声学通信的方法以及利用这些方法的井与流程

本申请要求于2016年12月13日提交的标题为“methodsofacousticallycommunicatingandwellsthatutilizethemethods”的美国临时申请序列no.62/433,510的权益，以及于2016年8月30日提交的标题为“communicationnetworks,relaynodesforcommunicationnetworks,andmethodsoftransmittingdataamongapluralityofrelaynodes”的美国临时申请序列no.62/381,330的权益，其中的每一个的公开内容都通过引用整体并入本文。

本公开一般而言涉及声学通信的方法和/或利用所述方法的井。

背景技术：

声学无线网络可以用于经由音调传输介质无线地发送声学信号(诸如振动)。一般而言，给定的音调传输介质只允许在某个频率范围内通信；并且，在一些系统中，这个频率范围可能相对小。这种系统在本文中可以被称为频谱受限系统。频谱受限系统的示例是诸如烃井之类的井，其包括沿着其长度间隔开的多个通信节点。

在某些情况下，可能期望在这种频谱受限环境内以声学信号的形式发送数据。但是，常规的数据传输机制常常不能被有效利用。因此，需要改进的声学通信方法和/或利用这些方法的井。

技术实现要素：

本文公开了声学通信的方法和利用这些方法的井。所述方法一般利用声学无线网络，该声学无线网络包括沿着音调传输介质的长度间隔开的多个节点。在一些实施例中，所述方法包括在声学无线网络受频谱约束时进行通信的方法。在这些实施例中，所述方法包括用多个节点中的编码节点对编码的字符进行编码。编码包括基于第一预定查找表和编码的字符选择第一频率，以及以第一频率发送第一发送的声学音调。编码还包括基于第二预定查找表和编码的字符选择第二频率，以及以第二频率发送第二发送的声学音调。这些方法还包括用多个节点中的解码节点对解码的字符进行解码。解码包括接收第一接收的声学音调、为第一接收的声学音调计算第一频率分布，以及为解码的字符确定第一解码的字符分布。解码还包括接收第二接收的声学音调、为第二接收的声学音调计算第二频率分布，以及为解码的字符确定第二解码的字符分布。解码还包括基于第一解码的字符分布和第二解码的字符分布来识别解码的字符。

在其它实施例中，所述方法包括确定经由音调传输介质发送的接收的声学音调的主频率的方法。这些方法包括接收所接收的声学音调持续音调接收时间并估计接收的声学音调的频率。这些方法还包括将音调接收时间分成多个时间间隔并计算每个时间间隔内的频率变化。这些方法还包括选择多个时间间隔中频率变化小于阈值频率变化的子集，并对多个时间间隔的该子集内的多个离散频率值求平均，以确定接收的声学音调的主频率。

在其它实施例中，该方法包括在声学无线网络中节省功率的方法。这些方法包括通过进入较低功率状态持续较低功率状态持续时间并随后过渡到监听状态持续监听状态持续时间来重复并顺序地循环多个节点中的给定节点持续多个周期。低功率状态持续时间大于监听状态持续时间。这些方法还包括在循环期间并经由音调传输介质发送所发送的声学音调持续音调传输持续时间、接收所接收的声学音调，并且响应于接收而通过将给定节点过渡到活动状态来中断循环。音调传输持续时间大于低功率状态持续时间，使得无论何时发起发送，声学无线网络都检测到发送的声学音调。

附图说明

图1是被配置为利用根据本公开的方法的井的示意性表示。

图2是描绘根据本公开的在频谱受约束的声学无线网络中进行通信的方法的流程图。

图3是描绘根据本公开的对编码的字符进行编码的方法的流程图。

图4是描绘根据本公开的对解码的字符进行解码的方法的流程图。

图5是可以与根据本公开的方法一起使用的第一预定查找表的示例。

图6是可以与根据本公开的方法一起使用的第二预定查找表的示例。

图7是多个编码的字符和可以用于传送编码的字符的对应多个频率的示例。

图8是多个编码的字符和可以用于传送编码的字符的对应多个频率的示例。

图9是描绘根据本公开的确定接收的声学音调的主频率的方法的流程图。

图10是图示作为时间的函数的多个接收的声学音调的接收振幅的曲线图。

图11是图示来自图10的声学音调的接收振幅的曲线图。

图12是图示图11的接收的声学音调的频率变化的曲线图。

图13是图示可以用于确定图11-12的接收的声学音调的主频率的直方图数据的表。

图14是图示根据本公开的机制的表，通过该机制可以选择图11-12的声学音调的主频率。

图15是描绘根据本公开的在声学无线网络中节省功率的方法的流程图。

图16是图15的方法的示意性图示。

具体实施方式

图1-16提供了根据本公开的方法200、300和/或400的示例，和/或包括可以包括和/或利用这些方法的声学无线网络50的井20的示例。用于相似或至少基本相似的目的的元件在图1-16的每一个中用相同的数字标记，并且这些元件可以不参考图1-16中的每一个在本文详细讨论。类似地，不是所有元件都在图1-16的每一个中被标记，但是为了一致性，本文可以利用与其相关联的标号。在不脱离本公开的范围的情况下，本文参考图1-16中的一个或多个讨论的元件、组件和/或特征可以包括在图1-16的任何一个中和/或与图1-16的任何一个一起被利用。一般而言，可能包括在特定实施例中的元件以实线图示，而可选的元件以虚线图示。但是，以实线示出的元件可以不是必需的，并且在一些实施例中，可以被省略而不脱离本公开的范围。

图1是被配置为利用根据本公开的方法200、300和/或400的井20的示意性表示。井20包括在地下区域90内延伸的井筒30。井筒30在本文中也可以被称为在表面区域80和地下区域90之间延伸和/或在地下区域内延伸的地下地层92内延伸。地下地层92可以包括烃94。在这些条件下，井20在本文中也可以被称为或可以是烃井20、生产井20和/或注入井20。

