無線數據採集網絡的製作方法
2023-04-26 22:56:16 2
專利名稱：無線數據採集網絡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線數據採集網絡。
本發明主要涉及一種地震傳感器的無線網絡。
本發明尤其涉及裝備有衛星定位系統的地震傳感器的網絡。
背景技術：
本發明特別地應用於油田探測領域，在這個應用領域，布置在地球表面的地震傳感器被用來接收由地震源(振蕩器或爆炸)發出波的反射波，處理這些反射波以建立所要探測的地表下的地圖，指示其拓撲結構。
但是，本發明不限於油田探測的特定領域，可以應用於任何應用無線數據採集網絡的領域。
本領域的專業人員知曉實現一個無線數據採集的網絡的設備。
對於數據採集網絡由一系列地震傳感器組成的情形，傳統地和經常地，這些設備是由通過電線或電纜以組群的方式相連，並接到網絡中的一個「節點」的傳感器組成。一般地，這些節點以組群的方式圍繞在一個「集中器」周圍，一組節點及其「集中器」組成一個子網，集中器和節點間用電線連接。該集中器在本地管理節點子網，為節點提供能源併集中數據。集中器用電線連接於一個本地數據網絡，該本地數據網絡連接到中央處理單元，中央單元處理驅動所有設備，並存儲來自子網的數據。
這些常用的方案被本領域普通技術人員熟知，將不在以後詳述。但是，要知道這些解決方案需要大量的、很長的電纜，而且電纜在現場是很難移動和安裝的。這裡提供的無線數據獲取網絡顯示出了優越性，但是它們也存在缺陷，例如在參考文獻(美國專利/專利申請)US2004/0121786中的例子。
在實踐中，由於網絡的每個節點與網絡的其它節點間不存在物理的連接，節點就不能通過電線或電纜獲得能量供應。因而，各個節點的能量就只能在充分自主的情況下通過電池裝置供應。
而且，必須在網絡的每個節點上提供參考時間的裝置，並使每個節點能夠得知該參考時間，並且在節點間保持同步，且能夠以良好的時間精度來獲取數據。顯然，這裡就不需要用電線或電纜來連接節點。
參考文獻US2004/0121786公布了一個包括無線數據通信和獲取網絡的設備，特別應用於地震傳感器的網絡。
在本文件中，為了耗費最小的能量，在網絡節點上獲取的數據被傳送到鄰近節點，並且重複步驟，直到數據到達其目的地。這種數據傳輸技術被稱為多跳，它被使用著是因為將數據從網絡中任一節點傳輸到不在其鄰近位置的接收器所消耗的能量小於直接傳輸到該接收器所需能量。在地震傳感器網絡的情形，接收器是一個集中器。在本文件中，更進一步，可以通過安裝在每個節點上的GPS系統使得每個節點可以獲知參考時間。
在採用這個多跳技術的無線數據獲取網絡中，提供在網絡不同節點間傳輸數據的方法是最基本的。參考文獻US2004/0121786提供了數據從其宿主節點傳輸到其接收方的路由方式，這個過程是隨機和自組織的。
在這種方式的路由中，網絡的節點傳輸自己的數據並且轉發其它節點的數據，經常遇到擁塞的情形。在實際情況中，包含用來在節點間路由等概率數據的相對少量的節點的網絡沒有被優化，而且，在地震應用的情形，由於在節點接收數據的接收機是集中器，該集中器附近的節點就特別容易遭受到擁塞。
為了克服影響某些節點的擁塞問題，參考文獻US2004/0121786公布了一個路徑權衡的方案，即利用在不同的可能路徑的不同概率，防止擁塞的節點接收更多數據。
但是，顯然，這不充分，特別是在地震應用情形，對那些用於位於集中器附近的節點，這裡會有數據宿主節點與其接收機之間增加某些路徑長度的影響，使得數據處理時間相應地增加。
因此，無線數據採集網絡的功能必須得到增強，特別是在地震傳感器網絡的應用環境中。
發明內容
本發明的上述目的是通過一個數據採集設備來實現的，該數據採集設備包括含有一組節點的無線網絡，每個節點包括用於發送和/或接收和/或轉發數據和/或指令的發送器和接收器，以及一個衛星定位系統，其特徵在於，每個衛星定位系統包含用來提供特定數據的裝置，所述特定數據用於-相對於公共參考時間對數據進行時間標記；-以一種完美的受控方式組織對無線網絡的訪問，並且-在網絡內部路由數據和/或指令。
