CN105187226B - 网络的通信区段中的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信网络中的通信方法，所述通信网络包括形成有序的通信区段的多个设备，此区段的至少一个设备连接到称为前一设备和下一设备的最多两个其它设备上，至少一个设备从所述前一设备接收数据并且向所述下一设备发射至少这些数据，从而允许所述数据在所述区段上的传播。所述区段的第一集中器开始第一数据帧通过所述区段到终结所述区段的终端设备的传输；所述终端设备发送回符号开始第二数据帧通过所述区段到所述第一集中器的传输。

Description

网络的通信区段中的通信方法

技术领域

本发明的领域是数据传播通过一排设备的通信。更确切地说，本发明涉及对由于线路切断或设备故障、设备布置或设备拆除而导致的网络拓扑变化的适应。

背景技术

本发明涉及其中通过设备提供数据且其中节点经由有线链路交换数据的通信网络。本发明可以在其中节点与地震传感器连接的用于地震数据采集系统的通信网络中实施。在此应用中，安置在地球表面上的地震传感器接收由震源到地面中的发射引起的地震波列。对这些反射的处理可以构建所勘探的底土的映射。本发明可用于使用地震勘测法的石油勘探行业。

然而，本发明并不限于石油勘探行业的特定领域，而是可以用于其中通过网络中的每一节点采集的数据通过其它节点使用有线链路传输和接收的任何数据采集系统。

在包括地震传感器的数据采集系统的情况下，这些设备通过电缆成串地一起连接到称为“节点”的电子单元。这些节点通常成直线放置并且通过也称为“集中器”的设备进行管理。由每一末端处的集中器包围的一组多个节点称为“区段”。节点还可以终结区段。每一集中器在本地管理区段上的通信，并且向节点提供电力供应。集中器与中央单元通信，中央单元控制所有设备并且使在通信网络上传输的数据集中。

当放置并连接了设备时，断开所述设备。通过根据电压的传播连续地接通电力供应来执行每一单元的启动。在其通电之后，设备被启动并且向为其提供电力供应的设备(即，前一设备)发送回信号，此信号被反复地朝向区段的起点传播。放置在区段的起点处的集中器对应于每一节点接通接收帧并且可以因此对连接到此区段上的节点的数目进行计数。如果传输了每一节点的标识符，那么集中器还可以识别其区段中的每一节点。集中器随后发送新的启动信号并且接通新的设备。重复这些操作直到发现区段的末端或到达另一集中器为止。为了接通整个网络，个别地接通每一节点，并且随后数据可以经过此节点并到达区段的其余部分。以上过程导致了用于接通网络的消耗时间的初始化阶段。

超帧定义为控制帧、连续数据帧以及超帧结束的符号的附加，其中超帧的大小固定为为系统指定的最大节点计数。

文献EP 1087240揭示了根据现有技术的地震数据采集系统。如也在EP 1087240中所揭示的，此类网络可以包括连接到更大数目的节点上的许多集中器。在任何时候，操作人员可以断开一些电缆以安装新的节点或集中器：网络构形可以经常变化。此外，电缆可能由于环境应力而导致部分或完全地切断，由此分离一些区段的一些部分。为了克服此问题，已经提出在通过也连接到中央单元上的次要横向线路互连的主要采集线(包括区段)中实施数据采集系统。主要和次要横向线路的使用构建了环路并允许多个路径传输数据。因此，环路构形可以避免线路切断传输问题。由于影响构形网络的事件可能频繁出现，因此有必要具有能动态地管理其构形并且能够在任何时候检测切断并通过其它路径传输数据的网络。在一些区域，在夜间停止使用之后，啮齿动物可能会破坏网络(电缆或设备)。重新启动网络系统的持续时间可能花费很长时间，有时几小时。这些时间对于运营商来说是非常昂贵的。