井20还包括声学无线网络50。声学无线网络在本文中也可以被称为井下声学无线网络50，并且包括沿着音调传输介质100间隔开的多个节点60，所述音调传输介质100沿着井筒30的长度延伸。在井20的上下文中，音调传输介质100可以包括可在井筒30内延伸的井下管40、可在井筒30内延伸的井筒流体32、接近井筒30的地下区域90的一部分、接近井筒30的地下地层92的一部分，和/或可在井筒30内延伸和/或可以在井筒30和井下管40之间的环形区域内延伸的水泥34。井下管40可以限定流体导管44。

节点60可以包括一个或多个编码节点62，所述编码节点可以被配置为生成声学音调70和/或在音调传输介质100内引发声学音调。节点60还可以包括一个或多个解码节点64，所述解码节点可以被配置为从音调传输介质接收声学音调70。给定节点60可以既用作编码节点62又用作解码节点64，这取决于给定节点是发送声学音调(即，用作编码节点)还是接收声学音调(即，用作解码节点)。换句话说，给定节点可以既包括编码又包括解码功能或结构，这些结构取决于给定节点是正在编码声学音调还是解码声学音调而被选择性地利用。

在井20中，声学音调70的传输可以沿着井筒30的长度。照此，声学音调的传输可以是线性的、至少基本上是线性的和/或有向的，诸如通过音调传输介质。这种配置可以与更常规的无线通信方法相反，后者一般可以在多个方向上或甚至在每个方向上发送对应的无线信号。

如图1中所示，声学无线网络50可以包括位于井筒30内的节点60。照此，这些节点可以是不可访问的，或者至少是难以访问的。因此，如本文中参考图15-16的方法400所讨论的，限制功耗对于声学无线网络的操作和/或寿命会是重要的。

在井20(诸如烃井)的上下文中公开了本文更详细讨论的方法200、300和/或400。但是，在本公开的范围内，这些方法可以用于经由声学音调进行通信(诸如图2-8的方法200中所描述的)，确定接收到的声学音调的主频率(诸如图9-14的方法300中所描述的)，和/或在任何合适的声学无线网络中节省功率(诸如图15-16的方法300中所描述的)。作为示例，方法200、300和/或400可以在海底井的上下文中和/或在海底环境内延伸的海底管状物的上下文中与对应的声学无线网络一起利用。在这些条件下，音调传输介质可以包括或者是海底管状物和/或在海底环境内、接近海底管状物和/在或海底管状物内延伸的海底流体。作为另一个示例，方法200、300和/或400可以在表面管状物的上下文中与对应的声学无线网络一起使用，该表面管状物在表面区域内延伸。在这些条件下，音调传输介质可以包括或者是表面管状物和/或在表面区域内、接近表面管状物和/或表面管状内延伸的流体。

图2是描绘根据本公开的在频谱受约束的声学无线网络中进行通信的方法200的流程图。声学无线网络包括沿着音调传输介质的长度间隔开的多个节点。本文参考图1的声学无线网络50公开了声学无线网络的示例。本文参考图1的音调传输介质100公开了音调传输介质的示例。

考虑到上述情况，方法200可以包括在210处建立预定查找表并且包括在220处对编码的字符进行编码，这在图3中更详细地示出。方法200还可以包括在230处传送声学音调并且包括在240处对解码的字符进行解码，这在图4中更详细地示出。方法200还可以包括在280处重复方法的至少一部分，并且图5-8提供方法200的各个步骤的示意性示例。

在声学无线网络(诸如图1的声学无线网络50)的操作期间，方法200可以用于沿着音调传输介质或沿着其长度发送和/或传送一个或多个字符和/或多条信息。作为示例，并且如本文中更详细讨论的，如图5中所示的第一预定查找表201和如图6中所示的第二预定查找表202可以将多个字符或编码的字符(例如，图5-6中的字符a-q)关联到多个频率或频率范围(例如，图5-6中的频率f1-f17)。在这些条件下，可以选择诸如“p”之类的字符沿着音调传输介质的长度进行传输，并且可以利用方法200将这个字符编码成对应的频率，然后从对应的频率解码这个字符。在图5-6的示例中，“p”与第一预定查找表201中的f16和第二预定查找表202中的f8对应。因此，220处的编码可以包括经由音调传输介质并用编码节点发送频率f16，并且随后经由音调传输介质并用编码节点发送频率f8，如图7中所示。然后240处的解码可以包括用解码节点并且从音调传输介质接收频率f16并且随后接收频率f8，并且分别利用第一预定查找表201和第二预定查找表202，将接收到的频率解码成它们对应的字符(例如，p1和p2，如图8所示)。这个过程可以重复任何合适的次数，以沿着音调传输介质的长度发送任何合适数量的字符或编码的字符，如图7-8中所示，其中对应的频率用于字符p-a-i-l的传输。

在210处建立预定查找表可以包括建立任何合适的预定查找表。这可以包括建立第一预定查找表和第二预定查找表，并且这些预定查找表可以在220处的编码期间和/或在240处的解码期间使用。考虑到这一点，在被执行时，210处的建立可以在220处的编码之前和/或240处的解码之前执行。

可以以任何合适的方式完成210处的建立。作为示例，210处的建立可以包括从任何合适的源(诸如从查找表的数据库)获得第一预定查找表和/或第二预定查找表。

作为另一个示例，210处的建立可以包括生成或创建第一预定查找表和/或第二预定查找表。这可以包括在212处经由音调传输介质并用多个节点中的编码节点发送校准信号。这还可以包括在214处从音调传输介质并用多个节点中的解码节点接收校准信号。这还可以包括在216处确定音调传输介质的至少一个声学特点。可以至少部分地基于212处的发送和/或基于214处的接收来确定和/或量化音调传输介质的该至少一个特点。

