CN110716229A - 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 - Google Patents
基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110716229A CN110716229A CN201911074141.7A CN201911074141A CN110716229A CN 110716229 A CN110716229 A CN 110716229A CN 201911074141 A CN201911074141 A CN 201911074141A CN 110716229 A CN110716229 A CN 110716229A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seismic
- uwb
- unit
- node
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000006855 networking Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 20
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- QVFWZNCVPCJQOP-UHFFFAOYSA-N chloralodol Chemical compound CC(O)(C)CC(C)OC(O)C(Cl)(Cl)Cl QVFWZNCVPCJQOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/22—Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
- G01V1/223—Radioseismic systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
- G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
- G01V1/181—Geophones
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/24—Recording seismic data
- G01V1/247—Digital recording of seismic data, e.g. in acquisition units or nodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，该系统包括UWB地震采集站采集系统，多跳组网系统和数据中心监管系统三个部分。UWB地震采集站采集系统用于采集地震信息；采集到的地震信息将会通过多跳组网系统发送到数据中心监管系统，多跳组网系统基于超宽带技术，采用对等式网络串行接入的网络架构，并使用改进的AODV路由算法使得链路效益最大化，可以使收集到的信息以最高效的方式传递给数据中心监管系统，数据中心监管系统用于进行数据的实时回收和处理，实时监控整个网络系统。本发明具有功率消耗小，数据实时回收，监测范围广，节约人工等突出特点。
Description
技术领域
本发明属于地震勘探技术领域与无线通信技术领域，具体涉及一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统。
背景技术
地震勘探是利用仪器在地表观测地震波信号，并对其进行处理分析，从而获得地下构造和岩石物性以及资源信息的技术，在油田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面均得到了广泛应用。由震源产生的地震波在地下传播的过程中，当遇到不同波阻抗的地层时将发生反射、折射等现象，此时通过地面上所安装的检波器接收、记录地震波的数据，随后用计算机进行分析处理，从而推断出地下空间的成像情况，以及油、气、煤和其他矿产资源的赋存状况。所以要求地震采集系统必须具有高精度的数据采集、时间同步、实时高速传输等功能。
为了进行实时监测，地震采集站节点设计有无线通讯单元，这些无线单元设备通过其他无线中继设备与监控中心构成一个完善无线局域网或广域网，实现本地或远程实时状态监控，使用的无线通讯技术包括：基于802.11类协议的WiFi通讯，蓝牙通讯，ZigBee通讯，LoRa通讯和各种蜂窝移动通讯技术等。
在传统通讯模组层面来讲，LoRa在传输过程中延时高，可达到3～4ms。其传输是速率理论160kbps～250kbps，实际一般小于100kbps，不适用地震数据的传输。WIFi技术使用的频谱段多为2.4GHz，容易受到干扰很严重，同时也制约了通信的质量与速率，并且WIFi功耗大平均在25mA左右。同时，WiFi只有在视距范围内才可以相互连通，在野外容易被山包和树林遮挡，不满足恶劣环境的通信要求。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网上协议，虽然可以进行多跳组网，但其速率理论为250kbps，只能用于温度、湿度光照强度等简单的小数据量传送，适用于工业控制、环境监测、智能家居控制等领域，并且其工作也在2.4GHz频段，极容易被干扰。蓝牙超过10m之后信号质量严重下降，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。这些通信模组不适合野外大规模的地震采集站进行多跳组网。
在路由算法层面来讲，传统AODV路由算法主要是使用了基于最少跳数的最短的路径算法，最短路径算法的路由选择是从源节点到目的节点最小的跳数，但是在实际中，整个通信链路路径的跳数越少，并不能说明该路径是最好的传输路径。因为源节点到目的节点间的距离是一定的，在传播介质一样的时候，若距离相隔越远，信号强度的RSSI值越差，其传输质量越差，此时，在最少跳数的路由路径上一些中间节点就会负载过重，会引起节点的崩溃，造成系统的极大延时和数据丢包，使得传输不能高效进行，这种路由算法不适合大规模的数据传输。
