[發(fā)明專利]一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110677201.5
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113421415B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳傳;宋克柱;趙弘煒;陳卓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H04Q9/00
• 分類號: H04Q9/00;H04L12/40;H04L49/109;E21B47/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括：

多臺井下儀器，給每臺儀器均添加一個擁有三接口switch芯片的網(wǎng)絡(luò)板；所述網(wǎng)絡(luò)板包括第一接口、第二接口、第三接口；所述第一接口和第二接口用于與其他儀器的網(wǎng)絡(luò)板上的第二接口和第三接口以菊花鏈的方式連接，所述第三接口與儀器上的接口相連，所述網(wǎng)絡(luò)板起到交換機(jī)的作用，

還包括一網(wǎng)絡(luò)板0，網(wǎng)絡(luò)板0的第一接口與長纜遙傳系統(tǒng)通過SPI總線相連接，第二接口與其中一臺儀器的網(wǎng)絡(luò)板的第二接口通過以太網(wǎng)相連接，第三接口閑置；所述每臺儀器的網(wǎng)絡(luò)板依次相連，與網(wǎng)絡(luò)板0一起組成菊花鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)；

在switch芯片交換表建立后，井下以太網(wǎng)便組網(wǎng)成功，井下儀器和長纜遙傳系統(tǒng)通過各網(wǎng)絡(luò)板上DSP的串行總線與以太網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)井下儀器和長纜遙傳系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)上傳與命令下傳；

switch芯片采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)來保證幀的無差錯傳輸，其傳輸延時隨數(shù)據(jù)幀長度而增長，轉(zhuǎn)發(fā)延時T_ds由公式(1)表示：

其中L為傳輸數(shù)據(jù)總字節(jié)數(shù)，l為協(xié)議開銷字節(jié)數(shù)，m為轉(zhuǎn)發(fā)經(jīng)過switch芯片總數(shù)，v為傳輸速率；當(dāng)這L字節(jié)個數(shù)據(jù)分為x個幀傳輸時，轉(zhuǎn)發(fā)延時由公式(2)表示：

選擇合適的分幀以減少延時，提高傳輸效率，x取前x-1幀數(shù)據(jù)長度為最后一幀數(shù)據(jù)長度為當(dāng)幀數(shù)據(jù)長度不足46時補(bǔ)足到46、超過1500時限制在1500；其中多出來的兩字節(jié)用于在第一幀數(shù)據(jù)頭部通知網(wǎng)絡(luò)板0此次傳輸?shù)目値瑪?shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括：

對于有N個井下儀器的測井系統(tǒng)，使用N+1塊網(wǎng)絡(luò)板串聯(lián)構(gòu)建以太網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)板1～N與相應(yīng)井下儀器相連，網(wǎng)絡(luò)板0與長纜遙傳系統(tǒng)相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)板上設(shè)置有所述三接口switch芯片、以及DSP芯片，其中switch芯片兩個百兆以太網(wǎng)接口用于網(wǎng)絡(luò)板之間的互聯(lián)，MAC模塊用于與DSP的連接；當(dāng)所用DSP無MAC模塊時，中間添加PHY芯片以及MAC+PHY芯片，用于switch芯片與DSP間的互聯(lián)，即通過將MAC模塊先連接到PHY芯片，然后連接到MAC+PHY芯片，最后連接到DSP芯片；當(dāng)所用DSP有MAC模塊時，使用MAC到MAC的直連。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

在數(shù)據(jù)上傳時，井下儀器n將數(shù)據(jù)通過串行總線發(fā)送給對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)板n，網(wǎng)絡(luò)板n通過這個菊花鏈?zhǔn)降囊蕴W(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)板0，最后由網(wǎng)絡(luò)板0轉(zhuǎn)發(fā)給長纜遙傳系統(tǒng)，命令下發(fā)時傳輸方向與之相反。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