本發明的目的還可通過包含一組節點的無線網絡中採集數據的方法來實現，所述方法包括以下步驟-從至少一個網絡中的節點發送和/或接收和/或轉發數據和/或指令，所述節點包括一個發送器和一個接收器；-從網絡的每個節點中的衛星定位系統提供特定數據；-相對於公共參考時間對數據進行時間標記；-以一種完美的受控方式組織對無線網絡的訪問，並且-在網絡內對發送和/或接收和/或轉發的數據和/或指令進行路由。
通過閱讀以下參照附圖所作的對非限制型實施例所作的詳細描述，，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯。
圖1顯示了在根據本發明的設備中的一種裝置；圖2顯示了根據本發明的包括一組節點的無線網絡；圖3顯示了一個在操作階段與圖2類似的無線網絡。
具體實施例方式
圖1顯示了用於本發明的一種裝置。當安裝在根據本發明的設備中時，該裝置形成一個無線網絡的節點。
裝置100包括至少一個信號傳感器110、111、112，其中的每個傳感器110、111、112與一個相應於120、121、122的模數傳感器相連，模數傳感器的功能在於將上述至少一個傳感器110、111、112感應的反射波轉換為數字形式的數據，為與模數轉換器相連的裝置提供了包含時間戳信息的模數轉換器生成的所述數字數據。在地震應用的情形，裝置100被放置於地面或深入地下，地震傳感器110、111、112的作用是採集由地震源發出的波的反射波。
裝置110還包括一個衛星定位系統(或者GPS)，以提供相對於本地地理位置參考的傳感器的位置，典型地，對地震應用來講，1米左右的相對精度就足夠了，衛星定位系統還提供全局時間，典型地，對地震應用來講，1微秒左右的精度就足夠了。
裝置100進一步包括一個無線發送器140和一個無線接收器150，一方面，發送由地震傳感器110、111、112採集的數據，另一方面，接收和/或轉發由任何網絡中位於諸如裝置100的另一個裝置上的傳感器採集的數據。發送器140和接收器150分別包括天線141和151。
裝置100還包括一個用於存儲由傳感器110、111、112或由位於另一個數據採集裝置，即另一個網絡節點上的傳感器所採集的數據的存儲裝置(未示出)和一個用於控制存儲裝置的不同子裝置110、120、130、140、150的正確操作，以及特別用來管理這些不同子裝置之間的信息的交換的控制器(未示出)。
在裝置100中所包含的裝置的集合是用一個獨立的電池經由一個連接系統(未示出)來供電。一個合適的裝置可提供給可充電的電池160。
在實際應用中，有必要使用可充電的電池，因為有許多不同的裝置100的子裝置需要消耗電能，特別是衛星定位系統。更進一步，在地震數據採集的情形，這個地震的效應就傾向於相對更快了，因而要加快相對的測量的頻率以跟上這些效應的趨勢。因此，就需要經常頻繁地為不同的子裝置饋電，這相應地限制了電池的自主程度。現在，電池的工作時間至少需要達到1個月，但今天還不是這樣的情況。
地震數據採集是基於統計方法的，即傳感器必須接收大量時間的由位於確定地點的地震源發出的波，使得連續測試可以被重複，因而可以用來獲得地下底層的清晰的圖像。因為這個方法基於對震波在地震源和裝置100的傳感器110、111、112之間傳播的時間的測量，對這個測量來講，具有良好的時間精度是很基本的。為此，安裝在每個節點上的衛星定位系統給網絡中所有節點提供了參考時間，使得可以為地震數據的採集精確地進行時間標記，典型地，測試的時間特性若是在10微秒左右，而信號源以及傳感器的位置的精度在1米左右就足夠了。
圖2顯示了一個無線數據採集網絡，其中包括一組節點，每個節點是圖1中所示的一個裝置100。
在地震領域的一個應用情形，該網絡還包括，一個集中器200，其功能是集中所有由節點發送和/或接收和/或轉發的數據，並通過其向網絡節點發出指令的方式組織整個網絡。發送器140和接收器150也被用來從集中器200傳輸指令到節點100。在恰當的地方，該集中器200也可以作為本地地理位置參考點為網絡的所有節點服務。在所有情形中，集中器200的位置必須被精確地得知，例如通過包含在集中器200內的衛星定位系統來得知。
網絡的不同節點間的數據和/或指令的傳輸模式，是由集中器200以可控方式來組織的。