发明内容

在至少一个实施例中，本发明尤其旨在克服现有技术的这些不同缺点。

更确切地说，本发明的至少一个实施例的目的是提供一种用于适应电缆切断和线路故障的通信方法。所提出的通信方法持续地管理灵活信道以及移动网络拓扑。

本发明的特定实施例提出一种通信网络中的通信方法，所述通信网络包括多个中间设备，形成有序的通信区段，以终端设备和第一集中器为末端。此区段的中间设备连接到在所述中间设备之中的最多两个其它设备上，即终端设备和集中器，两个其它设备称为前一设备和下一设备。至少一个中间设备从前一设备接收数据并且向下一设备发射至少这些数据从而允许数据在区段上传播。区段的第一集中器开始第一数据帧通过所述区段到终端设备的传输；终端设备发送回符号开始第二数据帧通过所述区段到第一集中器的传输。

基本上，超帧定义为控制帧、连续数据帧以及结束符号(超帧结束EOSF)的附加。

所述通信方法包括通过区段的至少一个中间设备实施的以下步骤：从所述中间设备的前一设备接收第一符号EOSF，此接收步骤触发向前一设备发射等待(WAIT)符号的步骤以及向下一设备发射至少第一符号EOSF的步骤。

因此，当具有下一设备的有线链路切断时通过WAIT符号检测超时能迅速通知设备，并且所述设备可以向管理所述区段的集中器发送此信息。

根据第一实施方案，WAIT符号的发射以小于第一确定时间段的持续时间周期性地间隔开。以此方式不断地通知前一设备正在进行的通信。

根据另一实施方案，通过从下一设备接收WAIT符号之外的数据中断WAIT符号的周期性发射。以此方式，维持WAIT符号的发射直到前一设备等待接收数据为止，并且随后停止发射。

根据另一实施方案，一个设备在第二确定时间段期间不存在从其下一设备接收WAIT符号触发所述设备变成所述区段的终端设备的配置。以此方式，动态地管理任何拓扑变化。

根据另一实施方案，第二确定时间段至少大于或等于第一确定时间段的两倍。以此方式，因此有效地检测不存在接收WAIT符号。

根据另一实施方案，第二集中器放置在有序的通信区段的另一端。以此方式，所述区段的所有节点或集中器放置在两个集中器之间并且可以向在所述区段起点处的第一集中器发送回信息。

根据另一实施方案，数据含有特定字段，其在数据通过所述区段的设备时递增，使得其值代表每一设备在所述区段中的范围。以此方式，每一设备可以标记其在所述区段上的存在并且可以位于有序的通信区段中。此外，每一设备被告知所述区段的所有其它设备的存在。

根据另一实施方案，在数据传输的任何方向上修改特定字段的值，使得每一节点知道其在超帧传输通过所述区段的任何方向上在有序的通信区段中的范围。

根据另一实施方案，每一设备包括用于向后续设备传输数据的至少两个通信装置，数据通过比如不同电缆的所述至少两个通信装置传输，由此提高了数据通过所述区段的传输效率。

根据另一实施方案，所述通信方法包括：只要中间设备在最后一个帧周期期间接收到来自下一设备的WAIT符号，所述设备就通过使用仅一个通信装置向此下一设备进行发射的步骤；当一个设备在最后一个帧周期期间未接收到来自下一设备的任何WAIT符号时，所述设备通过使用至少两个通信装置向此下一设备进行发射的步骤。以此方式，如果有线链路被切断，那么设备尝试通过另一有线链路到达下一设备。

根据另一方面，本发明提出程序代码指令，当所述程序在计算机或中央单元上执行时，所述程序代码指令用于实施以上所揭示的方法的步骤。

根据另一方面，本发明提出存储程序的非暂时性计算机可读载体媒体，所述程序当通过计算机或中央单元执行时使得所述计算机或中央单元实施以上所揭示的方法的步骤。

根据另一方面，本发明提出一种在通信网络中实施的通信设备，所述通信网络包括形成有序的通信区段的多个设备，所述区段的至少一个设备连接到称为前一设备和下一设备的最多两个其它设备上，所述通信设备具有用于与前一设备交换数据的第一通信装置以及用于与下一设备交换至少这些数据的第二通信装置，从而允许数据在区段上的传播。通信装置从前一设备接收第一符号EOSF，此接收启动通过第一通信装置向前一设备发射WAIT符号以及通过第二通信装置向下一设备发射至少所述第一符号。

