网络寿命。

节点可以是静态的，也可以是移动的，例如，它们可以部署在固定资产或结构上，也可以部署在海床上。替代地，可以将节点部署在移动单元中，例如AUV，ROV，潜水员，船，浮标或无人机。

或者，可以将通信网络部署在地下。进一步可选地，可以将通信网络部署在空间中。

数据可以从静态节点无线传输到另一个静态节点。

或者，可以将数据从静态节点无线传输到移动节点。

优选地，每个节点可以使用声学，光学和电磁数据承载信号中的至少一个进行无线通信。

优选地，节点可以包括混合通信能力，并且可操作来使用携带信号的声学，光学和电磁数据中的两个或更多个进行通信。

优选地，每个处理器模块可操作以对感测到的数据实施分析。优选地，该分析可以包括使用由传感器模块在网络内测量的数据的模型校正机制。

这种模型分析和校正使人工智能方法可以在网络的数据分析过程中实现。

方便地，数据的收集可以促进跨网络通信。

在海底网络中，混合AUV可以跨网络移动，对关键数据进行交叉授粉，并可以在网络上传输大型数据集。

方便地，AUV可操作以跨网络传输功率。

AUV可以方便地与节点交换电池。可替代地，AUV可操作为实现节点单元的无线充电。

优选地，网络包括至少一个浮标单元。浮标单元可用于向网络提供本地能量产生。能量产生可以使用太阳能，风能或波浪能中的一种或多种。浮标可以硬接线至固定节点以提供能量供应。替代地，能量可以是无线的

通过AUV从浮标收集到的能量，该AUV可以用来携带能量以进一步传输到网络节点。

数字分类账技术可以是区块链技术。

根据本发明的第二方面，提供了一种通信网络，该通信网络包括分布在分布式结构上的多个无线节点，每个无线节点包括至少一个传感器，处理器，存储器和至少一个收发器，其中该传感器是可操作的。测量至少一个环境变量，该环境变量由处理器处理并在接收机继续发送之前存储在存储器中。

根据本发明的另一方面，提供了一种结构监视和通信网络，其具有至少一个结构监视单元，该结构监视单元包括至少一个传感器机构，处理器单元和通信单元，其中，该处理器单元用于从传感器机构中收集数据。并根据所获取的数据来生成控制数据，该控制数据被提供给通信单元，该通信单元可操作以将控制数据发送到作为通信网络一部分的远程通信单元。

通过提供处理单元以在本地作用于感测的单元以生成用于远程单元的控制数据，可以使用实时数据来确保提供控制数据，该控制数据使得本地和远程处理单元能够以响应实时情况的方式进行动作。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考以下附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的通信网络；

图2显示了部署在图1的通信网络中的管道记录器；

图3显示了通信网络的网络，以及

图4示出了根据本发明示例性实施例的通信网络。

具体实施方式

：

在图1中，示出了通信网络10，该通信网络10包括分布在海底区域上的多个传感器节点12，每个传感器节点在这种情况下被安装在固定于海底13的结构32上。每个传感器节点设有传感器。机构(未示出)以及在这种情况下可操作以使用电磁通信信号15，声通信信号17和光通信信号18发送数据的通信机构。在这种情况下可操作以使用电磁通信信号16进行无线通信的通信节点14分布在每个海床13上的局部无线电通信气泡20被分布在海床13上。声通信气泡22包围多个传感器节点12。

网络10还包括在海洋表面35处的FSPO 34，其通过立管30连接到海底结构32。立管30设置有位于声学通信气泡22内的通信节点14。声学通信的另一菊花链。节点25被设置在声学通信气泡22的边界处的提升器30上，以使得能够将数据信号从气泡22内向前传输到诸如FSPO 34的接收器单元。

在声通信气泡22内，AUV 38可以包括传感器节点12或通信节点14，并且因此设有AUV 38。

通信模块，可操作以使用一个或多个进行发送

电磁，光学和声学数据携带信号的矿石可以在周围移动，以从传感器模块12或通信模块14收集数据，并将该数据携带到其他地方以继续传输。将理解的是，AUV将可以根据需要对携带数据的数据执行从网络的一个区域到网络的另一区域的数据的交叉授粉的类型。