更具體地，因為網絡的節點的衛星定位系統130包括用來獲知節點100和集中器200在網絡中相對於本地參考點的位置的裝置，還包括用來確定全局時間的裝置，集中器200也知曉這個全局時間，集中器200知道相對於其自己節點的位置(方向，距離)，聯繫到公共參考時間，便在每個事件時刻，得知具有指令和/或數據的節點及其數量。
因此，集中器200就可以以一種受控的方式組織對無線網絡的訪問，組織數據和/或指令的路由，組織發送器140以及每個節點100的接收器150的操作的時間順序。對此，網絡中的每個節點100被分配了其間它必須發送的時隙，其間它必須在節點的存儲裝置中保留信息的時隙，以及其間它必須接收一個或多個其它節點生成的指令和/或數據的時隙，所述信息包括由傳感器110，11，112採集和由模數轉換器120、121、122生成的指令和/或數據或由其它節點生成的數據。
通過這種以受控的方式組織的數據傳輸，節點的擁塞就被最小化了，從數據在一個傳感器上測量起，直至到達接收器的處理時間也被最小化了。這樣，該設備就被整個的優化了。
而且，在節點不進行發送或接收的時隙中將節點轉換到等待狀態，這樣，在這個時隙裡，電池只消耗可忽略的電能，這就增強了其自主工作的能力。可以理解，這個優點直接與本發明相關，因為在已公布了的以往技術中，隨機和自組織的傳輸模式要求網絡的所有節點都能夠在任何時刻發送和/或接收和/或轉發數據和/或指令。
如前所述，其間節點被轉換到等待模式的時隙，是指令和/或數據被存儲到節點的存儲裝置的時隙，該存儲裝置優選地為循環的緩存器，其自然可以用來存儲數據和/或指令，但還可以通過節點100的衛星定位系統130所提供的全局時間，為數據和/或指令進行時間標記，這樣的存儲可以根據存儲深度在時間上回溯到某個點上，該存儲器可以為發送器140提供預存儲的兩個預先定義的日期。
本發明的傳輸模式還可以用來以受控方式，組織用於兩個節點間數據跳躍的無線頻率。
圖3顯示了一個與圖2相似的無線數據採集網絡，其中圓圈300代表網絡的一個節點100發送的，和傳輸節點100採集的和/或由節點100轉發的指令和/或數據的波的範圍，這個波300可以到達多個位於網絡的其它節點的接收器，但是，為了按階段將數據導至最終的接收器，僅將數據傳輸給它們中的一個是有用的。
為此，組織網絡的集中器200就用來控制由節點100發出的波的無線電頻率，並將該無線電頻率指定給節點400的接收器450，用於接收數據。同時，集中器200檢查所有的位於節點100所發送的波的範圍內的其它節點對這個無線電頻率來講這些節點是透明的。這是可能的，因為節點間相互的相對位置及集中器的位置是明確知道的。數據傳輸的空時控制可以阻止不同節點間的任何數據衝突。
本發明不限於上述實施例，特別地，裝置100隻包含一個天線141，或若要考慮作為發送器140和接收器150的公共天線151，那麼該裝置就要包括一個開關。
用於為網絡的不同節點定位的本地地理參考位置可以是由集中器提供，特別是在地震應用中，但這一目的也可以採用單獨的儀器來實現。
在裝置100上實現的衛星定位系統可以是GPS系統，但也可以考慮其它裝置。
本發明不限於在地震領域的應用，其中集中器組織和集中數據，但也可以擴展到任何具有相似精神的領域。特別地，一個網絡的節點交換數據，並且該數據的接收器是網絡中的另一個節點，這與本發明一致，上面公布的數據傳輸的受控組織是由節點自主處理的。
最後，根據本發明的節點的無線網絡不限於數據採集系統，但可以擴展到任何通信系統。
權利要求
1.一種包括無線網絡的數據採集設備，包括一組節點(100)，每個節點(100)包含用來發送和/或接收和/或轉發數據和/或指令的一個發送器(140)和一個接收器(150)，還包含一個衛星定位系統(130)，特徵在於，每個衛星定位系統(130)包含用來提供特定數據的裝置，該特定數據是用來-相對於公共參考時間對數據進行時間標記；-以完美的方式組織對無線網絡的訪問，並且-以完美的方式，通過其它網絡節點，組織對來自一個網絡節點的數據和/或指令到接收器之間的路由。
2.根據權利要求1的數據採集設備，其特徵在於，每個衛星定位系統(130)包含用來提供用於以一個受控的方式組織一個發送器(140)和每個節點(100)的接收器(150)的操作的時間序列的特定數據的裝置。
3.根據前述任一項權利要求的數據採集設備，其特徵在於，每個衛星定位系統(130)包含用來提供用於以一個受控的方式組織在分別位於網絡的不同節點(100)和(400)的一個發送器(140)和一個接收機(450)之間分配特定無線電頻率的特定數據的裝置。