附图说明

本发明的实施例的其它特征以及优点将从借助于指示性而非详尽实例给出的以下描述以及从附图而呈现，在附图中：

-图1描绘了包括有线通信网络的数据采集系统的实例；

-图2描绘了根据实施例的节点的方块图；

-图3描绘了在区段上传输的数据的示例性连续，以用于图示根据本发明实施例的通信方法的主要步骤；

-图4图示了根据本发明的变型当检测到线路切断时在区段上传输的数据的示例性连续。

具体实施方式

在本文档的所有附图中，相同元件以及步骤由相同的数字参考符号表示。

图1图示了在例如地震数据采集网络中使用的网络等数据采集系统，其中节点经由有线链路或无线通信交换数据。根据此实施例，通信网络包含节点2和集中器1，节点2连接到一个或几个地震传感器7上。由每一末端处的集中器包围的一组多个节点称为区段5。节点2还可以终结区段5'。集中器1与主中央单元U.C 3通信，所述中央单元控制所有设备1、2并且使在通信网络上传输的数据集中。每一集中器在本地管理其区段上的通信，并且向节点提供电力供应。主中央单元3通过节点2和集中器1从地震传感器7收集所有数据。

根据具有有线系统的优选实施例，物理上，有线链路区段包含2对导线：第一对例如使用半双工方案优先用于数据传送，并且这两对向区段上的所连接设备提供电力供应。所属领域的技术人员将理解，所述方法不限于两个通信对。在无线系统情况下，节点通过射频连接装置(例如且不限于Wi-Fi、蓝牙、无线电传输...)彼此无线地连接。通信网络可以在陆上或海上使用，在后一种情况下，UC 3一般为船载的。

图2示出了节点2的方块图。此类设备包含中央处理单元CPU10，其运行从程序存储器11读取的计算机程序，并且处理存储于数据存储器12(例如闪存或硬盘)中的数据。节点2具有第一输入输出接口13，其用于经由线路14与至少一个前一节点2A或区段的起点处的集中器1通信。节点2具有第二输入输出接口15，其用于经由线路16与至少一个下一节点2B或区段5的末端处的集中器1通信。节点2还包含输入端口17，其用于从一或多个传感器7接收信号。电力供应通过有线链路14或16提供。FR 2938928中描述了电力设备和数据通信的实例。

集中器1包含与节点2类似的元件，具有另外的元件，比如第三通信接口，其用于经由横向线路的高带宽连接，允许数据到主中央单元3的快速传输。一般来说，节点和集中器是通信设备，其包括运行计算机程序和通信装置以用于接收数据和传输数据的至少一个CPU。

取决于节点和相关联传感器的添加和删除以及线路切断或无线通信故障，通过图1描述的网络不断地变化。所述变化在区段层级处通过集中器检测到。根据优选实施例，集中器开始发射通过所有区段设备传播的且返回有从节点检索到的一组信息的数据帧。通过处理接收到的信息，集中器1可以具体确定其区段的拓扑。

图3示出了在区段上传输的数据的示例性连续，以用于图示根据本发明实施例的主要步骤。

首先，通过集中器1(在图3的左侧处)经由有线链路14发送称为“HD_Up”的数据的超帧，超帧“HD_UP”传播通过区段。超帧HD_Up包括至少：

-超帧HD_Up的标识符(超帧的第一字节)，

-用于开始区段中的通信的几个数据字段，

-“超帧结束”(EOSF)的符号。

超帧被分为时隙并被发送到第一节点N1。超帧通过节点N1的第一输入输出接口13接收。超帧的内容存储于所述节点的数据存储器12中。当接收到EOSF符号时，节点N1启动存储于程序存储器11中的模块以用于在第一输入输出接口13上周期性地发送WAIT符号。向集中器1的WAIT符号的发射以小于第一确定时间段的持续时间(通常10毫秒)间隔开。以此方式，集中器周期性地从下一设备接收数据并且可以推断有线链路处于正常工作状态。