将理解的是，传感器模块12可以是环境监测系统，其使得海底物联网云计算网络能够监测地震，气象海洋数据和污染。

由感测数据生成的大型模型将可以在海底运行，并根据实际测量数据进行校正。通过将人工智能处理机制集成到节点处理器中，各个传感器和网络传感器将具有实施加速自学习的能力，以改善对地震，气候变化影响和污染影响等问题的预测。

从每个节点收集的数据可以在本地进行处理，以仅生成用于传输的相关数据，从而最大程度地减少了向前传输的带宽需求，并可以有效地进行本地数据管理和控制，以及进行本地机器学习以开发和实施更有效的本地控制决策。可以使用数字分类帐技术(例如区块链或其他加密货币类型技术)来管理通过收割机机制或按节点到节点的传输对数据的访问，该技术可以实现安全的交易并确保数据不会被外部人入侵。数字分类账技术可作为分布式数据库运行，从而可以分散存储和处理数据，从而提供透明度和责任感。

数字分类帐通过记录的组合以及消除了对数据处理中介的需求，可以保护数据的隐私。参与数据传输的各方可以查看加密的数据库，并查看任何相互的事务，或者已获得密钥查看权限的任何事务，但是没有一方可以控制数据处理过程。因此，AUV 38仅能够从已经被授予访问权限的节点12、14访问数据。一旦交易中涉及的每个移动或静态节点确认数据单元或块是正确的，每个交易就是一个数据集单元或块，将其添加到数字分类帐或链中。分类帐本身受密码保护。

在通信网络中使用数字分类帐技术意味着在时间上按时间戳记不可能操纵系统或返回并覆盖数字分类帐。这意味着每个数据传输事务都可以在两个节点12、14之间以协议方式直接进行身份验证并直接进行。因此，交易提供了安全且无可争议的链或事件。使用数字分类帐，数据被拆分并散布在整个网络系统中，但是，只有数据所有者才能将数据放回原处，因此数据的控制权归所有者所有。每个节点12、14具有识别哪个节点拥有数据的能力。但是，只有具有正确密钥(已由数据所有者提供给该节点)的节点才能解锁对数据的访问。数字账本的使用最大程度地提高了数据传输过程的透明度和匿名性，因为每笔交易都可以通过有权访问链的任何单位看到，但是由于每个节点都有唯一的字母数字标识符，因此它还具有决定是否保留匿名的能力。地址之间的交易。交易也可以用使节点之间的交易自动化的算法来编程，从而增强使用人工智能系统开发使用感测到的实时数据的有效过程的能力。应当理解，实现的数字分类帐技术可以是区块链系统或一些其他类似的加密货币风格分类帐系统。还将意识到，该安全的交易链不必为公众所用，实际上，它仅对数字密钥的持有者可见，该数字密钥提供对该特定分类帐的访问，从而为通信网络提供进一步的安全性。仅打算由指定目标受众使用的这种安全或私有数字分类帐导致封闭的，因此具有高安全性的通信网络系统。

在某些情况下，数字分类帐可以是一个完全开放的数据库，任何人都可以随时向其添加数据。但是，即使通信网络实现了这种对公众开放的分类帐，如果不提供预签名，数据提供者的真实身份或添加到分类帐中的节点或网络单元也不会向公众公开。确定的数字密钥提供这种访问。这样的公共分类帐还可能包含机密信息，例如，只有特定节点或AUV才能访问该机密信息，而任何节点也可能仍能够向分类帐提供信息，而无法访问以前已经被访问过的数据。存储在分类帐中。为了进一步保护通信网络，可以在没有预先确定的密钥的情况下拒绝访问分类帐中的信息，或者仅在贡献节点或读取者首先接受预先指定的条件(例如机密性协议或自动握手时的特定标识信息。

可以通过在网络10内通过集成账本模板来实现数字账本，账本模板例如是可以是开源区块链框架的区块链模板，该开源区块链框架使区块链应用程序能够被编写并完全按照编程运行，而无需停机，检查，欺诈或欺诈。第三方干扰因此有利于点对点或网络到公共事务，或根据访问控制和数据许可的使用来建立新的公共或专用网络。

通过将数字分类帐技术集成到网络10中而提供的嵌入式智能合约和去中心化网络增强了物联网的安全性和一致性。由于在使用数字分类帐技术时，网络10的一个区域的中断不会影响网络内的任何其他区域。因此，可以在网络内实现连续的连接，从而可以可靠地实现本地处理，同时还可以实时进行。