在这些条件下，210处的建立可以包括至少部分地基于音调传输介质的至少一个声学特点来建立预定查找表。作为更具体的示例，210处的建立可以包括确定用于音调传输介质内的声学通信的带宽。这可以包括确定带宽或频率范围，其中音调传输介质具有小于阈值环境声学噪声水平，并且/或者其中212处的发送和214处的接收可以在信号质量、信号振幅和/或编码节点和解码节点之间的信号强度小于阈值损失的情况下执行。

图5中图示了第一预定查找表201的示例，而图6中图示了第二预定查找表202的示例。如图5-6中所示，预定查找表201和202一般将多个字符或编码的字符(诸如图5-6的第一行中所示的字母a到q)与对应的多个频率或频率范围(诸如在图5-6的第二行中所示的频率f1-f17)关联。

第一预定查找表201和第二预定查找表202彼此不同。更具体而言，并且如图所示，与给定字符相关联的频率在第一预定查找表201与第二预定查找表202之间是不同的。附加地或可替代地，第一预定查找表和第二预定查找表可以被配置为使得，对于给定字符，由第一预定查找表201建立的对应第一频率不等于和/或不是由第二预定查找表202建立的对应第二频率的谐波。当音调传输介质相比另一个频率更高效地、以更少的噪声和/或以更少的衰减发送一个频率时，这种配置可以提高通信的准确度。

在本公开的范围内，第一预定查找表201和第二预定查找表202可以利用相同的编码的字符和相同的频率或频率范围。在这些条件下，当与第二预定查找表202相比时，不同的频率或频率范围可以与第一预定查找表201中每个编码的字符相关联。附加地或可替代地，至少一个频率或频率范围可以包括在第一预定查找表和第二预定查找表中的一个中但不包括在另一个查找表中，这也在本公开的范围内。

在第一预定查找表和第二预定查找表中利用的多个频率(包括第一频率和/或第二频率)可以具有任何合适的值和/或可以在任何合适的频率范围内。作为示例，多个频率中的每个频率可以是至少10千赫兹(khz)、至少25khz、至少50khz、至少60khz、至少70khz、至少80khz、至少90khz、至少100khz、至少200khz、至少250khz、至少400khz、至少500khz和/或至少600khz。附加地或可替代地，多个频率中的每个频率可以是至多1000khz(1兆赫兹)、至多800khz、至多600khz、至多400khz、至多200khz、至多150khz、至多100khz，和/或至多80khz。

在220处对编码的字符进行编码可以包括用编码节点对编码的字符进行编码。如图3中所示，220处的编码包括在222处为第一发送的声学音调选择第一频率，在224处发送第一发送的声学音调，在226处为第二发送的声学音调选择第二频率，以及在228处发送第二发送的声学音调。

在222处为第一发送的声学音调选择第一频率可以包括至少部分地基于编码的字符进行选择。附加地或可替代地，222处的选择还可以包括从第一预定查找表中进行选择。第一频率可以与第一预定查找表中的编码的字符相关联。作为示例，并且参考图5，第一编码的字符可以是“p”，并且第一频率可以是f16，如图7的最左边的框中所示。第一预定查找表可以提供第一频率与编码的字符之间的一一对应关系。换句话说，每个编码的字符和每个频率可以在第一预定查找表中利用一次且仅利用一次。

在224处发送第一发送的声学音调可以包括以第一频率发送第一发送的声学音调。附加地或可替代地，224处的发送还可以包括经由和/或利用音调传输介质来发送第一发送的声学音调。224处的发送还可以包括发送持续第一音调传输持续时间。

可以以任何合适的方式完成224处的发送。作为示例，224处的发送可以包括在音调传输介质内用声学无线网络的编码节点发送器引发第一声学音调。编码节点发送器的示例包括被配置为在音调传输介质内引发振动的任何合适结构，诸如压电编码节点发送器、电磁声发送器，谐振微机电系统(mems)发送器、非谐振mems发送器，和/或发送器阵列。

在226处为第二发送的声学音调选择第二频率可以包括至少部分地基于编码的字符进行选择。附加地或可替代地，226处的选择还可以包括从第二预定查找表中进行选择。一般而言，第二预定查找表不同于第一预定查找表和/或第二频率不同于第一频率。第二频率可以与第二预定查找表中的编码的字符相关联。作为示例，并且参考图6，当编码的字符是“p”时，第二频率可以是f8，如图7的最左边的框中所指示的。第二预定查找表可以提供第二频率与编码的字符之间的一一对应关系。换句话说，每个编码的字符和每个频率可以在第二预定查找表中利用一次且仅利用一次。

在228处发送第二发送的声学音调可以包括以第二频率发送第一发送的声学音调。附加地或可替代地，228处的发送还可以包括经由和/或利用音调传输介质来发送第二发送的声学音调。228处的发送还可以包括发送持续第二音调传输持续时间。

可以以任何合适的方式完成228处的发送。作为示例，228处的发送可以包括用编码节点发送器在音调传输介质内引发第二声学音调。

在230处传送声学音调可以包括以任何合适的方式传送。作为示例，解码节点可以与编码节点间隔开，使得音调传输介质在编码节点和解码节点之间延伸或在空间上分离。在这些条件下，230处的传送可以包括经由音调传输介质从编码节点向解码节点传送第一发送的声学音调和/或传送第二发送的声学音调。

230处的传送还可以包括经由与音调传输介质的第一交互来修改第一发送的声学音调，以生成第一接收的声学音调。附加地或可替代地，230处的传送可以包括经由与音调传输介质的第二交互来修改第二发送的声学音调，以生成第二接收的声学音调。修改可以包括以任何合适的方式进行修改，并且可以是主动的(即，有目的地被执行)或被动的(即，由于传送而固有地被执行)。修改的示例包括修改第一和/或第二发送的声学音调的振幅、第一和/或第二发送的声学音调的相位、第一和/或第二发送的声学音调的频率和/或第一和/或第二发送的声学音调的波长中的一个或多个。修改的另一个示例包括将附加频率分量引入第一和/或第二发送的声学音调。可以产生和/或生成修改的机制的示例包括在编码节点处、在音调传输介质内和/或在解码节点处的音调反射、振铃和/或音调重组。