随后，节点N1通过使用第二输入输出接口15和有线链路16向下一节点N2发射超帧HD_Up。根据特定实施例，超帧HD_Up富含特定针对于每一交叉节点的信息，此信息识别所述节点。第一节点N1接收超帧HD_Up并且提取对其运行有用的数据。第一节点N1通过其第二输入输出接口15向下一节点发送具有新的数据字段的超帧HD_Up。新的数据字段含有节点N1在区段上的存在的指示符。通常，第一数据字段含有通过节点N1初始化为“1”的位。第二节点N2通过其第一输入输出接口13接收超帧，并且提取对其运行有用的数据。在接收符号EOSF之后，节点N2启动存储于程序存储器11中的模块以用于在第一输入输出接口13上周期性地发送WAIT符号。通过N2发送的WAIT符号通过N1经由链路接收。节点N2还修改字段以指定每一设备在区段中的范围。例如，发送超帧的集中器将此特定字段初始化为具有值“000”，随后接收超帧的每一节点读取其值并且在重新发送所述超帧之前向此值增加一个单位。在超帧跨越所述区段结束时，特定字段的值对应于此区段的节点的数目。以此方式，通过分析多个数据字段以查找自由字段，每一节点知道其在有序的连续节点中的排序。

在区段的末端，第二集中器C'接收超帧HD_Up。响应于HD_Up的接收，C'构建具有内部数据的超帧HD_Down。如果在接收EOSF符号之后C'不能够将超帧HD_Down发送回到第一延迟中，那么C'发送WAIT符号。通过C管理的区段的最后一个节点接收超帧HD_Down。HD_Down的第一字节的接收停止WAIT符号的定期发射。HD_Down被发送回节点N1，并且节点N2变成不活动，即其不再发送数据。以如HD_Up相同的方式，超帧HD_Down也含有指定每一设备在区段中的范围的特定字段。

最后，集中器C接收超帧HD_Down。通过读取特定字段的值，C知道在其区段中的节点的数目。

根据实施例，数据字段编有每一节点的标识符。这允许在集中器想要发送其命令时专门指向一个节点。

如果不存在集中器来终结区段5'，那么最后一个节点不知道它是最后一个。它发送HD_Up并且等待从下一节点接收WAIT符号。如果在至少预定时间段期间(例如两次WAIT符号发射之间的持续时间的两倍)未产生WAIT符号，那么此节点确定其自身为区段的最后一个节点。确切地说，当数据在通信装置上发射时启动具有所确定的持续时间的定时器，并且在所确定的持续时间结束时，如果通信装置尚未接收到任何数据，那么所述节点被视为最后一个。在此情况下，所述节点在第一输入输出接口13上发送超帧HD_Down，并且随后所述节点停止其WAIT符号的发射；其充当以上第二集中器C'。

在超帧HD_Up或HD_Down传输期间线路切断的情况下，节点不再接收WAIT符号并因此确定其自身为最后一个节点。以相同的方式，此节点在第一输入输出接口13上发送超帧HD_Down，并且随后所述节点停止其WAIT符号的发射。

在传输超帧HD_Up和HD_Down之后，在区段的起点处的集中器开始其它超帧通过区段。以此方式，可以在任何时候检索通过地震传感器执行的测量。

图4示出了考虑有线系统的当出现线路切断时在区段上传输的数据的示例性连续。所属领域的技术人员将理解，本实例可以容易地调换为无线系统，导线由(举例来说)传输频率取代。