中国专利CN102307397A公开了一种无线数字地震仪数据高速率传输系统及其方法，利用下一代无线WIFI、WIMAX技术、卫星通信及无线mesh网络结构构建四级无线网络结构，实现从地震仪采集数据由检波器阵列节点逐级向地震资料处理解释中心高速率传输，但其网络架构层数太多，系统延时大，传输效率低，不能做到现场实时数据的回收。虽然，地震采集站之间实现mesh网络架构，但如果传输链路中的中继采集站出现问题，会引起网络的大规模宕机，不易修复，且中继节点在野外架设困难度高。在环境恶劣的监测区域受遮挡严重wifi很难达到理想环境中的效果，无线WIMAX设备个数一般控制在4个之内。因此，该组网技术有待改善。
还有提出采用LoRa的的技术，如中国专利CN108614290A还公开了一种基于LoRa技术的无线分布式三分量地震数据采集系统，该技术是一种基于LoRa技术网络传输，但是没有架构无线传输网络，随着LoRa设备和网络部署的增多，其相互之间会出现一定的频谱干扰。LoRa速率为250kbps不适合多跳转发，所以该方法仅仅适合数量很少的地震采集站，不能在野外环境进行大规模探测。
中国专利CN106802429A还公开了一种基于超宽带无线模块的准实时无缆网络地震仪系统，采用了UWB技术进行组网对地震采集站的数据进行传输，但是没有具体对传输路径进行规划，容易引起网络的冲突，造成网络通路阻塞，不能高效进行网络的传输，所以需要进一步优化和改善。
综上所述，现有技术中虽在地震采集站组网领域已取得一定成果，但无论采用WiFi，蓝牙，ZigBee或LoRa模组组网方法，还是采用树状，星型网络拓扑的网络架设，均存在数据传输时延长，数据丢失量大，误码率高，网路带宽利用率低等问题，无法满足地震数据传输的实时性要求，且不适合野外大规模的地震采集站进行多跳组网与数据传输，无法在野外环境进行大规模探测。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有地震传输节点组网技术的不足，提供一种基于UWB技术的多跳网络架构的地震数据传输系统，解决了现有地震数据无线通信系统无法满足地震数据传输的实时性要求以及不能在野外恶劣环境进行大规模探测的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，由UWB地震采集站采集系统、多跳组网系统以及数据中心监管系统构成；所述UWB地震采集站采集系统分散于监测区域内，通过多跳组网系统将采集到的数据发送至基站节点，基站节点与数据中心监管系统通过公共网络进行通信；
所述UWB地震采集站采集系统用于采集地震信息，包括20-70个UWB地震采集节点，所述每个UWB地震采集节点由三分量地震检波器、信号处理单元、模数转换单元、控制单元、CPLD运算处理单元、GPS定位单元、数据存储单元、蓝牙传输单元、UWB射频单元以及电源管理单元组成；
所述三分量地震检波器经信号处理单元、模数转换单元、CPLD运算处理单元、控制单元与UWB射频单元相连；所述控制单元分别与蓝牙传输单元、GPS定位单元以及数据存储单元相连；
所述地震采集站节点生成的传感数据通过UWB射频单元以多跳的方式将数据转发到基站节点，其中多跳最后通过互联网传送至管理节点，用户通过管理节点完成网络配置和管理、发布监测任务及收集处理监测数据；
所述多跳组网系统为由两套超宽带收发系统组成的超宽带通信系统，采用AODV_LC算法与对等式串行接入网络架构组合，用于自动接入并创建多跳组网路径；
所述数据中心监管系统用于进行数据的实时回收和处理，实时监控整个网络系统。
进一步地，所述数据中心监管系统在现场中心架设两台相同配置的服务器，采用多线程轮询方式自动分配线程。
进一步地，所述GPS定位单元用于通过GPS定位授时，通过蓝牙传输单元可以对地震采集节点的状态进行观测。
进一步地，所述三分量地震检波器在授时结束后采集地震信号，并传输给信号处理单元进行信号处理，处理后的信号由模数转换单元进行模数转换，转换的数字信号由CPLD运算处理单元进行编码压缩后由UWB射频单元传输给数据中心监管系统，并接收中心监管系统发送的地震信号放大倍数和采样率参数配置的指令，通过控制单元对接收到的指令进行处理。
进一步地，所述电源管理单元包括数字电源和模拟电源，用于电源供应。
进一步地，所述AODV_LC算法以链路成本为变量，地震采集站的路由功能负责对所有的距离矢量表进行维护，使用相邻的路由器之间的距离矢量通告来更新距离矢量表，每一个距离矢量表项都包含目的结点最好的路由路径和到达目的结点所需要的链路成本两项内容；在通信网络中的每一个地震采集节点在路由表中会产生一个表项，并且以这个表项作为距离矢量表项的一个索引；当设定好发送时间，地震采集节点就会发送距离矢量到每一个目的结点的链路成本表给其所有的邻居结点，此时该地震采集节点也接收由邻居结点发送来的距离表并更新；通过层层转发与接收，每个路由器就能获的网络中所有的距离矢量信息，地震采集节点根据这个链路成本矢量表建立一条最优路径。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用的UWB技术不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很大，其频段范围在3.1～10.6GHz，避开了GSM、WIFI等热点频段，无线通信、定位受干扰的概率小；本发明采用的UWB技术使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20～1.5ns之间，有很低的占空比，系统耗电很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦至几十毫瓦，功耗和延时远低于同类通讯技术，适合进行节点多跳组网，此外该技术还具有很强的穿透能力强，可以穿过丛林和围墙，适合在野外复杂环境区域的监测进行多跳组网的网络架构。
