专利名称：基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法
技术领域：
本发明涉及一种地球物理勘探中的有线遥测地震仪，尤其是涉及有线遥测地 震仪中基于多跳以太网架构进行地震数据传输的方法。
背景技术：
有线遥测地震仪是在常规数字地震仪的基础上发展起来的，通常包括三大部 分，即采集单元，数据传输单元，中央控制主机。其中数据传输部分是有线遥测 地震仪的核心技术之一，其性能指标决定着整个系统的实时带道能力。目前在国
内应用较多的有线遥测地震仪为法国sercel公司的428XL，其数据传输速率为 16Mbps,被公认为当前世界上最为先进的地震仪。随着以太网技术的迅速发展， 除了在办公领域以外，在工业控制领域也得到了越来越广泛的应用，目前数据传 输速率为100Mbps的以太网应用己经非常普遍。因此，若能将以太网技术应用 于有线遥测地震仪，将大大提高其数据传输能力，进而提高整个系统的实时带道 能力。但地震勘探有其特殊性， 一是工作在野外，环境较为恶劣；二是在施工过 程中往往需要进行多次搬移，具有"移动"的特点。这就要求地震仪应尽可能轻 便，而传统的交换式以太网采用的是基于交换机、路由器等设备构成的树状拓扑 结构，连线较为复杂，无法适应野外地震勘探的需要。另一方面，由于地震勘探 在施工过程中具有"移动"的特点，因此各个采集站的IP地址(逻辑地址)需 要进行动态分配，而交换式以太网中难以获得每个主机的位置。因此，需要针对 地震勘探的上述特点，采用合适的网络拓扑结构并能进行相应的网络管理。在实 际的地震勘探施工中，工作环境通常是在野外，环境较为恶劣，并且往往需要对 仪器进行多次移动，这就要求地震仪轻便灵活。传统的以太网在进行组网时，需 要交换机、路由器等设备，构成星型或者树状的拓扑结构，连线较为复杂，无法 适应野外地震勘探施工的要求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种将以太网技术应用于 有线遥测地震仪的基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的
基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法，包括以下顺序和步骤
a、地震仪主机A通过交叉线D以多跳方式连接交叉站B!、 B2、 B3......Bn,交
叉站B卜、B2、 B3......Bn分别通过大线E以多跳方式向两侧连接采集站d、 C2、
C3......Cn;b、由地震仪主机A发起建立排列，分两个过程首先进行交叉站建排，为 各个交叉站分配IP地址并建立路由表；然后通知各个交叉站进行采集站建排。 地震仪主机A为各个交叉站分配IP地址，同时在各个交叉站内分别建立四类路 由表，至地震仪主机A的路由，至左侧端口所在网段路由，至右侧端口所在网 段路由，到下行交叉站方向的路由，建立路由表后，每个交叉站将自己的状态信 息返回至地震仪主机，若为尾部交叉站，则在状态信息中设定尾部信息标志位， 通知地震仪主机交叉站建排过程结束；
C、交叉站建排过程交叉站接收到地震仪主机A的交叉站建排命令，依据 建排命令设定交叉站各端口的IP地址，同时建立新的路由表，路由表分为四类， 至地震仪主机A的路由，至左侧端口所在网段路由，至右侧端口所在网段路由， 到下行交叉站方向的路由。建立路由表后，交叉站将自己的状态信息返回至地震 仪主机A，依据接收到的建排命令，生成新的建排命令帧，并以广播方式发送至 下一交叉站，依次发送至交叉站Bn，尾部交叉站Bn在状态信息中设定尾部信息 标志位，通知地震仪主机A交叉站建排过程结束；
d、 采集站建排过程交叉站接收到地震仪主机A的采集站建排命令后，分 别从其左侧和右侧两个端口开始采集站建排，将采集站端口分为上行和下行两个 方向，上行方向为连接到交叉站的方向，下行方向为多跳方式连接采集站B卜， B2、 B3……Bn的方向;
e、 每个采集站的IP地址分配完成后，分别建立三类路由至主机路由、至 所属交叉站路由和默认路由，建立路由表以后，每个采集站将自己的状态信息返 回至所属交叉站，若为尾部采集站，则在状态信息中设定尾部信息标志位，通知 所属交叉站建排过程结束；
f、 地震仪主机A基于TCP/IP协议与其进行命令的交互和数据的传输，基于 FTP协议从采集站获取其采集的地震数据。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现
地震仪主机A设有一个以太网接口；交叉站B设有四个以太网接口；采集 站C设有两个以太网接口；交叉站的四个以太网端口分为上行、下行、左侧、 右侧、四个方向，其中上行端口为到地震仪主机A的方向，下行端口通过交叉 线D连接下一个交叉站B，左侧和右侧端口通过大线E连接采集站C。
有益效果将以太网技术应用于有线遥测地震仪，采用多跳架构连接地震仪
主机、交叉站及采集站，简化了系统连线，去除了传统以太网中的交换机、路由
器等设备，便于野外施工；由地震仪主机自动分配各个交叉站及采集站的IP地 址，并能获取其连接顺序；基于TCP/IP协议传输数据，保证了地震数据传输的 可靠性，基于100Mbps以太网可大大提高有线遥测地震仪的数据传输速率，实 测大线数据传输速率可达30Mbps，超过现有同类仪器仅能达到的16Mbps。
附图1为有线遥测地震仪主机、交叉站和采集站排列分布图
附图2为地震仪主机建排流程图
附图3为交叉站建排流程图
附图4为采集站建排流程图
附图5为采集站建排流程图
附图6为建排命令帧结构图
附图7为状态信息帧结构图
A地震仪主机，B交叉站，C采集站，D交叉线，E大线。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明
以多跳方式连接地震仪主机A，交叉站B，采集站C，如附图1所示，其上 运行TCP/IP协议。
由地震仪主机A端发起，建立排列，建立排列的过程即地震仪主机A为各 个交叉站和采集站分配IP地址，同时在各个站内建立路由表。建排过程包含以 下两个步骤首先进行交叉站建排，即按连接顺序为各个交叉站分配IP地址并 建立必要的路由表。其过程是将交叉站的四个以太网端口分为上行、下行、左 侧、右侧、四个方向，其中上行端口为到主机的方向，下行端口为连接下一个交 叉站，左侧和右侧端口连接采集站。主机端构造以太网数据帧，其中包含与其相 连的交叉站四个以太网端口的IP地址信息以及主机的IP地址，交叉站IP地址 的分配规则是相邻端口处于同一个网段，每个端口均采用B类网络地址，并 按照上行、左侧、右侧、下行的顺序将网络地址依次加1，上行端口的主机地址 为2，其他端口的主机地址为1。主机端将包含地址信息的数据帧以UDP广播方 式发送至相邻交叉站，交叉站收到该数据包后，提取其中的IP地址分配信息， 并分配给相应端口，然后按照上述原则构造新的数据帧，通过其下行端口以UDP 广播方式发送至下一个交叉站。每个交叉站在IP地址分配完成后，分别建立四 类路由至主机的路由，至左侧端口所在网段路由，至右侧端口所在网段路由一 默认路由，即到下行交叉站方向的路由。这样建立路由的依据是交叉站或者采集 站只与地震仪主机传递信息，而相互之间并不直接传递信息。建立路由表以后， 每个交叉站将自己的状态信息返回至主机，若为尾部交叉站，则在状态信息中设 定尾部信息标志位，通知主机交叉站建排过程结束。至此，主机端可依据IP地 址信息获得各个交叉站的逻辑连接关系。
交叉站建排结束后，地震仪主机发送命令至各个交叉站，进行采集站建排。交叉站接收到采集站建排命令后，分别从其左侧和右侧两个端口开始釆集站建 排，其过程是将采集站端口分为上行和下行两个方向，上行方向为连接到交叉 站的方向，下行方向为多跳方式连接采集站B卜、B2、 B3......Bn的方向。交叉站
构造以太网数据帧，其中包含与其相连的采集站两个以太网端口的IP地址信息 以及交叉站自身和主机的IP地址，采集站IP地址采用C类地址，其分配规则是: 相邻端口处于同一个网段，下行端口的IP地址在其上行端口 IP地址的第三段加 1，上行端口的主机地址为2，下行端口的主机地址为l。例如，某采集站的上行 端口 IP地址设定为A.B.C.2，则其下行端口 IP地址为A.B.(C+1).1。交叉站将包 含IP地址信息的数据帧以UDP广播方式分别发送至左侧和右侧采集站，采集站 收到该数据包后，提取其中的IP地址分配信息，并分配给相应端口，然后按照 上述原则构造新的数据帧，通过其下行端口以UDP广播方式发送至下一个采集 站。每个采集站在IP地址分配完成后，分别建立三类路由至地震仪主机的路 由经由上行端口，至所属交叉站的路由经由上行端口，默认路由即到下行采集站 方向的路由，经由下行端口。建立路由表以后，每个采集站将自己的状态信息返 回至所属交叉站，若为尾部采集站，则在状态信息中设定尾部信息标志位，通知 所属交叉站建排过程结束。至此，交叉站可依据IP地址信息获得各个采集站的 逻辑连接关系。地震仪主机从各个交叉站获得每个交叉站两侧所连接的采集站连 接信息。
建排结束后，每个交叉站和采集站都拥有固定的IP地址并建立了必要的路 由表，在采集站和交叉站都启用IP转发功能后，主机便可基于TCP/IP协议与其 进行数据传输。例如可采用FTP协议从采集站获取其采集的地震数据。
将以太网技术应用于有线遥测地震仪，必须考虑其野外施工的工作特点。在 实际的地震勘探施工中，工作环境通常是在野外，环境较为恶劣，并且往往需要 对仪器进行多次移动，这就要求地震仪轻便灵活。传统的以太网在进行组网时， 需要交换机、路由器等设备，构成星型或者树状的拓扑结构，连线较为复杂，无 法适应野外地震勘探施工的要求。采用多跳方式连接的以太网架构，地震仪主机 含一个以上以太网接口；交叉站B含四个以太网接口；采集站C含两个以太网 接口；交叉线D用于地震仪主机一交叉站以及交叉站一交叉站之间的连接；E 为大线，用于交叉站一采集站以及采集站一采集站之间的连接。地震仪主机A 运行WINDOWS操作系统，交叉站B和采集站C运行嵌入式Linux操作系统， 支持TCP/IP协议，并启用Linux系统本身的IP转发功能。采用这一结构可去除 传统以太网组网时所必需的交换机、路由器等设备，大大简化系统连线，适合野 外地震勘探。
在进行地震数据传输时，地震仪主机需要获得各个交叉站和采集站的相互连 接顺序，针对上述多跳架构，快速为交叉站和采集站分配IP地址并确定其相互连接顺序的方法，在地震勘探中这一过程称为建立排列，其具体步骤是整个建 排过程包含两个步骤交叉站B建排和采集站建排。首先进行交叉站建排，建 排结束后地震仪主机A获得各个交叉站的IP地址及相互连接信息；交叉站B建 排结束后，地震仪主机A启动各个交叉站进行采集站建排，建排结束后地震仪 主机A获得各个交叉站所连接的各个采集站的IP地址及相互连接信息。交叉站 B建排过程是将交叉站的四个以太网端口分为上行、下行、左侧、右侧、四个 方向，其中上行端口为到主机的方向，下行端口为连接下一个交叉站，左侧和右 侧端口连接采集站。地震仪主机A构造以太网数据帧，其中包含与其相连的交 叉站四个以太网端口的IP地址信息以及主机的IP地址，数据帧格式见附图4。 交叉站IP地址的分配规则是相邻端口处于同一个网段，每个端口均采用B类 网络地址，并按照上行、左侧、右侧、下行的顺序将网络地址依次加1，上行端 口的主机地址为2，其他端口的主机地址为1。设定地震仪主机A的IP地址为 128.0.0.1，按照上述规则，与其相邻的交叉站上行、左侧、右侧、下行IP地址 分别为128.0.0.2， 128丄0.1， 128.2.0.1, 128.3.0.1;下一个交叉站的上行、左侧、 右侧、下行IP地址分别为128.3.0.2， 128.4.0.1, 128.5.0.1, 128.6.0.1,依次类 推。地震仪主机A按照上述交叉站IP地址分配规则构造数据帧并以UDP广播方 式发送至相邻交叉站B，交叉站B收到该数据包后，提取其中的IP地址分配信 息，并分配给相应端口，然后按照上述原则构造新的数据帧，通过其下行端口以 UDP广播方式发送至下一个交叉站。每个交叉站在IP地址分配完成后，分别建 立四类路由至中央主机A的路由，至左侧端口所在网段路由，至右侧端口所 在网段路由，默认路由即到下行交叉站方向的路由。建立路由表以后，每个交叉 站将自己的状态信息返回至地震仪主机A，若为尾部交叉站，则在状态信息中设 定尾部信息标志位，通知地震仪主机A交叉站建排过程结束，状态帧格式如附 图5所示。至此，地震仪主机A可依据IP地址信息获得各个交叉站的物理连接 顺序。
交叉站建排结束后，地震仪主机A发送命令至各个交叉站，启动来集站建 排过程。交叉站接收到来自地震仪主机A的采集站建排命令后，分别从其左侧 和右侧两个端口开始采集站建排，其过程是将采集站端口分为上行和下行两个 方向，上行方向为连接到交叉站的方向，下行方向为其反方向。交叉站构造以太 网数据帧，数据帧格式见附图4，其中包含与其侧相连的采集站两个以太网端口 的IP地址信息以及交叉站自身和主机的IP地址，采集站IP地址采用C类地址， 其分配规则是相邻端口处于同一个网段，下行端口的IP地址在其上行端口 IP 地址的第三段加l，上行端口的地震仪主机地址为2，下行端口的主机地址为l。 例如，交叉站左侧IP地址为128丄0.1，右侧IP地址为128.2.0.1，则该交叉站左 侧相连采集站的上行和下行IP地址分别设定为128丄0.2， 128.1丄1;右侧相连采集站的上行和下行IP地址分别设定为128.2.0.2， 128.2丄1。交叉站将包含IP 地址信息的数据帧以UDP广播方式分别发送至左侧和右侧采集站，采集站收到 该数据包后，提取其中的IP地址分配信息，并分配给相应端口，然后按照上述 原则构造新的数据帧，通过其下行端口以UDP广播方式发送至下一个采集站。 以附图1中的采集站C为例，若其上行和下行IP地址分别为128丄0.2和 128丄1.1，则与其相连的下一个采集站IP地址分别为128丄1.2禾卩128丄2.1。 每个采集站在IP地址分配完成后，分别建立三类路由至地震仪主机的路由经 由上行端口，至所属交叉站的路由经由上行端口，默认路由即到下行采集站方向 的路由，经由下行端口。建立路由表以后，每个采集站将自己的状态信息返回至 所属交叉站，若为尾部采集站，则在状态信息中设定尾部信息标志位，通知所属 交叉站建排过程结束，状态帧格式如附图5所示。至此，交叉站可依据IP地址 信息获得各个采集站的物理连接顺序。地震仪主机可从各个交叉站获得每个交叉 站两侧所连接的采集站连接信息。
地震数据传输上述建排过程结束后，每个交叉站和采集站都拥有固定的IP 地址并建立了必要的路由表，此时地震仪主机可基于TCP/IP协议与其进行命令 的交互和数据的传输。在本实施例中采用UDP协议进行控制命令的交互，基于 FTP协议从采集站获取其采集的地震数据。
权利要求
1、一种基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤a、地震仪主机A通过交叉线D以多跳方式连接交叉站B1、B2、B3......Bn，交叉站B1、B2、B3......Bn分别通过大线E以多跳方式向两侧连接采集站C1、C2、C3......Cn；b、由地震仪主机A发起建立排列，底震仪主机A为各个交叉站分配IP地址，分两个过程首先进行交叉站建排，为各个交叉站分配IP地址并建立路由表，然后通知各个交叉站进行采集站建排，同时在各个交叉站内分别建立四类路由表，至地震仪主机A的路由，至左侧端口所在网段路由，至右侧端口所在网段路由，到下行交叉站方向的路由，建立路由表后，每个交叉站将自己的状态信息返回至地震仪主机，若为尾部交叉站，则在状态信息中设定尾部信息标志位，通知地震仪主机交叉站建排过程结束；c、交叉站建排，交叉站接受地震仪主机的交叉站建排命令，依据建排命令设定交叉站各端口的IP地址，同时建立新的路由表，依据接收到的建排命令，生成新的建排命令帧，并以广播方式发送至下一交叉站，依次发送至交叉站Bn，交叉站Bn向地震仪主机A发送建排状态报告信息，交叉站建排结束；d、采集站建排，交叉站接收到地震仪主机A的采集站建排命令后，分别从其左侧和右侧两个端口开始采集站建排，将采集站端口分为上行和下行两个方向，上行方向为连接到交叉站的方向，下行方向为多跳方式连接采集站B1、B2、B3......Bn的方向；e、每个采集站的IP地址分配完成后，分别建立三类路由至主机路由、至所属交叉站路由和默认路由，建立路由表以后，每个采集站将自己的状态信息返回至所属交叉站，若为尾部采集站，则在状态信息中设定尾部信息标志位，通知所属交叉站建排过程结束；f、地震仪主机A基于TCP/IP协议与各交叉站及采集站进行命令的交互和数据的传输。
2、 按照权利要求1所述的基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法， 其特征在于，地震仪主机A设有一个以太网接口；交叉站B设有四个以太网接 口；采集站C设有两个以太网接口。
3、 按照权利要求2所述的基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法， 其特征在于，交叉站的四个以太网端口分为上行、下行、左侧、右侧、四个方向， 其中上行端口为到地震仪主机A的方向，下行端口通过交叉线D连接下一个交 叉站B，左侧和右侧端口通过大线E连接采集站C。
全文摘要
本发明涉及一种基于多跳以太网架构的遥测地震数据传输方法。地震仪主机通过交叉线以多跳方式连接交叉站，交叉站通过大线以多跳方式向两侧连接采集站；地震仪主机基于TCP/IP协议与其进行命令的交互和数据的传输，保证了地震数据传输的可靠性。将以太网技术应用于有线遥测地震仪，采用多跳架构连接地震仪主机、交叉站及采集站，简化了系统连线，去除了传统以太网中的交换机、路由器等设备，便于野外施工；由地震仪主机自动分配各个交叉站及采集站的IP地址，并能获取其连接顺序；基于100Mbps以太网可大大提高有线遥测地震仪的数据传输速率，实测大线数据传输速率可达30Mbps，超过现有同类仪器仅能达到的16Mbps。
文档编号H04L12/28GK101621439SQ200910067368
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者张林行, 君 林, 陈祖斌 申请人:吉林大学