在240处对解码的字符进行解码可以包括用解码节点进行解码。如图4中所示，240处的解码包括在242处接收第一接收的声学音调、在244处计算第一频率分布，以及在250处确定第一解码的字符分布。240处的解码还包括在258处接收第二接收的声学音调、在262处计算第二频率分布，以及在268处确定第二解码的字符分布。240处的解码还包括在274处识别解码的字符。附加地或可替代地，240处的解码可以包括执行方法300的任何合适部分，这些参考图9-14在本文中讨论。

在242处接收第一接收的声学音调可以包括用解码节点和/或从音调传输介质接收第一接收的声学音调，并且可以在224处的发送之后或响应于224处的发送而执行。242处的接收可以包括接收第一接收的声学音调持续第一音调接收持续时间。

242处的接收可以包括用任何合适的解码节点进行接收，该解码节点被配置为从音调传输介质接收第一接收的声学音调。作为示例，242处的接收可以包括用、经由和/或利用压电解码节点接收器、压阻接收器、谐振mems接收器、非谐振mems接收器和/或接收器阵列来接收。

在244处计算第一频率分布可以包括为第一接收的声学音调计算第一频率分布或计算第一接收的声学音调的第一频率分布，并且可以以任何合适的方式完成。作为示例，244处的计算可以包括执行第一接收的声学音调的傅立叶变换、执行第一接收的声学音调的快速傅立叶变换、执行第一接收的声学音调的离散傅立叶变换、执行第一接收的声学音调的小波变换、执行第一接收的声学音调的多重最小二乘分析，和/或执行第一接收的声学音调的多直方图(polyhistogram)分析。本文中参考图9的方法300公开了多直方图分析的示例。

在本公开的范围内，第一接收的声学音调可以包括多个第一频率分量。这些第一频率分量可以在224处的发送期间、230处的传送期间和/或242处的接收期间生成，并且本文参考230处的传送来讨论可以生成第一频率分量的机制的示例。

当第一接收的声学音调包括多个第一频率分量时，244处的计算可以包括在246处计算多个第一频率分量中的每一个的相对幅度和/或在248处计算多个第一频率分量的直方图。

在250处确定第一解码的字符分布可以包括从第一频率分布和/或从第一预定查找表确定第一解码的字符分布。作为示例，在244处的计算期间计算的多个第一频率分量可以与图5的第一预定查找表201内的多个第一接收的字符对应。换句话说，250处的确定可以包括确定来自第一预定查找表的哪个字符与多个第一频率分量中的每个频率分量对应。

在这些条件下，250处的确定可以包括在252处计算第一接收的声学音调表示多个第一接收的字符中的每个第一接收的字符的相对概率和/或在254处计算多个第一接收的字符的直方图。附加地或可替代地，250处的确定可以包括在256处将多个第一频率分量中的每个第一频率分量映射到第一预定查找表中的对应字符。

在258处接收第二接收的声学音调可以包括用解码节点和/或从音调传输介质接收第二接收的声学音调，并且可以在228处的发送之后或响应于228处的发送而执行。258处的接收可以包括接收第二接收的声学音调持续第二音调接收持续时间。

在262处计算第二频率分布可以包括为第二接收的声学音调计算第二频率分布或者计算第二接收的声学音调的第二频率分布，并且可以以任何合适的方式完成。作为示例，260处的计算可以包括执行第二接收的声学音调的傅里叶变换、执行第二接收的声学音调的快速傅里叶变换、执行第二接收的声学音调的离散傅立叶变换、执行第二接收的声学音调的小波变换、执行第二接收的声学音调的多重最小二乘分析，和/或执行第二接收的声学音调的多直方图分析。本文中参考图9的方法300公开了多直方图分析的示例。

与第一接收的声学音调类似，第二接收的声学音调可以包括多个第二频率分量。这些第二频率分量可以在228处的发送期间、230处的发送期间和/或258处的接收期间生成，如本文中参考244处的计算所讨论的。

当第二接收的声学音调包括多个第二频率分量时，260处的计算可以包括在262处计算多个第二频率分量中的每一个的相对幅度和/或在264处计算多个第二频率分量的直方图。

在268处确定第二解码的字符分布可以包括从第二频率分布和/或从第二预定查找表确定第二解码的字符分布。作为示例，在260处的计算期间计算的多个第二频率分量可以与图6的第二预定查找表202内的多个第二接收的字符对应。换句话说，266处的确定可以包括确定来自第二预定查找表的哪个字符与多个第二频率分量中的每个频率分量对应。

在这些条件下，266处的确定可以包括在268处计算第二接收的声学音调表示多个第二接收的字符中的每个第二接收的字符的相对概率和/或在270处计算多个第二接收的字符的直方图。附加地或可替代地，266处的确定可以包括在272处将多个第二频率分量中的每个第二频率分量映射到第二预定查找表中的对应字符。

在274处识别解码的字符可以包括至少部分地基于第一解码的字符分布和第二解码的字符分布来识别解码的字符。274处的识别可以以任何合适的方式完成。作为示例，274处的识别可以包括识别第一解码的字符分布中哪个字符具有作为编码的字符的最高概率和/或识别第二解码的字符分布中哪个字符具有作为编码的字符的最高概率。

作为更具体的示例，274处的识别可以包括将第一解码的字符分布与第二解码的字符分布组合，以产生和/或生成复合解码的字符分布，并且如276处所指示的那样从复合解码的字符分布中识别最高概率字符。可以以任何合适的方式组合第一解码的字符分布和第二解码的字符分布。作为示例，可以对第一解码的字符分布和第二解码的字符分布求和。作为另一个示例，可以利用一个半时刻方法(one-and-one-halfmomentmethod)来组合第一解码的字符分布和第二解码的字符分布。作为另一个更具体的示例，并且如图4中的278处所示，274处的识别可以包括从第一解码的字符分布中和从第二解码的字符分布中选择最常见的字符。