(2)本发明采用的无线多跳(mesh)网络中基站的架设不需要太多的基础设施作为依托，这样的架设体系会大大提高网络灵活性与实施的可行性，整个通信系统的覆盖范围更广且整个网络系统架设会很简易和方便。此时的采集站节点处于AP+STA模式，代替普通组网中的共享AP基站，AP基站对于局域网内的各节点承担转发所有通信消息的重任，并且还需要提供网络接入能力，这样的方式下，很容易导致AP节点通信拥塞和系统故障，对单点的依赖度太高，网络的故障可能性就会加大。而在多跳网络环境下，各节点都能够转发消息，网络负载相对分散，节点的通信能力就会加大，中继方式简单灵活，容易部署。
(3)本发明的网络系统采用是链路质量指示值作为链路的成本，通过最小链路成本来实现最佳路由选择。可以快速收敛建立路由的路径并且不产生路由环路，当某些节点断开或者某些节点负载过大，可以智能的避开这些节点重新选择最佳路由进行数据的传输。
(4)本发明的地震采集节点不仅可以把采集到的信息送到显控中心站显示，还可以把电池电量和节点功耗以及定位信息发送到数据中心监管系统显示，方便操作者判断仪器的状态。
附图说明
图1为本发明的网络体系架构图；
图2为本发明的对等式节点网络架构图；
图3为本发明的路径网络模型图；
图4为本发明的地震采集节点入网过程流程图；
图5为本发明的AODV_LC算法与AODV算法的发包速率与路由开销对比图；
图6为本发明的AODV_LC算法与AODV算法的节点个数与分组投递率对比图；
图7为本发明的AODV_LC算法与AODV算法的节点个数与网络平均延时对比图；
图8为本发明的地震采集节点数据传输流程图；
图9为本发明的超宽带通信系统的框图；
图10为本发明的地震采集节点电路图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
本发明基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，由UWB地震采集站采集系统、多跳组网系统以及数据中心监管系统构成；所述UWB地震采集站采集系统用于采集地震信息；多跳组网系统用于实现自动接入或创建多跳组网方法；数据中心监管系统用于进行数据的实时回收和处理，实时监控整个网络系统。
所述UWB地震采集站采集系统包括20-70个UWB地震采集节点，所述每个UWB地震采集节点由三分量地震检波器、信号处理单元、模数转换单元、控制单元、CPLD运算处理单元、GPS定位单元、数据存储单元、蓝牙传输单元、UWB射频单元以及电源管理单元组成。
当节点开机后，上述UWB地震采集节点可以通过三分量地震检波器对地震信号进行拾取采集，采集数据不仅可以存储在采集节点的TF卡上，还可以将采集的数据通过UWB射频模块进行节点间多跳互传以及回传给数据中心监管系统；同时，所述UWB射频模块接收中心监管系统发送的地震信号放大倍数和采样率参数配置的指令，所述控制单元ARM处理器的控制对接收到的所述指令进行处理，所述UWB地震数据采集节点做出响应；所述电源管理单元包括数字电源和模拟电源，为所述UWB地震数据采集节点进行电源供应。通过蓝牙传输单元可以对地震采集节点的状态进行观测。
所述数据中心监管系统数据中心系统由基础设施层、信息资源层、应用支撑层、应用层和支撑体系五大部分构成，基础设施层可以支持整个系统的底层支撑，包括机房、主机、存储、网络通信环境、各种硬件和系统软件；信息资源层包括数据中心的所有数据、数据库、负责整个数据中心数据信息的存储和规划，涵盖了信息资源层的规划和数据流程的定义，为数据中心提供统一的数据交换平台；应用支撑层构建应用层所需要的各种组件，是基于组件化设计思想和重用的要求提出并设计的，也包括采购的第三方组件；应用层是指为数据中心定制开发的应用系统，它包括地震采集节点呼叫、地震数据实时处理、数据服务类应用和网络管理运维类应用；支撑体系包括标准规范体系、运维管理体系、安全保障体系和容灾备份体系。安全保障体系侧重于数据中心的立体安全防护，容灾备份体系专注于数据中心的数据和灾难恢复。
所述数据中心监管系统，在现场提供的UPS电源下可以不间断地工作，保证了市电断电时候的系统设备的正常运行，不因断电而导致的系统瘫痪；还采用了双机冗余设计机制，在现场中心架设两台相同配置的服务器，确保主服务器故障时，备份服务器能够无中断地自动接替主服务器的全部工作；系统还采用了先进的多线程轮询技术，根据所监测设备的多少来自动分配线程，实现负载均衡，并采用实时数据库技术，可实时处理和存储采集站节点回传的数据。
如图1所示，具有射频功能的UWB地震采集节点按照一定规律或者随机分布于整个监测区域的各个部分，将采集到的数据和自身状态，通过UWB的多跳网络将数据发送至基站节点。基站节点与数据中心监管系统通过公共网络等(如Internet网络)进行通信，从而用户通过管理节点、用户节点对收集到的数据进行处理分析，用于下一步的分析与决策。
本发明的多跳网络架构中，考虑网络路由协议的的公平性，采用对等式网络的架构，并且采用串行的接入方式接入。所有的UWB地震采集节点都由UWB终端组成，在这种网络模式中，没有专用转发路由，所有节点功能相同、地位平等且具备转发功能，对等式串行接入网络结构如图2所示，这种网络可以随着需要随时建立结构奇单、组网灵活、使用方便，多用于临时组建的小型无线局域网这样的网络架构具有良好的稳定性。
本发明的多跳网络提出一种AODV_LC(Ad hoc On-Demand Distance VectorRouting_line cost)算法，该算法是对传统AODV(Ad hoc On-Demand Distance VectorRouting)算法即无线自组网按需平面距离向量路由协议算法进行改进，该算法具体介绍如下：本算法在原AODV的基础上以链路成本为变量，地震采集站的路由功能负责对所有的距离矢量表进行维护，使用相邻的路由器之间的距离矢量通告来更新距离矢量表，每一个距离矢量表项都包含目的结点最好的路由路径和到达目的结点所需要的链路成本两项内容。在通信网络中的每一个地震采集节点在路由表中会产生一个表项，并且以这个表象作为距离矢量表项的一个索引。当设定好一定的发送时间，地震采集节点就会发送距离矢量到每一个目的结点的链路成本表给其所有的邻居结点，而在这个时候该地震采集节点也接收由邻居结点发送来的距离表并更新。通过层层转发与接收，每个路由器就能获的网络中所有的距离矢量信息，因此地震采集节点就可以根据这个链路成本矢量表就可以建立一条最优路径。具体路由算法和多跳组合的路由路径网络模型如图3所示，在多条网络路径下进行最高效的链路选择。