采用多switch的菊花鏈結(jié)構(gòu)，不同網(wǎng)絡(luò)板上DSP之間數(shù)據(jù)傳輸均經(jīng)過switch芯片傳輸，即使最近的兩個網(wǎng)絡(luò)板傳輸也需要經(jīng)過兩個switch芯片，switch芯片采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)來保證幀的無差錯傳輸。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

網(wǎng)絡(luò)板之間數(shù)據(jù)傳輸使用以IEEE802.3以太網(wǎng)幀，網(wǎng)絡(luò)板0與長纜傳輸系統(tǒng)采用SPI總線連接，其他網(wǎng)絡(luò)板與各井下儀器采用串行總線連接。

7.一種基于權(quán)利要求1-6之一的系統(tǒng)進(jìn)行深地勘探井下高速數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括如步驟：

步驟1.上電后，各網(wǎng)絡(luò)板0～N自檢、配置三接口switch芯片、通過串行總線請求連接對方信息并存儲；

步驟2.接收長纜遙傳系統(tǒng)通過SPI總線下發(fā)的查詢指令后，網(wǎng)絡(luò)板0發(fā)送以太網(wǎng)廣播幀詢問儀器狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)板1～N收到該廣播幀后給接口板0發(fā)送以太網(wǎng)幀回復(fù)井下儀器信息；網(wǎng)絡(luò)板0收到信息后轉(zhuǎn)發(fā)給長纜遙傳系統(tǒng)；該過程結(jié)束后各網(wǎng)絡(luò)板switch芯片交換表建立完成，且網(wǎng)絡(luò)板0存儲各幀收發(fā)延時，延時最短判定為來自網(wǎng)絡(luò)板1，次之為網(wǎng)絡(luò)板2，以此類推直到網(wǎng)絡(luò)板N；

步驟3.接收長纜遙傳系統(tǒng)通過SPI總線下發(fā)的配置指令后，網(wǎng)絡(luò)板0發(fā)送以太網(wǎng)幀將配置信息分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)板1～N；網(wǎng)絡(luò)板1～N接收后通過串行總線轉(zhuǎn)發(fā)配置指令給井下儀器；

步驟4.接收長纜遙傳系統(tǒng)通過SPI總線下發(fā)的啟動指令后，網(wǎng)絡(luò)板0發(fā)送以太網(wǎng)廣播幀開啟數(shù)據(jù)采集；網(wǎng)絡(luò)板1～N收到該廣播幀后通過串行總線啟動井下儀器采集，開始接收其數(shù)據(jù)并存儲；短暫延時后，網(wǎng)絡(luò)板0向網(wǎng)絡(luò)板1發(fā)送以太網(wǎng)幀請求數(shù)據(jù)傳輸并告知中間switch芯片數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)板1通過將存儲數(shù)據(jù)經(jīng)計算后分幀發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)板0，網(wǎng)絡(luò)板0接收該數(shù)據(jù)的同時添加儀器信息轉(zhuǎn)發(fā)給長纜遙傳系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)板1數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)板0再依次向網(wǎng)絡(luò)板2、網(wǎng)絡(luò)板3…網(wǎng)絡(luò)板N請求數(shù)據(jù)，最后再回到網(wǎng)絡(luò)板1形成循環(huán)；在此期間網(wǎng)絡(luò)板0接收并分析長纜傳輸系統(tǒng)下發(fā)的命令，將命令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)井下儀器所連接的網(wǎng)絡(luò)板，最后通過串行總線發(fā)送給井下儀器；

步驟5.接收長纜遙傳系統(tǒng)通過SPI總線下發(fā)的關(guān)閉指令后，網(wǎng)絡(luò)板0發(fā)送以太網(wǎng)廣播幀停止數(shù)據(jù)采集；網(wǎng)絡(luò)板1～N收到該廣播幀后通過串行總線通知井下儀器停止數(shù)據(jù)采集，結(jié)束與井下儀器數(shù)據(jù)傳輸；等待下一次的啟動指令或結(jié)束本次數(shù)據(jù)采集。