4.根據權利要求3的數據採集設備，其特徵在於，包括，一個集中器(200)，用於以一種受控的方式，基於衛星定位系統提供的特定數據來組織對無線網絡的訪問，組織生成的數據和指令在該網絡內的路由，組織一個發送器(140)和每個節點(100)的接收器(150)的操作的時間序列，和組織在分別位於該網絡的不同節點(100)和(400)的一個發送器(140)與接收器(450)之間分配特定無線電頻率。
5.根據前述任一項權利要求的數據採集設備，其特徵在於，一個節點(100)包括至少一個傳感器(110，111，112)，至少一個用於轉換所述來自至少一個傳感器(110，111，112)的數據的模數轉換器(120，121，122)，以及與模數轉換器(120，121，122)相關聯地用於將時間標記信息與所述數據相聯結的裝置。
6.根據前述任一項權利要求的數據採集設備，其特徵在於，所述與節點(100)相關聯的衛星定位系統(130)包括用來在網絡內為節點(100)相對於本地參考地理位置來定位的裝置，以及確定全局時間的裝置。
7.根據權利要求6的數據採集設備，特徵在於，所述本地參考地理位置是通過該集中器(200)上的衛星定位系統的裝置來確定的。
8.根據前述任一項權利要求的數據採集設備，特徵在於，每個節點(100)包含一個數據存儲裝置。
9.根據權利要求8的數據採集設備，特徵在於，所述數據存儲裝置是一個存儲器，其中存儲有所述衛星定位系統(130)提供的特定數據，所述來自節點(100)的至少一個模數轉換器(120，121，122)的數據，和來自網絡的其它節點的數據和/或指令。
10.一種數據採集裝置，其特徵在於，該數據採集裝置為根據前述任一項權利要求所述的數據採集設備的節點(100)。
11.在包括一組節點的無線網絡內採集數據的方法，所述方法包括如下步驟-發送和/或接收和/或轉發來自至少一個網絡節點(100)的數據和/或指令；-提供來自位於每個網絡節點(100)上的衛星定位系統(130)的特定數據；-相對於公共參考時間為數據進行時間標記；-以完美的受控方式來組織對該無線網絡的訪問，並且-以完美的受控方式來組織由一個網絡節點，通過其它網絡節點，所發送和/或接收和/或轉發的數據和/或指令到一個接收器的路由。
12.根據權利要求11的方法，其特徵在於，還包括以下步驟-以一個完美受控的方式組織一個發送器(140)和每個節點(100)的接收器(150)的操作的時間序列的；
13.根據權利要求12的方法，其特徵在於，還包括以下步驟-分配其間網絡節點(100)必須發送數據和/或指令的時隙，；-分配其間網絡節點(100)必須接收數據和/或指令時隙；-分配其間網絡節點(100)必須轉換到等待模式的時隙。
14.根據權利要求11至13中任一項的方法，其特徵在於，還包括以下步驟-以一個受控的方式組織為分別位於網絡的不同節點(100)和(400)中的一個發送器(140)和一個接收機(450)分配特定無線電頻率。
15.根據權利要求11至14中任一項的方法，其特徵在於，還包括以下步驟存儲該衛星定位系統(130)提供的特定數據和/或來自一個節點(100)的至少一個模數轉換器(120，121，122)的數據和/或來自該網絡的其它節點的數據和/或來自該網絡的其他節點的指令。
全文摘要
本發明涉及一種用於採集數據的設備、方法和裝置，該設備包括一個包含一組節點(100)的無線網絡，每個節點(100)包含用來發送和/或接收和/或轉發數據和/或指令的一個發送器(140)和一個接收器(150)，以及一個衛星定位系統(130)，其特徵在於，每個衛星定位系統包括提供特定數據，以一種完美的受控方式組織對無線網絡的訪問，並且在網絡裡路由數據和/或指令的裝置，該特定數據用於相對於一個公共參考時間對數據進行時間標記。
文檔編號H04M11/00GK1905394SQ200610109048
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月28日 優先權日2005年7月28日
發明者讓-保羅·梅納爾, 雅克·哈莫, 皮埃爾·薩戈 申請人:舍塞爾公司