本发明的地震节点入网过程分为两步，当网络刚开始组建起来时，需要入网的地震采集节点通过关联的方法进行网络加入，当有新的节点进行网络加入时，新加入的节点以子节点的身份直接加入到某一个节点下。具体结合图4入网流程图对入网过程做进一步介绍。
本发明的AODV_LC和AODV算法对其路由开销进行分析对比，图5是两种不同路由协议的路由控制开销的仿真结果。从图5中可以看出，随着发包速率的增加，这两种算法的路由开销都是在开始阶段处于下降趋势，当发包速率为15Packet/s时，趋于平稳。这是因为当发包速率的增加时，目的节点成功接收数据包的数目也在增加，当发包速率增加到一定程度后，网络达到其传输能力上限，所以路由控制开销的比例相对平衡。在仿真效果上来看，AODV_LC算法路由开销明显低于原算法。
在上述两种路由算法的对比的基础上，采用不同的仿真场景，对地震采集节点不同密度的时的平均分组投递率和平均端到端延迟进行对比分析，具体如图6，图7所示，用来对比改进后协议的性能。在1000m*1000m范围内，节点个数分别为25、45 65、85、105、125、145、165、185的情境下，数据流传输负载为512Bytes/Packet，仿真时间长度为100s。当节点数量较小时，仿真区域的密度较小，网络开销较小，分组投递率较大，网络延时也较小。随着节点数目上升，需处理的报文增多且链路的不稳定性增大，加之队列等待、重传等时延的增加，使得端到端时延上升。从整体上来看改进后的算法优于原AODV算法。
根据上述路由算法和组网过程，UWB地震采集站节点数据的传输过程如图8所示，UWB地震采集站节点接收到数据信息后，首先对该节点的地址和目的地址进行比对，检测两者是否一致，若当前节点地址和目的节点地址一致，那么数据不需路由进行转发，节点直接将数据发送到协议层，在协议层上进行处理；如果节点地址与目的地址不一致，会继续检查目的地址是否与该节点的邻居节点地址是否一致，若是一致的，数据便会转发给相邻节点，如果不匹配则对路由表进行查找，如果路由表中存在着记录，则按照路由表记录进行数据传输，否则采用改进的路由算法对路由进行查找，通过该算法找到路由路径并按照该路径转发数据，最终实现地震采集站节点数据的传输。
本发明采用的是无载波超宽带收发技术，利用雪崩三极管BFP420产生超宽脉冲的电路进行大电流、快速跳变沿脉冲进行脉冲产生。图9所示的超宽带通信系统的框图由两套超宽带收发系统组成，如果系统既进行发送又进行接收且共用一套天线，这时双工器的作用是对收、发信号进行分离；如果发送和接收分时发送，在不同时段上工作，那么这种情况下双工器就是发送、接收过程的切换开关。
本发明的UWB地震采集节点包含三分量地震检波器、信号处理单元、模数转换单元、CPLD运算处理单元、控制单元、GPS定位单元、数据存储单元、蓝牙传输单元、UWB射频单元以及电源管理单元。当地震节点开机后，首先系统进行自检，通过DAC1282对电路进行校准，同时GPS进行定位授时，当授时结束后开始对信号进行采集，地震信号通过节点所连接的三分量地震检波器对地震信号进行拾取，拾取的信号通过ADS1282进行模数转换，转换的数字信号由CPLD运算处理单元进行编码压缩。编码压缩后的数据可通过UWB射频单元传输给数据中心监管系统。通过蓝牙传输单元可以对地震采集节点的状态进行观测。具体见图10地震采集节点的系统框图。
Claims (6)
1.一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，其特征在于：由UWB地震采集站采集系统、多跳组网系统以及数据中心监管系统构成；所述UWB地震采集站采集系统分散于监测区域内，通过多跳组网系统将采集到的数据发送至基站节点，基站节点与数据中心监管系统通过公共网络进行通信；
所述UWB地震采集站采集系统用于采集地震信息，包括20-70个UWB地震采集节点，所述每个UWB地震采集节点由三分量地震检波器、信号处理单元、模数转换单元、控制单元、CPLD运算处理单元、GPS定位单元、数据存储单元、蓝牙传输单元、UWB射频单元以及电源管理单元组成；
所述三分量地震检波器经信号处理单元、模数转换单元、CPLD运算处理单元、控制单元与UWB射频单元相连；所述控制单元分别与蓝牙传输单元、GPS定位单元以及数据存储单元相连；所述地震采集站节点生成的传感数据通过UWB射频单元以多跳的方式将数据转发到基站节点，其中多跳最后通过互联网传送至管理节点，用户通过管理节点完成网络配置和管理、发布监测任务及收集处理监测数据；
所述多跳组网系统为由两套超宽带收发系统组成的超宽带通信系统，采用AODV_LC算法与对等式串行接入网络架构组合，用于自动接入并创建多跳组网路径；
所述数据中心监管系统用于进行数据的实时回收和处理，实时监控整个网络系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，其特征在于：所述GPS定位单元用于通过GPS定位授时，通过所述蓝牙传输单元能够对地震采集节点的状态进行观测。
3.根据权利要求1所述的一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，其特征在于：所述三分量地震检波器在授时结束后采集地震信号，并传输给信号处理单元进行信号处理，处理后的信号由模数转换单元进行模数转换，转换的数字信号由CPLD运算处理单元进行编码压缩后由UWB射频单元传输给数据中心监管系统，并接收中心监管系统发送的地震信号放大倍数和采样率参数配置的指令，通过控制单元对接收到的指令进行处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，其特征在于：所述电源管理单元包括数字电源和模拟电源，用于电源供应。
