管道是石油运输的一种主要工具,一旦发生泄漏或阻塞等事故,将会造成巨大的经济损失,因此对石油管道进行监测极其重要。与输气、输水管道不同,石油管道在运输过程中对原油的流速、温度、压力等参数要求严苛,需要大量不同类型的传感器进行监测,成本极高。网络规模需要根据环境灵活地扩大或减小。现有的监测网络难以满足石油管道监测工作中降低网络成本、增加网络扩展的灵活性等需求。无线传感器网络（WSN,wireless sensor network）以无线的方式连接网络节点,省去布线成本;由于其自组网特性,WSN可以在无人操作的情况下进行网络扩展或自我修复。这些特点恰好满足石油管道监测的特殊需求,使得使用WSN在石油管道监测领域具有极高的应用价值。当前,在WSN的广泛应用,还有两个主要问题需要解决,一是可靠性问题,外部噪声干扰、节点间距过大会造成通信链路断开,影响网络正常运行;二是能量约束问题,数据收集和路由过程中通信能耗大,而传感器仅靠电池和太阳能供电,能量供应受限,导致网络无法长时间工作。因此,本文针对WSN的可靠性和能耗问题,进行了一系列工作,主要内容如下:提出一个WSN的分层架构,按照功能分为数据收集和数据传输两个阶段。在数据收集阶段,网关节点收集周围基础传感器的数据。在数据传输阶段,网关节点通过多跳方式将数据发送给远端汇聚节点。在该网络架构下,本文分别分析两个阶段的可靠性和能耗需求,在此基础上为这两个阶段分别设计网络模型,并明确模型中各类节点的作用。根据节点的类型以及通信范围等要求,选择不同的发射模块。在数据收集过程中,为了提高监测区域网络的可靠性以及降低通信的能耗,本文设计了一种数据收集方案。该方案首先确定了在满足通信要求的有效数据传输速率下,信道能容纳的活跃状态节点的最大数量。其次在监测区域内筛选出参与通信的节点,保证节点均匀分布。最后对现有的数据收集方案中路由生成方法进行改进,采用最小路径法生成路由。仿真结果表明,本文所提出的数据收集方案在能耗方面总体低于对比方案,具有明显优势。在数据传输过程中,前向节点信号的干扰导致链路可靠性降低,逐跳收发数据能耗过大。针对这些问题,本文设计了一个长距离线状无线数据路由协议,PRO协议。PRO协议保证了整个网络的高连通度和高可靠性,并减少了网络中数据传输的能耗。最后将PRO协议和现有的REC路由协议进行比较,实验结果表明,PRO协议在相同可靠性前提下,能耗和数据传输耗时整体低于REC协议。在两种不同的通信节点选择情况下,PRO协议传输耗时分别是130.5ms和100.58ms,能耗是0.1415mJ和0.241mJ,而在相对应情况下REC的传输耗时是2894.65ms和107.6ms,能耗是0.6083mJ和0.25158mJ,优势明显。本文所提出的石油管道无线监测网络的实现方案,不仅能够保证数据收集和传输过程中的高可靠性,并且分别与现有的无线数据收集和数据传输方案相比较,在能耗和传输时间方面都具有优越性,对无线传感器网络在石油管道检测系统中的广泛应用起到了技术支撑作用。