[实用新型]基于UWB的多跳网络架构的地震数据传输系统

说明书

本实用新型涉及一种基于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。本实用新型具有功率消耗小，数据实时回收，监测范围广，节约人工等突出特点。

技术领域

本实用新型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。