5.根据权利要求1所述的一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，其特征在于：所述AODV_LC算法以链路成本为变量，地震采集站的路由功能负责对所有的距离矢量表进行维护，使用相邻的路由器之间的距离矢量通告来更新距离矢量表，每一个距离矢量表项都包含目的结点最好的路由路径和到达目的结点所需要的链路成本两项内容；在通信网络中的每一个地震采集节点在路由表中会产生一个表项，并且以这个表象作为距离矢量表项的一个索引；当设定好发送时间，地震采集节点就会发送距离矢量到每一个目的结点的链路成本表给其所有的邻居结点，此时该地震采集节点也接收由邻居结点发送来的距离表并更新；通过层层转发与接收，每个路由器就能获的网络中所有的距离矢量信息，地震采集节点根据这个链路成本矢量表建立一条最优路径。
6.根据权利要求1所述的一种基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统，其特征在于：所述数据中心监管系统在现场中心架设两台相同配置的服务器，采用多线程轮询方式自动分配线程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911074141.7A CN110716229A (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911074141.7A CN110716229A (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110716229A true CN110716229A (zh) | 2020-01-21 |
Family
ID=69214729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911074141.7A Pending CN110716229A (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110716229A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111638549A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-08 | 武汉大学 | 一种智能化自主组网地震预警装备及方法 |
| CN111666261A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-09-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于地震数据流的嵌入式文件网络服务器 |
| CN111694048A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-22 | 中国石油天然气集团有限公司 | 可控震源监测方法、装置及震源监控系统 |
| CN112444858A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-05 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 基于边云协同的地震实时监测ai计算方法、装置及介质 |
| CN114040467A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-11 | 中国联合网络通信集团有限公司 | 一种传输路径的确定方法、装置、服务器及存储介质 |
| CN116112957A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-12 | 中科诺信集团有限公司 | mesh网络的组网方法及装置 |
| WO2023134119A1 (zh) * | 2022-01-13 | 2023-07-20 | 上海闻泰电子科技有限公司 | 基于uwb的定位方法、系统、设备及存储介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062554A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-07-07 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Method and system for efficient routing in ad hoc networks |
| WO2005062553A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-07-07 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Method and system for routing traffic in ad hoc networks |
| CN101621439A (zh) * | 2009-08-05 | 2010-01-06 | 吉林大学 | 基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法 |
| US20150260865A1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-17 | Sercel | Method for collecting, in a harvester equipment distinct from a central unit, data coming from a plurality of seismic acquisition units |
| CN106455135A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种分布式节点地震仪网络通信方法 |
| CN106802429A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-06 | 朱培民 | 一种基于超宽带无线模块的准实时无缆网络地震仪系统 |