关键数据与外部系统的通信。数字账本技术的分布式体系结构(例如区块链)为网络10提供了物联网设备标识，身份验证以及无缝，安全的数据传输。数字分类帐技术还可以通过跟踪传感器数据测量值来防止恶意数据重复，从而提高网络安全性。

在节点之间的通信中使用网络10还可以允许实现数字孪生系统。数字双胞胎在石油和天然气工业中得到广泛使用，以提供操作环境的数字表示。

在数字双胞胎上运行操作方案，以便对操作系统的后果有一个真正的了解。在海底云计算体系结构中，精确的数字孪生可以部署在海底云计算节点中，并用作机器学习引擎的数字模板。可替代地，可以将通用数字双胞胎放置在每个海底云计算节点中，并且该数字双胞胎根据随时间从该节点和海底网络内的其他节点导出的数据而发展和演化，使得该数据双胞胎是进化的。然后，数字孪生架构会随着时间的推移在两个层次上发展和演化，首先是开发

操作模型本身，并随着时间的推移进行调整，以反映网络及其在其中部署的周围环境的发展，从而提供一种新模型，从而使用结果为实际操作条件开发新方案。

在图2中，示出了管道记录器40，其可以是部署在网络10中的传感器模块12的示例，该传感器模块12可以以预定方式感测数据，在使用一个或多个向前传输之前在管道记录器内本地处理数据。电磁，光学和声学数据传输信号。管道记录器40可以是诸如SeatoothHybrid Smart Controller之类的单元，该单元可操作以监视运动，深度，温度(过程和海水)，过程流量(超声波流量)，腐蚀(超声波厚度和阴极保护)和水流。数据可以被本地存储在管道记录器40中包含的存储模块中，并且由管道记录器40中包含的处理器执行的本地处理可以对大量感测到的数据起作用，以开发出用于继续传输的关键信息。海底环境中的监督控制和数据采集(SCAD A)可以使用支持无线通信的***海底传感器设备来收集有关环境标准的数据，并使用混合无线通信技术在整个本地传感器网络上传递反馈和控制数据。这种本地SCADA系统处理可实现实时监视和本地预测模型校正功能，以促进人工智能海底系统的优化。

在图3中可以看出，几个通信网络10A，10B和10C可以彼此相邻布置。相邻地布置网络使得能够通过从一个网络到另一个网络的移动通信单元进行网络扩展和数据的交叉授粉。混合通信云结构10A，B和C可以进一步与地表云网络通信互连，以通过将海底云计算与常规云计算互连来给出最佳通信机会。混合通信传输技术还可以促进通过空气，水和/或地面之间的边界接口进行优化的数据传输。通过将本地处理功能集成到网络中，仅需要传输已处理的数据，而无需传输原始收集的数据，从而减少了传输带宽

要求并减少电池使用量。

例如，支持混合通信的浮标36和/或AUV 38是系统的架构元件，其增强了环境应用以及跨一个或多个通信系统10的环境数据的数据收集。

将理解的是，AUV 38还将例如通过执行电池交换或对移除的传感器节点12或通信节点14进行无线充电来在整个网络上传输能量。

当利用太阳能，波浪或风力产生装置使能时，浮标36可以是局部能量产生的来源。尽管可以无线地收集和传输能量，但也可以在浮标和海底节点12、14之间实现硬线电源连接。

可以利用从诸如热过程管道的热能，水流能，地热能和化学能之类的源产生的功率在系统内实施其他局部能量产生技术。此外，尽管以上实施例涉及海底网络，但是这种网络和通信技术可以在地下环境或诸如太空中的其他难以到达的环境中实现。集成的混合通信系统可以通过水，地面和空中传输数据，也可以通过空气/水/地面不同介质之间的接口进行传输。

图4示出了在水下系统中实现的本发明的示例性实施例。该图是管道系统的一部分的框图，通常使用附图标记102来指示该管道系统，该管道系统具有根据本发明的实施例的通信和监视系统。管线系统102包括从井口111引出的管线110。该井口设有无线启用的海底控制模块114。管线110设有无线启用的监视节点112，在这种情况下为两个无线启用的监视节点112A，112B。提供。管线110通向提升管113，该提升管113将碳氢化合物流体带到钻机140。监测节点112A，B被设计成监测管线110内的流动以及监测管道温度和周围海温。流过管道110的提取的烃流体的温度会影响流体的流动，并且在某些情况下，会促进管道中水合物120的积聚，如参照管段110B更详细地显示的那样。可能发生分层流动，其中管道底部较慢流动的液体的温度可能与上方的气体流动相差很大，并且这可能会通过促进水合物的积聚而对流动产生不利影响，并引起管道内各种腐蚀的问题。管道周长。