根据此实施例，链路14和16包括用于通信和电力供应的两对导线。关于通信，两对是冗余的且仅一对足以传输数据：由于例如节点等设备不具有其自身的电力供应，因此鉴于功耗，优选地避免其中设备在两对上同步发射和接收数据的称为“Xb”的通信模式。在实施例中，根据称为“X”模式的通信模式，设备在称为“有利的”单一对上发射数据，即使它们也可以在两对(Xb模式)上或仅在另一对上发射数据。在通过图4所图示的实例中，区段包括集中器C以及连续地标示为N1、N2和N3的三个节点。节点N3连接到前一节点N2上。

在区段的通信开始时，如图4.a中所示，集中器C以Xb模式向节点N1发射帧HD_Up，数据在两个通信端口上传输以用于与N1的对话。集中器连接到外部电池(或其它电源)上并且可以在其两个通信端口上进行发射。在区段开始时，通过C供应电力的节点N1、N2和N3通过使用两对通信导线(即，Xb模式)向下一节点传输帧HD_Up。在图4.a到4.i上，通过Xb模式在两个设备之间的通信通过两个向内或向外的箭头示出，通信模式X通过单箭头示出。为简化附图，未呈现WAIT符号的发射。在区段开始时，N3不知道没有其它节点连接到其上且其为区段的末端节点。这是为何其尝试以Xb模式到达相邻节点的原因。

图4.b示出HD_Up帧返回为HD_Down。节点N3检测到其尚未接收到通过下一节点发送的任何数据，因此节点N3被设定为终端节点的配置并且发送回帧HD_Down。节点N1和N2以X模式向集中器C传播并充实帧HD_Down。

图4.c示出通过C向区段发射新的帧HD_Up。节点N1和N2以X模式发射此帧，因为它们在前一周期中已经检测到相邻节点。尚未从一对导线上的下一节点检测到任何响应的节点N3以Xb模式测试其是否可以到达一个设备。N3使用另一个输入输出接口通过通信模式Xb发射帧HD_Up。

在另一个输入输出接口上未接收到数据，因此N3仍然被视为区段的终端节点并且发送回帧HD_Down，如通过图4.d所示。节点N1和N2通过通信模式X向集中器C传播HD_Down。

当在N1与N2之间的有利的对上出现断线时，如图4.e中所示，就在N1之后停止在区段上的HD_Up帧的传播，并且N2不接收此帧。N1在其输入输出接口其它的通讯端口上未接收到WAIT符号并且以终端模式配置来配置其自身。

作为新的终端节点的N1在其优选的对上返回帧HD_Down，如图4.f中所示，帧HD_Down通过集中器C以X模式接收。

图4.g示出通过C向节点N1发射新的帧HD_Up。由于在前一周期中尚未检测到任何相邻者，因此N1以Xb模式发射新的帧HD_Up以尝试通过所有导线到达N2。N2在另一对上接收帧HD_Up并且考虑这是其现在与其前一节点通信的方式。其通过通信模式X向节点N3发射帧HD_Up。

图4.h示出通过N3以通信模式X向N2发射帧HD_Down帧。N2在另一对(即，已经从N1接收到帧HD_Up的对)上向N1发射帧HD_Down。N1检测到在其另一对上接收HD_Up帧并且推断其不是所述区段的终端节点。帧HD_Down最后通过集中器C接收。

图4.i示出通过C向节点N1发射新的帧HD_Up。N1通过方案模式Xb发射帧，但是所述帧由N2通过仅一对接收。N2通过通信模式X向节点N3发射帧HD_Up。

因此，尽管部分导线切断，但是帧HD_Down和HD_Up仍从一端到另一端传输通过所述区段。

尽管已经参考所图示的实施例描述了本发明，但是本发明不以任何方式受限于这些实施例。实际上应注意，任何相当于方向按钮的导航装置均适用于本发明的实施方案。

Claims (11)

1.一种通信网络中的通信方法，所述通信网络包括设备的有序的通信区段，所述区段包括终结所述区段的第一终端设备和第二终端设备以及至少一个中间设备，其中所述中间设备连接到所述区段的称为前一设备和下一设备的最多两个其它设备上，从所述前一设备接收数据并且向所述下一设备发射至少这些数据，从而允许所述数据在所述区段上的传播，所述第一终端设备是开始第一数据帧通过所述区段到所述第二终端设备的传输的集中器，所述第二终端设备通过所述区段向所述集中器下行发送回第二数据帧；

其中所述通信方法包括通过至少一个中间设备实施的以下步骤：

从所述中间设备的所述前一设备接收第一符号超帧结束(EOSF)，

该接收步骤触发向所述中间设备的所述前一设备周期性地发射等待(WAIT)符号的步骤，其中所述等待(WAIT)符号的发射以小于第一确定时间段的持续时间间隔开，以及

向所述中间设备的所述下一设备发射至少所述第一符号超帧结束(EOSF)的步骤；

其中通过从所述下一设备接收等待(WAIT)符号之外的所确定的数据中断通过所述中间设备实施的所述等待(WAIT)符号的周期性发射。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其中在第二确定时间段期间不存在从所述下一设备接收所述等待(WAIT)符号触发所述中间设备是所述区段的所述第二终端设备的定义。

3.根据权利要求2所述的通信方法，其中所述第二确定时间段至少大于或等于所述第一确定时间段的两倍。

4.根据权利要求1所述的通信方法，其中所述第二终端设备是第二集中器。

5.根据权利要求1所述的通信方法，其中数据变化是通过修改当所述数据通过所述区段的中间设备时所确定的字段而获得的，其中此所确定的字段的值代表所述中间设备在所述区段中的排序。

6.根据权利要求5所述的通信方法，其中无论在所述数据传输的任何方向上修改所述所确定的字段的所述值。

7.根据权利要求1所述的通信方法，其中每一设备包括用于通过不同电缆向后续设备传输所述数据的至少两个通信装置，所述数据通过所述至少两个通信装置传输。

8.根据权利要求1所述的通信方法，其中每一设备包括用于通过不同电缆向后续设备传输所述数据的至少两个通信装置，所述数据通过所述至少两个通信装置传输，并且其中在第二确定时间段期间不存在从所述下一设备接收等待(WAIT)符号触发所述中间设备是所述区段的所述第二终端设备的定义，并且所述方法进一步包括只要所述中间设备在最后一个周期期间接收到来自此下一设备的所述等待(WAIT)符号，所述中间设备就通过使用仅一个通信装置向所述下一设备进行发射，且当所述中间设备未接收到来自此下一设备的所述等待(WAIT)符号时，所述中间设备通过使用所述至少两个通信装置向所述下一设备进行发射。

9.包括程序代码指令的计算机程序产品，当所述程序在计算机或中央单元上执行时，所述程序代码指令用于实施根据方法权利要求1到8中的至少一项所述的方法。

10.一种存储程序的非暂时性计算机可读载体媒体，所述程序当通过计算机或中央单元执行时使得所述计算机或所述中央单元实施根据权利要求1到8中的至少一项所述的方法。

11.在通信网络中实施的通信设备(1，2)，所述通信网络包括形成有序的通信区段的多个设备，所述区段的至少一个设备连接到称为前一设备和下一设备的最多两个其它设备上，所述通信设备具有用于与前一设备交换数据的第一通信装置(13)以及用于与下一设备交换至少这些数据的第二通信装置(15)，从而允许所述数据在所述区段上的传播，其中所述第一通信装置(13)适于从所述前一设备接收第一符号超帧结束(EOSF)，且

所述通信设备被设置为，作为该接收的结果，通过所述第一通信装置(13)启动向所述前一设备周期性发射等待(WAIT)符号，其中所述等待(WAIT)符号的发射以小于第一确定时间段的持续时间间隔开，并且通过所述第二通信装置(15)启动向所述下一设备发射至少所述第一符号超帧结束(EOSF)。