CN1905506A - 一种无线及线缆混合式的数据采集网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个数据采集网络，包括一个多个节点的集合，该集合本身包括至少一个多个节点的无线网络(100，200)，在其中两个邻近节点通过无线电波在彼此间传输数据，其特征在于，其包括至少一个多个节点的其他网络(300)，在其中两个邻近节点(311，312，…，31n)通过一个线缆(321，322，…，32n)在彼此间传输数据，在其中该数据也被通过无线电波所传输，所述至少一个其他网络形成一个多个节点的线缆网络。本发明也涉及一个用于形成这样一个数据采集网络的一个节点的传感器。

Description

一种无线及线缆混合式的数据采集网络
技术领域
本发明涉及一个由节点(node)组成的数据采集网络，其中部分节点通过无线连接(wireless link)交换数据，其他节点通过有线(wire)或线缆连接(cabled link)交换数据。
本发明尤其涉及一个网络，其中的节点由地震传感器(seismic sensor)组成。
本发明还涉及一个由通过无线连接和/或有线连接来发送和接收数据的装置组成的地震传感器。
本发明尤其应用于石油探测领域。在该应用领域，布置于地球表面的地震传感器被用来接收由一个震源(seismic source)发射入土地内的波(wave)的回波(echo)。对这些回波的处理使得构建一个被探测的地面之下(sub-surface)的地图成为可能。
本发明并不限于石油探测的特定领域，并且可以被应用于任何实现一数据采集网络的领域，在该网络中通过网络中的每个节点采集的数据被通过无线连接和/或有线连接发送并被其他节点所接收。
背景技术
本领域的技术人员知悉实现一个数据采集网络的多个设备。
当该数据采集网络由多个地震传感器的集合组成时，这些设备通常由以组的形式一起通过有线或线缆连接至该网络的一个“节点”的传感器组成。这些节点通常围绕一个“集中器(concentrator)”以组的形式所组织，一组节点，加上其所围绕的集中器，构成一个子网(subnetwork)，而在该集中器以及该等节点间的连接同样是有线连接。该等集中器本地地管理节点的子网，为该等节点提供能源供应并集中数据。该等集中器连接于一个本地计算机网络，其同样是一个有线网络，该网络连接于一个中央单元，该中央单元驱动该集合并记录该子网产生的数据。
这些传统解决方案被本领域的技术人员所众所公知，下面不再详细描述。这些解决方案具有缺点，即需要数目众多的线缆以及相应长度的线缆，而线缆难以移动并布置于一个操作点。
已经提出了通过无线连接(RF)采集数据的网络，尤其是用于有关地震的应用，因为这样的网络具有很多优点。地震传感器的无线网络的每个节点配备至少一个传感器。在每个节点级别所采集的数据被以低功率传输以便其可以至少到达一个邻近节点(neighboring node)，该邻近节点作为中继使得该数据可以到达另一个邻近节点以此类推直到该数据到达目的地，通常是该集中器。该项技术被称为多跳技术(multihop technique)。
从网络中的一个节点向另一个节点进行无线通信是困难的，甚至不可能实现。
通过非穷举的例子，下面阐述导致在网络中的两个节点间进行无线通信是困难的甚至是不可能的原因：
·多路径：RF波(RF wave)会被围绕的障碍物所反射，并且一个接收节点的传感器的天线可能位于一个RF波总和接近于零的点；
·地形拓扑：网络的两个节点间的高度的差异可能遮蔽该RF电波(峡谷，悬崖等等)；
·植被：矮木丛，茂密的植物区域；
·湿气，被或可能被洪水淹没的区域(RF波不能在水中传播)：湿地，倾斜向潮水的区域；
·被掩埋的传感器(在某些情况下发生)：一个被掩埋的天线反应非常迟钝；
·干扰发射台：邻近的以同样频段(同样的无线波段)或接近的频段进行发射的发射器可能致使在网络的两个节点间发送和接收的该无线消息最终彻底无法解码。
这些无线网络中的节点通常配备有一个单一天线，其用于可选地接收或发送所采集的数据。由于一个单一天线，上述的数据传输问题甚至更加敏感。
参考文献FR 2511772中提出这种类型的数据传输问题可以通过一个设备来解决，该设备在一个用于控制和记录数据的中央系统(集中器)和多个数据采集设备(组成节点的地震传感器)间通过无线传输(RF波)和有线传输(线缆)完成连续的数据传输。
于是，在难以甚至无法通过RF波进行数据传输的领域，该RF波数据传输被有线传输所替代。为了做到这一点，每个数据采集设备都配备有一个自动切换至RF波或线缆中的一个或另一个的系统。
为了通过RF波或线缆来传输数据，有必要实现两个不同的用于数据传输的协议，取决于该等传输方式的一个或另一个是否被采用。这样的必要性特别是与所需要考虑的距离有关，即可能存在于一数据采集设备和该中央系统之间的距离。而且，这些不同的协议使用截然不同的硬件装置。因此，这个设备提供了一个复杂而且昂贵的解决方案。
发明内容
用于通过无线连接进行数据采集的网络，尤其是使用多跳技术的地震传感器的无线网络必须被改善。
这个目标在本发明的框架下予以实现，一个由节点的结合所组成的数据采集网络，该节点的集合本身又由至少一个多个节点的无线网络(wireless network)组成，在其中两个邻近节点彼此之间通过无线电波(radio wave)传输数据，其特征在于其包括至少一个多个节点的其他网络，在其中两个邻近节点通过一个线缆在彼此间传输数据，在其中该数据也被通过无线电波传输，所述至少一个其他网络组成一个多个节点的线缆网络(cabled network)。
附图说明
本发明的其他特征和优点体现在以下参照附图对于实施例的描述中，附图为：
图1描述了根据本发明的一个实施例与本发明相符合的一个数据采集网络。
图2描述了根据本发明的一个优选实施例与本发明相符合的一个数据采集网络。
图3描述了一个用于组成一数据采集网络的一节点的传感器，该数据采集网络系依照图1或图2。
图4描述了依照图3的传感器的一个变化的实施例。
具体实施方式
图1描述了一个符合本发明的数据采集网络，其根据本发明的一个实施例实现，且在其中所述网络由多个节点的集合组成，该集合本身至少包括一个多个节点的无线网络100，200，其分别由节点111，112，…，11n以及211，222，…，21n组成，在其中所述网络100，200的两个邻近节点通过RF连接彼此通信。这个节点的集合也包括至少一个多个节点的其他网络300，其由节点311，312，…，31n组成，在其中所述网络300的两个连续节点通过一个线缆321，322，…，32(n-1)在彼此之间传输数据，该等线缆组成一个多个节点的线缆网络。
一个多个节点的无线网络100，200由节点组成，每个节点分别包括至少两个天线(111a，111b)，(112a，112b)，…，(11na，11nb)以及(211a，211b)，(212a，212b)，…，(21na，21nb)。
一个节点的天线以及该无线网络100，200的同样节点的天线通过一个连接器(coupler，图中未示出)电连接，从而在发送和接收时提供空间分集的同时使得减少所接收到信号消失的可能性成为可能。代替设于两个天线间的电连接，根据本发明的一个可替换的实施例，可以使用一个天线转换器，其使得在传输和接收中选择两个天线中的一个或另一个成为可能，从而作为在每个天线上检测连接质量的一个功能。
该多个节点的线缆网络300由连续分布的节点311，312，…，31(n-1)的集合组成。该等节点311和31n使得分别在多个节点的无线网络100和多个节点的线缆网络300间，以及在多个节点的无线网络200和多个节点的线缆网络300间完成中继成为可能。
用于在多个节点的线缆网络300内传输数据的协议与用于在多个节点的无线网络100和200内传输数据的协议相同，即一无线电类型的协议。在更加普遍的方式中，多个节点的无线网络100，200在节点间通过无线电波传输数据。当这些数据到达该多个节点的线缆网络300的输入端时，一个多个节点的无线网络100，200产生的数据仍然通过无线电波传输，但现在是在一个线缆内传输而不是由RF来传播。在该多个节点的线缆网络内通过无线电波进行数据传输是可能的，因为在该多个节点的线缆网络内的两个邻近节点的距离是很短的。
位于该多个节点的线缆网络的末端的节点311和31n都基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线且至少这些天线之一，该天线是可移动的，被装置于一个可以接收一个线缆末端的固定装置上。而其他的，除了至少该等天线之一是可以被移除的差别以外，这些节点311和31n与用于该多个节点的无线网络100和200中的节点相一致，以便一个线缆可以插入在节点311，31n内提供的固定装置中。
该多个节点的线缆网络300的节点312至31(n-1)，对于它们的部分而言，是基于一个节点而形成，该节点至少包括两个天线且至少这些天线中的两个，该等天线是可移除的，被分别装配在可以分别接收线缆末端321a，321b，322a，…，32(n-2)b，32(n-1)a，32(n-1)b的固定装置上。除了该两个天线以可移除的方式装配至一个固定装置上的差别以外，这些节点312至31(n-1)与用于该多个节点的无线网络100，200内的节点相一致。
该多个节点的线缆网络300的连续节点311，312，…，31n被通过线缆321，322，…，32(n-1)分别地成对地一起连接至为该目的提供的固定装置上，线缆通过它们各自的末端(321a，321b)，322a，…，32(n-2)b，(32(n-1)a，32(n-1)b)，而不是天线被固定的。
对于多个节点的网络100，200，如同多个节点的线缆网络300一样，一个无线电协议的使用，在分为两个连续的多个节点的线缆网络300的节点的距离是小的范围内是可行的。特别地，对于无线电波的衰减曲线非常适合于短距离上的波导(waveguide)。因此没有必要提供一个线缆特定的数据传输协议，并且通过同样的信令来在节点311和31n的级别提供可以改变数据传输协议的特定装置。
图2描述了符合本发明并根据一个优选实施例实现的一个数据采集网络。该数据采集网络由一个多个节点的集合所组成，该等节点包括至少一个多个节点的无线网络100，200以及至少一个多个节点的线缆网络400。该多个节点的线缆网络400由一个连续分布的节点的集合411，412，…，41(n-1)，41n组成并被通过线缆421，422，…，42(n-1)成对地分别地连接在一起。
该多个节点的线缆网络400的末端节点，即节点411和41n，作为在这个多个节点的线缆网络400和多个节点的无线网络100之间，以及和多个节点的无线网络200之间分别地用于数据传输的中继。该等节点411和41n各自分别包括两个天线(41a，41b)和(41na，41nb)，且各自分别包括至少一个可以接收线缆末端，421a和42(n-1)b，的固定装置。除了还包括一个可以接收一个线缆末端的固定装置的差别以外，这些节点411和41n与用于多个节点的无线网络100和200的节点相一致。
该多个节点的线缆网络400的节点412，…，41(n-1)分别地基于一个包括至少两个天线(412a，412b)，…，(41(n-1)a，41(n-1)b)的节点而形成，并且该等节点至少包括两个可以接收线缆末端(421b，422a)，…，(42(n-2)b，42(n-1)a)的固定装置。
每个成对地连接该多个节点的线缆网络400的连续节点411，412，…，41n的线缆421，422，…，42(n-1)在它们各自的末端包括一个天线(431a，431b)，432a，…，43(n-2)b，(43(n-1)a，43(n-1)b)，所述天线431a，431b，432a，…，43(n-2)b，43(n-1)a，43(n-1)b通过线缆421，422，…，42(n-1)的末端固定至节点411，412，…，41n。根据本实施例，于是，在该多个节点的线缆网络内的数据传输被部分通过一个在天线411b和431a之间，天线431b和421a之间……依此类推直到天线43(n-1)b和41na之间的电磁连接而完成。
所使用的线缆321，322，…，32(n-1)以及421，422，…，42(n-1)是波导。优选地，同轴电缆将被使用。
图3描述了一个用于组成一数据采集网络的一节点的传感器，该数据采集网络系依照图1或图2。该传感器500包括一个实体530，至少两个天线510，520，该至少两个天线的其中之一是可移除的并且固定在一个位于实体530之内的一个固定装置上，该传感器可以与其分离。
这个传感器500还提供至少一个在该实体530内的固定装置，并且该装置置于天线510，520之一的基部(base)的附近。固定装置532被用于接收一种类别的线缆421，422，…，42(n-1)，如图2描述的，且在每个的末端包括一个天线(431a，431b)，432a，…，(43(n-1)a，43(n-1)b)。
固定装置531和532的邻近使得事实上影响一个在天线间的电磁连接成为可能，以便在所述至少两个天线510，520之一和一个分布于一种类别的线缆421，422，…，42(n-1)的末端的天线之间传输数据。
图4描述了依照图3的传感器的一个变型实施例。在这个变型实施例中，传感器500还包括一个固定于固定装置(图中未示出)上的手柄(handler)540，该固定装置分别位于天线510，520的末端521和522。该手柄540显示多个优点。在这些优点中，包括节点的手工运输，节点的手工建立/拆除，分布的减弱以及通过该等节点的技术手段的恢复，以及通过延缓的存储减弱。该手柄在天线510，520间的存在也提高了这些天线的机械功效。
该手柄540也可以装配有一个用来接收该节点外的一感应电池充电器的能量的一磁线圈。该节点的该电池(图中未示出)可以在没有接点(contact)的情况下被重新充电。可选地，该手柄540可以被安装一个接点以便借助一个充电器对该节点的电池重新充电，该充电器位于该节点之外并且完全是传统的那种充电器。
本发明并不限于上述描述的实施例，而且延伸至任何根据本发明精神的实施例。
特别地而且优选地，实现的所有节点是基于一个同样的节点而形成的，该节点需要以单一模式进行生产。根据这个生产的单一模式，一个在节点111，112，…，11n，211，212，…，21n，311，312，…，411，412，…，41n之外的节点被基于一个包括两个可移除的天线以及进一步包括两个分布于传感器500的该实体530之上的固定装置的线缆末端的节点而形成，以便可交换地使用。
在本发明的框架内，可以理解借助一种类别的节点412，…，41(n-1)使用一种类别的节点311，31n。在这种情况下，有必要使用特定的、在其末端具有一个天线、在其他末端不具有天线的线缆。也可以理解，借助一种类别的节点312，…，31(n-1)使用一种类别的节点411，41n。再次地，连接节点的线缆网络的两个连续节点的特定线缆必须包括一个在线缆一末端的天线，线缆的其他末端不包括天线。最后，以一个通常的方式，可以理解，可交换地使用在如上描述的不同类别节点中的一簇(cluster)节点，即节点311，312，…，31(n-1)，31n，411，412，…，41(n-1)，41n，来形组成线缆节点网络。

Claims (16)

1.一种数据采集网络，包括一个多个节点的集合，该集合本身包括至少一个多个节点的无线网络(100，200)，在其中两个邻近节点通过无线电波在彼此间传输数据，其特征在于，其包括至少一个多个节点的其他网络(300，400)，在其中两个邻近节点(311，312，…，31n，411，412，…，41n)在彼此间通过一线缆(321，322，…，32(n-1)，421，422，…，42(n-1))传输数据，在其中数据也被通过无线电波传输，所述至少一个其他网络形成一个多个节点的线缆网络。
2.如权利要求1所述的数据采集网络，其特征在于，所述至少一个多个节点的网络(100，200)的每个节点((111，112，…，11n)，(211，212，…，21n))包括至少两个天线((111a，111b)，(112a，112b)，…，(11na，11nb)，(211a，211b)，(212a，212b)，…，(21na，21nb))。
3.如前述权利要求任何一项所述的数据采集网络，其特征在于，分别位于该多个节点的线缆网络的末端之一的节点(311)和(31n)是基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线且至少这些天线之一，该天线可以被移除，被分别设置于一个可以接收一线缆末端(321a)和(32(n-1)b)的固定装置之上。
4.如前述权利要求任何一项所述的数据采集网络，其特征在于，该多个节点的线缆网络(300)的节点(312)，…，31(n-1))是基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线且至少这些天线中的两个，该等天线可以被移除，被设置于可以接收线缆末端(321b，(322a，322b)，…，32(n-1)a)的各自固定装置之上。
5.如权利要求1或2之一所述的数据采集网络，其特征在于，分别地位于该多个节点的线缆网络(400)的末端之一的节点(411，41n)是基于一个包括至少两个天线((411a，411b)，(41na，41nb))以及至少一个可以接收一线缆末端(421a，42(n-1)b)的固定装置的节点而形成。
6.如权利要求1或2之一或权利要求5所述的数据采集网络，其特征在于，该多个节点的线缆网络(400)的节点(412，…，41(n-1))是基于一个包括至少两个天线((412a，412b)，…，(41(n-1)a，41(n-1)b))以及至少两个可以分别地接收两个线缆末端(421b，(422a，422b)，…，42(n-1)a)的固定装置的节点而形成。
7.如权利要求5或6之一所述的数据采集网络，其特征在于，连接该多个节点网络(400)的两个连续节点的线缆(421，…，42(n-1))在其每个末端((421a，421b)，…，(42(n-1)a，42(n-1)b))包括一个天线((431a，431b)，…，(43(n-1)a，43(n-1)b))，以便完成与该节点网络(400)的天线((411b，412a)，412b，…，41(n-1)a，41(n-1)b，41na)的电磁连接。
8.如权利要求7所述的数据采集网络，其特征在于，每个线缆末端(421，…，42(n-1))被固定于一个可以接收该多个节点的线缆网络(400)的一个节点(411，412，…，41n)的一线缆末端的固定装置上。
9.如权利要求1或2之一所述的数据采集网络，其特征在于，该多个节点的线缆网络由不同类别的节点中的一簇形成，即：
·节点(311，31n)，其中每个是基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线以及至少这些天线中的一个，该天线是可移除的，分别设置于一个可以接收一线缆末端(321a)和(32(n-1)b)的固定装置之上，
·节点(312，…，31(n-1))，其中每个是基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线以及至少这些天线中的两个，该等天线是可移除的，设置于可以接收线缆末端(321b，322a，…，32(n-2)b，…，32(n-1)a)的各自固定装置之上，
·节点(411，41n)，其中每个是基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线((411a，411b)，(41na，41nb))以及至少一个可以接收一个线缆末端(421a，42(n-1)b)的固定装置，该线缆末端包括一个天线(431a，43(n-1)b)，以及
·节点(412，…，41(n-1))，每个系基于一个节点而形成，该节点包括至少两个天线((412a，412b)，…，(41(n-1)a，41(n-1)b))以及至少两个可以分别地接收两个线缆末端(421b，422a，…，42(n-2)b，42(n-1)a)的固定装置，该每个线缆末端包括一个天线(431b，432a，…，42(n-2)b，43(n-1)a)。
10.如前述权利要求任何一项所述的数据采集网络，其特征在于，连接该多个节点的线缆网络(300)的两个邻近节点的该线缆(321，322，…，32(n-1)，421，422，…，42(n-1))是一个波导(waveguide)。
11.如前述权利要求任何一项所述的数据采集网络，其特征在于，连接该多个节点的线缆网络(300，400)的两个邻近节点的该线缆(321，322，…，32(n-1)，421，422，…，42(n-1))是一个同轴电缆。
12.一个用于形成如前述权利要求任何一项所述的数据采集网络的一节点的传感器，其特征在于，其包括至少两个设置于一个实体(530)上的天线(510，520)，这些天线(510，520)的至少一个被以可移除的方式设置于一个固定装置上，该装置被制成于该实体(530)内。
13.如权利要求12所述的用于形成数据采集网络的一节点的传感器，其特征在于，还进一步包括至少一个线缆末端的固定装置(532)，该装置被制成于该实体(530)内并被设置于所述至少两个天线(510，520)之一的基部(511，521)的附近。
14.如权利要求12或13之一所述的用于形成数据采集网络的一节点的传感器，其特征在于，所述至少两个天线(510，520)之外的两个天线在其各自的末端(512，522)包括一个用于机械连接这两个天线(510)和(520)的手柄的固定装置。
15.如权利要求12～14之一所述的用于形成数据采集网络的一节点的传感器，其特征在于，该手柄(540)包括一个磁线圈以便接收一个外部感应电池充电器产生的能量。
16.如权利要求12～15之一所述的用于形成数据采集网络的一节点的传感器，其特征在于，该手柄(540)包括可以被连接至一外部充电器的电接点(electrical contacts)。
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