在280处重复方法的至少一部分可以包括以任何合适的次序重复方法200的任何合适的部分。作为示例，编码节点可以是多个节点中的第一节点，并且解码节点可以是多个节点中的第二节点。在这些条件下，280处的重复可以包括在220处用第二节点重复编码并且在240处用多个节点中的第三节点重复解码，诸如沿着音调传输介质的长度发送编码的字符。该过程可以重复多次，以在多个间隔开的节点之间传播编码字符。第三节点可以与第二节点和/或第一节点间隔开。附加地或替代地，第二节点可以沿着音调传输介质的长度定位在第一节点和第三节点之间。

作为另一个示例，编码的字符可以是第一编码的字符，并且解码的字符可以是第一解码的字符。在这些条件下，280处的重复可以包括重复220处的编码以编码第二编码的字符并重复240处的解码以解码第二解码的字符。这在图7-8中图示，其中，利用来自图5和图6的第一和第二预定查找表的对应频率，字符p-a-i-l顺序地被编码，如图7中所示。通过将接收的频率与来自第一和第二预定查找表的频率进行比较，随后字符被解码，如图8中所示。

本文已经将方法200描述为利用两个预定的查找表(例如，图5的第一预定查找表201和图6的第二预定查找表202)。但是，对于给定的编码的字符，方法200可以包括和/或利用任何合适数量的频率以及对应的预定查找表，这在本公开的范围内。作为示例，220处的编码可以包括从对应的多个查找表中为多个发送的声学音调选择多个频率，以及经由音调传输介质发送多个发送的声音。作为附加的示例，240处的解码可以包括接收多个接收的声学音调、从多个接收的声学音调中计算多个频率分布、从多个频率分布和多个预定查找表中确定多个解码的字符分布，以及至少部分地基于多个解码的字符分布来识别解码的字符。多个解码的字符分布可以包括任何合适数量的解码的字符分布，包括至少3个、至少4个、至少6个、至少8个或至少10个解码的字符分布。

在本公开的范围内，方法200可以利用任何合适的音调传输介质和/或在任何合适的环境和/或上下文中执行，包括本文公开的那些。作为示例，并且当在井(诸如图1的井20)内执行方法200时，方法200还可以包括钻探井筒30。换句话说，可以在井筒被形成、限定和钻探时执行方法200。作为另一个示例，方法200还可以包括从地下地层92产生储层流体。换句话说，可以在从地下地层产生储层流体的同时执行方法200。

如本文所讨论的，220处的编码和/或240处的解码可以利用预定的查找表(诸如第一预定查找表201和/或第二预定查找表202)，以将预定的频率或频率范围映射到预定的字符或编码的字符。照此，可以在没有、不利用和/或不使用随机或伪随机数发生器的情况下执行方法200。

图9是描绘根据本公开的确定经由音调传输介质发送的接收的声学音调的主频率的方法300的流程图，而图10-14图示了可以在方法300期间执行的各种步骤。可以利用任何合适的结构(一个或多个)来执行方法300。作为示例，方法300可以由声学无线网络(诸如图1的声学无线网络50)利用。在这些条件下，方法300可以用于沿着井筒30的长度进行通信。

方法300包括在310处接收所接收的声学音调，在320处估计接收的声学音调的频率，以及在330处将音调接收时间分成多个时间间隔。方法300还包括在340处计算频率变化，在350处选择多个时间间隔的子集，以及在360处对多个离散频率值求平均。方法300还可以包括在370处发送所发送的声学音调。

在310处接收所接收的声学音调可以包括用声学无线网络的解码节点进行接收。附加地或可替代地，310处的接收可以包括从音调传输介质接收和/或接收持续音调接收时间。310处的接收可以包括接收持续任何合适的音调接收时间。作为示例，音调接收时间可以是至少1微秒、至少10微秒、至少25微秒、至少50微秒、至少75微秒或至少100微秒。310处的接收还可以包括以任何合适的频率或音调频率进行接收。音调频率的示例包括至少10千赫兹(khz)、至少25khz、至少50khz、至少60khz、至少70khz、至少80khz、至少90khz、至少100khz、至少200khz、至少250khz、至少400khz、至少500khz，和/或至少600khz的频率。附加地或可替代地，音调频率可以是至多1兆赫(mhz)、至多800khz、至多600khz、至多400khz、至多200khz、至多150khz、至多100khz，和/或至多80khz。

310处的接收可以包括用任何合适的解码节点(诸如图1的解码节点64)进行接收。附加地或可替代地，310处的接收可以包括用声学音调接收器进行接收。声学音调接收器的示例包括压电音调接收器、压阻音调接收器、谐振mems音调接收器、非谐振mems音调接收器和/或接收器阵列。

图10中图示了多个接收的声学音调的示例，而图11中图示了单个接收的声学音调的示例。图10-11都图示了作为时间(例如，音调接收时间)的函数的接收的声学音调的振幅。如图10-11所示，在音调接收时间期间，接收的声学音调的振幅可以显著变化。这种变化可以由音调传输介质内的非理想性和/或利用音调传输过程造成。这些非理想性的示例在本文讨论并且包括音调传输介质内的声学音调反射点、音调传输过程期间谐波的生成、音调传输介质内的振铃，和/或音调传输介质内声学音调的速度的变化。总的来说，这些非理想性可能使得确定、准确地确定和/或可再现地确定接收的声学音调的主频率具有挑战性，并且方法300可以促进这种确定。

在320处估计接收的声学音调的频率可以包括估计作为时间的函数和/或在音调接收时间期间接收的声学音调的频率。这可以包括估计在音调接收时间内在对应的多个离散时间处接收的多个离散频率值，并且可以以任何合适的方式完成。