使用可改型的或集成的监控节点112A，B，可以使用例如超声波流量测量技术来有效地测量管道内的流量。此外，测井机制可以对管道内的温度进行测量，以便实时了解要获得的管道内的流量。

除此之外，监测节点112A，B能够测量围绕节点112A，B的海的温度，并且因此实时感测到数据中的一个或多个的数据，所述数据中的一个或多个与内部管道温度，周围海温和内部的流量有关。可以将管道提供给节点处理器，并可以基于实时环境数据生成控制数据。

节点112A，112B内的通信单元使控制数据能够使用参考图1至图3讨论的数字授权协议无线传输。从节点112A，B传输的数据可以传输至控制中心，在此在确认适当的认证密钥后，该盒位于钻机140上。节点112A，B可被集成在闭环过程控制系统内，而节点112A，B内的通信单元将控制数据提供给井口控制模块114，从而直接实现任何所需调节的本地实施。应当理解，尽管该实施例详细描述了有关海底系统环境的网络，但是

系统可能类似地处于地下环境或任何其他遥不可及的难以访问的环境中，包括在空间中。

提供两个或更多个监视节点112A，B可以启用分布式监视系统，在这种情况下监视温度和管道内流量，从而使得能够识别来自管道110的部分110A和110B的本地实时数据。然后，通过监视节点112A，B可以将其应用于管道系统102的控制决策。可以将模块112A，B记录的数据传输到海底控制模块(SCM)114。该分布式监视系统意味着本地热或冷可以识别斑点，并通过嵌入在SCM 114中的过程控制系统来减轻斑点的影响。可以通过收集实时数据来增强过程控制操作的模型，从而改善对安全系数数据的控制，离线模型校正和动态建模。节点112A，B的无线通信提高了关键信息传输的及时性，并且在系统内使用数字分类帐技术使得数据管理更加严格和透明。然后，SCM114能够处理接收到的数据。

本文的通信网络可以提供对完整性的更好理解，例如管道完整性，在理解资产寿命方面，结构性能变得越来越重要。网络设备使观察成为可能，

测量，监视和数据传输，无论管道是在水下，地下还是在露天。在水下环境中，部署和取回水下车辆以收集或获取数据可能是一个昂贵且及时的过程，并且在需要快速有效地获取实时数据的情况下，从地面和地面上部署水下车辆的成本和时间会延迟。使用传统系统既太昂贵又可能太慢，但是本发明的网络克服了这一问题。在地下环境或诸如外部空间的环境中也存在类似的问题，在这些环境中，远程定位使使用传统技术进行物理检索数据变得困难，及时且昂贵。网络提高了系统在通信过程中保留数据私密性的能力。着眼于立管，可以更有效地监控和管理影响结构使用寿命的一系列因素，这些因素包括：运动引起的疲劳(例如，暴风雨，水流/VIV，自生水流)

运动/FIV等)，由于温度引起的疲劳，外部氧化造成的腐蚀，由于工艺造成的内部腐蚀以及包括拍击，含水率变化的工艺条件，本发明的通讯网络可以对其进行监控以优化用于最大吞吐量或延长使用寿命的结构和系统，不仅用于立管，还用于其他海底结构，例如石油平台，海上风车等，或地下结构或部署到大气或外层空间的结构。

本发明的主要优点在于，可以在海底环境中跨网络集成安全的无线数据传输系统。

本发明的另一个优点是，跨海底网络的数据通信可以利用数字分类帐技术和混合通信系统来优化海底环境中的有效数据传输和人工智能的实现。

本发明的另一个优点是提供了一种改进的过程监控系统，该系统利用实时监控数据来增强封闭控制系统。

本发明的至少一个实施例的另一优点是分布式监视系统使得能够增强实时数据收集。

本发明的至少一个实施例的另一优点在于，本地处理的数据的无线传输改善了控制系统对系统性能和/或环境因素的变化的响应性。

本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本文描述的本发明进行各种修改。例如，尽管管线110被示为海底管线，但是监视节点可以应用于穿过冷却阀芯或在其他环境中的地下管线，地上管线。