| CN206833004U (zh) * | 2017-05-10 | 2018-01-02 | 吉林大学 | 三通道无线地震仪数据采集系统 |
| CN211236269U (zh) * | 2019-11-06 | 2020-08-11 | 吉林大学 | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 |
-
2019
- 2019-11-06 CN CN201911074141.7A patent/CN110716229A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062554A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-07-07 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Method and system for efficient routing in ad hoc networks |
| WO2005062553A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-07-07 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Method and system for routing traffic in ad hoc networks |
| CN101621439A (zh) * | 2009-08-05 | 2010-01-06 | 吉林大学 | 基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法 |
| US20150260865A1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-17 | Sercel | Method for collecting, in a harvester equipment distinct from a central unit, data coming from a plurality of seismic acquisition units |
| CN106455135A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种分布式节点地震仪网络通信方法 |
| CN106802429A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-06 | 朱培民 | 一种基于超宽带无线模块的准实时无缆网络地震仪系统 |
| CN206833004U (zh) * | 2017-05-10 | 2018-01-02 | 吉林大学 | 三通道无线地震仪数据采集系统 |
| CN211236269U (zh) * | 2019-11-06 | 2020-08-11 | 吉林大学 | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张法全;王泰麟;叶金才;黄桂强;王国富;: "基于Ad Hoc的微震监测数据传输系统设计", 现代电子技术, no. 24, 15 December 2016 (2016-12-15) * |
| 谢佳宏: "基于无线自组网的轨道信息传输系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》, no. 10, 15 October 2018 (2018-10-15), pages 41 - 43 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111666261A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-09-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于地震数据流的嵌入式文件网络服务器 |
| CN111666261B (zh) * | 2020-05-11 | 2023-04-07 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于地震数据流的嵌入式文件网络服务器 |
| CN111638549A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-08 | 武汉大学 | 一种智能化自主组网地震预警装备及方法 |
| CN111638549B (zh) * | 2020-05-26 | 2021-06-08 | 武汉大学 | 一种智能化自主组网地震预警装备及方法 |
| CN111694048A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-22 | 中国石油天然气集团有限公司 | 可控震源监测方法、装置及震源监控系统 |
| CN111694048B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-09-26 | 中国石油天然气集团有限公司 | 可控震源监测方法、装置及震源监控系统 |
| CN112444858B (zh) * | 2020-12-09 | 2022-03-22 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 基于边云协同的地震实时监测ai计算方法、装置及介质 |
| US11513245B2 (en) | 2020-12-09 | 2022-11-29 | Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences | Artificial intelligence calculation method and apparatus for monitoring earthquake in real time based on edge cloud cooperation, and storage medium |