作为示例，接收的声学音调可以包括或者是接收的声波，其在音调接收时间内具有时变振幅，如图10-11中所示。时变振幅可以定义平均振幅，并且320处的估计可以包括测量时变振幅之间的周期时间和平均振幅、测量接收的声波的各个循环的周期，和/或测量接收的声波的多个过零时间。

320处的估计可以用于生成数据集，该数据集表示在音调接收时间期间作为时间的函数的接收的声学音调的频率。图12中图示了这种数据集的示例。如图12中可以看到的，接收的声学音调的频率包括存在相对较高变化量的时间区域，诸如图12中从t0到t1和从t2到t3的时间区域，以及存在相对较低变化量的时间区域，诸如图12中从t1到t2的时间区域。

在330处将音调接收时间分成多个时间间隔可以包括进行分离，使得多个时间间隔中的每个时间间隔包括在那个时间间隔期间接收和/或确定的多个离散频率值的子集。在本公开的范围内，多个时间间隔中的每个时间间隔可以小于音调接收时间的阈值部分(thresholdfraction)。音调接收时间的阈值部分的示例包括小于20％、小于15％、小于10％、小于5％或小于1％的阈值部分。换句话说，330处的分离可以包括将音调接收时间分成至少阈值数量的时间间隔。时间间隔的阈值数量的示例包括至少5个、至少7个、至少10个、至少20个或至少100个时间间隔。多个时间间隔中的每个时间间隔的持续时间可以与多个时间间隔中的每个其它时间间隔的持续时间相同或至少基本相同，这在本公开的范围内。但是，这不是所有实现都需要的，并且多个时间间隔中的一个或多个时间间隔的持续时间可以与多个时间间隔中的一个或多个其它时间间隔的持续时间不同。

在340处计算频率变化可以包括计算每个时间间隔内和/或多个离散频率值的每个子集内的任何合适的频率变化。340处的计算可以以任何合适的方式执行和/或可以计算变化或频率变化的任何合适的测量。作为示例，340处的计算可以包括计算指示多个离散频率值的每个子集内的可变性的统计参数。作为另一个示例，340处的计算可以包括计算多个离散频率值的每个子集内的频率范围。作为又一个示例，340处的计算可以包括计算多个离散频率值的每个子集的或其内部的频率标准偏差。作为另一个示例，340处的计算可以包括对多个离散频率值中的每个子集进行评分。

作为又一个示例，340处的计算可以包括评估余量，或评估给定时间间隔内的给定频率相对于在给定时间间隔期间检测到的其它频率的区别性。这可以包括利用幅度和/或概率密度来评估区别性和/或利用给定时间间隔内最常见直方图元素和第二最常见直方图元素的幅度之差来评估区别性。

作为更具体的示例，并且当340处的计算包括计算频率范围时，340处的计算可以包括将多个离散频率值的每个子集分成或分离成区间(bin)。这在图13中示出。其中，在给定时间间隔内(即，由时间间隔1-10表示)观察到给定频率的次数(即，由区间1-14表示)被制成表格。给定频率区间-时间间隔组合的零值指示在给定时间间隔期间未观察到给定频率区间，而非零数字指示在给定时间间隔期间观察到给定频率区间的次数。

在这些条件下，340处的计算可以包括确定频率区间的跨度或范围。在图13的示例中，包括至少一个计数的最上面的区间是区间14，而包括至少一个计数的最下面的区间是区间11。因此，如所指示的，跨度或范围是4。

在350处选择多个时间间隔的子集可以包括选择其中在340处的计算期间确定的频率变化小于阈值频率变化的子集。实验数据表明，频率变化小于阈值频率变化的时间间隔表示更能代表接收的声学音调的主频率的时间间隔。照此，350处的选择包括选择性地确定哪个时间间隔更能代表或更可能包括接收的声学音调的主频率，从而在接收的声学音调的主频率的整体确定中降低噪声。

350处的选择可以包括选择音调接收时间内的连续范围或者选择在音调接收时间内在时间上间隔开的两个或更多个范围。附加地或可替代地，350处的选择可以包括从多个时间间隔中选择至少2个、至少3个、至少4个或至少5个时间间隔。

附加地或可替代地，350处的选择可以包括进行选择，使得多个离散频率值的每个相继子集内的频率变化相对于多个离散频率值的先前子集减小和/或相对于多个离散频率值的先前子集保持不变。

在图13中图示了350处的选择的示例。在这个示例中，在表中选择并突出显示跨度小于10的时间间隔。这些包括时间间隔1、4和5。

在360处对多个离散频率值求平均可以包括在350处的选择期间选择的多个时间间隔的子集内求平均和/或求平均以确定接收的声学音调的主频率。360处的求平均可以以任何合适的方式完成。作为示例，360处的求平均可以包括计算指示多个时间间隔的子集内的多个离散频率值的平均值的统计参数。作为另一个示例，360处的求平均可以包括计算多个时间间隔的子集内的多个离散频率值的平均值、中值或众数值(modevalue)。

作为更具体的示例，并且参考图13-14，360处的求平均可以包括对在350处的选择期间选择的时间间隔的区间求和。如所讨论的，并且对350处的选择利用一个标准，可以选择图13中的区间1、4和5。然后可以将这三个区间中的计数的数量相加以得到图14，并且可以选择具有最多计数的区间，其表示所选择的时间间隔的最常见或模式频率。在图14的示例中，这可以包括选择区间12或区间12的频率作为接收的声学音调的主频率。

在370处发送所发送的声学音调可以包括用声学无线网络的编码节点进行发送。370处的发送可以在360处的求平均之后或者或响应于360处的求平均；并且发送的声学音调的发送的频率可以至少部分地基于或等于接收的声学音调的主频率。换句话说，370处的发送可以包括沿着音调传输介质的长度重复或传播接收的声学音调的主频率，诸如以便允许和/或促进沿着音调传输介质的长度的通信。

图15是描绘根据本公开的在包括多个节点的声学无线网络中节省功率的方法400的流程图，而图16是图15的方法的示例的示意性表示。如图15中所示，方法400包括在410处重复且顺序地循环给定节点、在420发送所发送的声学音调、在430接收所接收的声学音调，以及在440处中断循环持续阈值音调接收持续时间。方法400还可以包括在450处保持活动状态持续阈值音调接收持续时间和/或在460处重复方法的至少一部分。

方法400可以由声学无线网络(诸如图1的声学无线网络50)执行。在这种网络中，多个节点60中的至少一个节点60被编程为在410处执行循环并且在430处接收，并且多个节点中的相邻节点60被编程为在420处执行发送。

在410处重复且顺序地循环给定节点可以包括使给定节点循环持续多个循环。多个循环中的每个循环包括进入其中给定节点不活动的低功率状态持续低功率状态持续时间，如412处所指示的。多个循环中的每个循环还包括随后过渡到其中给定节点的接收器监听来自音调传输介质的接收的声学音调的监听状态持续监听状态持续时间，如414处所指示的。

一般而言，低功率状态持续时间大于监听状态持续时间。作为示例，低功率状态持续时间可以是监听状态持续时间的至少2倍、至少3倍、至少4倍、至少6倍、至少8倍或至少10倍。照此，与可能无限期地保持在监听状态的节点相比，给定节点可以节省功率。

在图16中图示了410处的循环的示例，其图示了作为时间的函数的给定节点的状态。如图16的最左侧开始所示，给定节点保持在低功率状态480持续低功率状态持续时间481，并且随后过渡到监听状态482持续监听状态持续时间483。还如图所示，给定节点在低功率状态和监听状态之间重复循环。每个循环定义循环持续时间486，这是低功率状态持续时间481和监听状态持续时间483的总和。

给定节点可以具有或包括内部时钟，这在本公开的范围内。当存在时，内部时钟可以在给定节点处于低功率状态时具有和/或表现出低功率时钟速率，当给定节点处于监听状态时具有和/或表现出监听时钟速率，以及当给定节点处于活动状态时具有和/或表现出活动时钟速率。低功率时钟速率可以小于监听时钟速率，从而允许给定节点在处于低功率状态时节省功率。此外，监听时钟速率可以小于活动时钟速率，从而允许给定节点在与活动状态相比时在监听状态下节省功率。监听时钟速率可以足以检测接收的声学音调或检测其存在但是不足以解析接收的声学音调或确定接收的声学音调的频率，这在本公开的范围内。相反，活动时钟速率可以足以解析接收的声学音调或检测其频率。

在420处发送所发送的声学音调可以包括在410处的循环期间发送和/或经由音调传输介质发送。420处的发送还可以包括发送持续音调传输持续时间，并且音调传输持续时间大于给定节点的低功率状态持续时间。作为示例，音调传输持续时间可以是低功率状态持续时间的至少110％、至少120％、至少150％、至少200％或至少300％。附加地或可替代地，音调传输持续时间可以至少与循环持续时间一样大或甚至大于循环持续时间。音调传输持续时间的示例包括至少1毫秒(ms)、至少2ms、至少4ms、至少6ms、至少8ms或至少10ms的持续时间。

可以以任何合适的方式完成420处的发送。作为示例，420处的发送可以包括用多个节点中的另一个节点的发送器进行发送。多个节点中的该另一个节点可以与多个节点中的给定节点不同和/或间隔开。换句话说，音调传输介质可以在给定节点和另一个节点之间延伸或在空间上分离。

在图16中图示了420处的发送。如图所示，发送器输出可以包括其中没有发送的声学音调的时间段490。此外，发送器输出还可以包括时间段492，其中发送器发送所发送的声学音调持续音调传输持续时间493。由于音调传输持续时间493大于低功率状态持续时间481，因此给定节点必须处于监听状态482持续至少音调传输持续时间493的一部分，不管何时发送器发起声学音调的传输。照此样，给定节点在低功率状态480和监听状态482之间循环，从而节省功率，同时始终可以用于检测或听到发送的声学音调。

在430处接收所接收的声学音调可以包括在多个循环中的给定循环的监听状态期间并用给定节点进行接收。430处的接收还可以包括从音调传输介质和/或用给定节点的接收器进行接收，并且可以在420处的发送之后或者响应于420处的发送。

在440处中断持续阈值音调接收持续时间的循环可以包括将给定节点过渡到活动状态持续至少阈值活动状态持续时间，并且可以在430处的接收之后或响应于430处的接收。这在图16中示出，其中响应于430处的接收，给定节点过渡到活动状态484并且保持在活动状态持续阈值活动状态持续时间485。

阈值活动状态持续时间可以大于低功率状态持续时间。作为示例，阈值活动状态持续时间可以是低功率状态持续时间的至少1.5、至少2、至少2.5、至少3、至少4或至少5倍，并且440处的中断可以允许给定节点连续接收一个或多个后续发送的声学音调。作为示例，发送的声学音调可以是第一发送的声学音调，并且该方法可以包括发送由多个暂停或者其中不发送声学音调的时间段490分开的多个发送的声学音调。每个暂停可以具有暂停持续时间494，并且440处的中断可以包括响应于暂停持续时间小于阈值活动状态持续时间而保持在活动状态。

在460处重复方法的至少一部分可以包括以任何合适的方式重复方法400的任何合适部分。作为示例，并且响应于未接收到声学音调持续阈值活动状态持续时间，460处的重复可以包括返回到410处的循环，从而在允许给定节点检测后续的声学音调的同时节省功率，这可能是在给定节点返回到410处的循环之后从音调传输介质接收。

本文公开的声学无线网络和/或其节点(包括图1的声学无线网络50和/或节点60)可以包括和/或是任何合适的结构、设备和/或多个设备，其可以被调整、配置、设计、构造和/或编程以执行本文中参考方法200、300和/或400讨论的功能。作为示例，声学无线网络和/或相关联的节点可以包括电子控制器、专用控制器、专用控制器、专用计算机、显示设备、逻辑设备、存储器设备和/或具有计算机可读存储介质的存储器设备中的一个或多个。

计算机可读存储介质(当存在时)在本文中也可以被称为非瞬态计算机可读存储介质。这种非瞬态计算机可读存储介质可以包括、定义、容纳和/或存储计算机可执行指令、程序和/或代码；并且这些计算机可执行指令可以指示声学无线网络和/或其节点，以执行方法200、300和/或400的任何合适的部分或子集。这种非瞬态计算机可读存储介质的示例包括：cd-rom、磁盘、硬盘驱动器、闪存等。如本文所使用的，具有计算机可执行指令的存储装置、或存储器、设备和/或介质，以及根据本公开的计算机实现的方法和其它方法，根据美国法典第35章第101节，被认为属于被视为可获得专利的主题的范围。

在本公开中，已经在流程图的上下文中讨论和/或呈现了若干说明性、非排他性的示例，其中所述方法被示出和描述为一系列方框或步骤。除非在附带的描述中具体阐述，否则方框的次序可以与流程图中所示的次序不同，包括在两个或更多个方框(或步骤)以不同次序和/或并发地出现，这在本公开的范围内。方框或步骤可以被实现为逻辑，逻辑也可以被描述为将方框或步骤实现为逻辑，这在本公开的范围内。在一些应用中，方框或步骤可以表示由功能等效的电路或其它逻辑设备执行的表达和/或动作。所示出的方框可以但不是必需表示使得计算机、处理器和/或其它逻辑设备做出响应、执行动作、改变状态、生成输出或显示和/或做出决定的可执行指令。

如本文所使用的，放置在第一实体和第二实体之间的术语“和/或”意味着以下之一：(1)第一实体、(2)第二实体，和(3)第一实体和第二实体。用“和/或”列出的多个实体应当以相同的方式解释，即，如此结合的实体中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体识别出的实体之外，其它实体可以可选地存在，无论是与具体识别出的那些实体相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“a和/或b”的引用可以在一个实施例中仅指a(可选地包括除b以外的实体)；在另一个实施例中仅指b(可选地包括除a以外的实体)；在又一个实施例中，指a和b两者(可选地包括其它实体)。这些实体可以指元素、动作、结构、步骤、操作、值等。

如本文所使用的，引用一个或多个实体的列表的短语“至少一个”应当被理解为表示从实体列表中的任何一个或多个实体中选择的至少一个实体，但不一定包括实体列表中具体列出的每个和每个实体中的至少一个，并且不排除实体列表中的实体的任意组合。这个定义还允许可以可选地存在于除短语“至少一个”所指的实体列表中具体识别出的实体以外的实体，无论与具体识别出的那些实体相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“a和b中的至少一个”(或等效地“a或b中的至少一个”，或等效地“a和/或b中的至少一个”)可以在一个实施例中指至少一个，可选地包括多于一个，a，不存在b(并且可选地包括除b以外的实体)；在另一个实施例中，指至少一个，可选地包括多于一个，b，不存在a(并且可选地包括除a以外的实体)；在又一个实施例中，指至少一个，可选地包括多于一个，a，以及至少一个，可选地包括多于一个，b(并且可选地包括其它实体)。换句话说，短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，其在操作中既是连接的又是分离的。例如，表达“a、b和c中的至少一个”、“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的一个或多个”、“a、b或c中的一个或多个”以及“a、b和/或c”可以表示单独的a、单独的b、单独的c、a和b一起、a和c一起、b和c一起、a、b和c一起，以及可选地以上与至少一个其它实体的组合中的任何一个。

在任何专利、专利申请或其它参考文献通过引用并入本文并且(1)以与或者本公开的未并入部分或者任何其它并入的参考文献不一致的方式定义术语和/或(2)以其它方式与或者本公开的未并入部分或者任何其它并入的参考文献不一致，应当以本公开的未并入部分为主，并且其中的术语或并入的公开内容仅应当相对于其中定义该术语和/或最初存在所并入的公开内容的参考文件为主。

如本文所使用的，术语“适于”和“配置”表示元素、部件或其它主题被设计为和/或旨在执行给定的功能。因此，术语“适于”和“配置”的使用不应当被解释为意指给定元素、部件或其它主题仅仅“能够”执行给定功能，而是元素、部件和/或其它主题被具体地选择、创建、实现、利用、编程和/或设计为执行该功能。被陈述为适于执行特定功能的元素、部件和/或其它陈述的主题可以附加地或可替代地被描述为被配置为执行那个功能，反之亦然，这在本公开的范围内。

如本文所使用的，短语“例如”、短语“作为示例”和/或仅仅术语“示例”，在参考根据本公开的一个或多个部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法时，旨在传达所描述的部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法是根据本公开的部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法的说明性、非排他性示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法不旨在限制、必需、或排他/穷举；并且其它部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法(包括结构上和/或功能上相似和/或等同的部件、特征、细节、结构、实施例和/或方法)也在本公开的范围内。

工业适用性

本文公开的井和方法适用于声学无线通信、烃勘探和/或烃生产工业。

据信，上述公开内容涵盖具有独立效用的多个不同发明。虽然已经以其优选形式公开了这些发明中的每一个，但是本文公开和说明的本发明的具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变化是可能的。本发明的主题包括本文公开的各种元素、特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。类似地，在权利要求陈述“一个”或“第一”要素或其等同物的情况下，这些权利要求应当被理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。

据信，以下权利要求特别指出了针对所公开的发明之一的某些组合和子组合，并且是新颖且非显而易见的。可以通过在本申请或相关申请中修正本权利要求或提出新权利要求来要求在特征、功能、元素和/或特性的其它组合和子组合中实施的发明。这些修正后的或新的权利要求，无论是针对不同的发明还是针对相同的发明，无论是与原始权利要求的范围不同、更宽、更窄还是相同，也都被认为包括在本公开的主题内。