| CN112444858A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-05 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 基于边云协同的地震实时监测ai计算方法、装置及介质 |
| CN114040467A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-11 | 中国联合网络通信集团有限公司 | 一种传输路径的确定方法、装置、服务器及存储介质 |
| CN114040467B (zh) * | 2021-10-25 | 2023-10-03 | 中国联合网络通信集团有限公司 | 一种传输路径的确定方法、装置、服务器及存储介质 |
| WO2023134119A1 (zh) * | 2022-01-13 | 2023-07-20 | 上海闻泰电子科技有限公司 | 基于uwb的定位方法、系统、设备及存储介质 |
| CN116112957A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-12 | 中科诺信集团有限公司 | mesh网络的组网方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110716229A (zh) | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 | |
| CN211236269U (zh) | 基于uwb的多跳网络架构的地震数据传输系统 | |
| Miranda et al. | A survey on rapidly deployable solutions for post-disaster networks | |
| Zhang et al. | Self-organization paradigms and optimization approaches for cognitive radio technologies: a survey | |
| CN108768494B (zh) | 一种无人机接力测控方法 | |
| Choi et al. | A novel framework for energy-conserving data gathering in wireless sensor networks | |
| CN103179696B (zh) | 智能电网中基于认知无线电的通信网系统和组网方法 | |
| Klymash et al. | State of the art and further development of information and communication systems | |
| CN110351765A (zh) | 在无线回程网络中进行监测 | |
| CN102946378A (zh) | 基于蓝牙的移动定位与多媒体信息推送网络系统 | |
| Younis et al. | On efficient clustering of wireless sensor networks | |
| Tan et al. | SSTBC: Sleep scheduled and tree-based clustering routing protocol for energy-efficient in wireless sensor networks | |
| CN105530654A (zh) | 一种自组网通信设备测试方法及系统 | |
| CN109121096A (zh) | 用于确定网状网络中的广播节点的方法和装置 | |
| CN104883695A (zh) | 一种多跳认知无线电网络架构及部署方法 | |
| Moundounga et al. | An overview of routing techniques in WSNs | |
| Stanislaus et al. | Mobile relays based federation of multiple wireless sensor network segments with reduced-latency | |
| Del-Valle-Soto et al. | An efficient multi-parent hierarchical routing protocol for WSNs | |
| CN110995601B (zh) | 一种软件定义的空基骨干网络拓扑构建方法 | |
| Yang et al. | Constructing of wireless emergency communication system for underground coal mine based on WMN technology | |
| Zhang | Effective integration of ZigBee communication technology and Internet of things technology | |
| CN102036336B (zh) | 一种认知路由协议与实现方法 | |
| Feng et al. | Wireless mobile monitoring system for tram rail transport in underground coal mine based on wmn | |
| CN111010419A (zh) | 泛在电场数据采集系统与方法 | |
| Andrade et al. | Data-based cluster-tree formation scheme for large-scale wireless sensor networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |