一种地震数据长距离传输方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种地震数据长距离传输方法及系统，包括ＡＮＸ５８０２芯片，ＦＰＧＡ，一对双绞线；相邻两个采集站通过双绞线连接，双绞线通过ＡＮＸ５８０２芯片与ＦＰＧＡ连接，ＦＰＧＡ内由一个发送状态机和两个接收ｂｕｆｆｅｒ组成，两个ｂｕｆｆｅｒ分别前级双绞线和本级采集站ＣＰＵ连接，发送状态机连接后级双绞线；该系统的数传速率可以达到４０Ｍｂｐｓ，从而使单线带道能力可以达到２０００道＠２ｍｓ，比当今主流仪器提高了一倍，传输距离达到２２０米，降低了数传中继所需要的成本，采用ＦＰＧＡ实现数据的转发，降低了ＣＰＵ的工作强度，降低了采集站的功耗，提高了数据传输的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用长距离以太网传输方法的大型地震仪器交叉站和采集站之 间野外数据长距离传输的地震数据长距离传输方法及系统。
技术介绍
美国IO公司的系统4仪器，其数据通道的两对双绞线均采用了 485传输模式，传 输速率最高为16Mbps，数传距离110m。法国SERCEL公司最新的428仪器，交叉站和采集站之间采用双绞线电缆连接，数 传速率为16Mbps，数传距离55m。而我们在设计当中使用了长距离以太网物理层芯片ANX5802后，数传速率可以达 到40Mbps，数传距离220m。ANX58xx完全兼容IEEE802. 3协议的物理层部分。通过符合IEEE802. 3协议的自 协商机制，ANX58xx可以自动选择IOBase-TUOOBase-T或100Base-FX的工作速率，可以自 动选择全双工或是半双工模式。在全面兼容IEEE802. 3协议自协商机制的基础上，ANX58xx为支持多种长距离传 输模式，对现有的自协商机制进行了合理的扩展。ANX58xx利用IEEE802. 3协议第28章规 定的相关寄存器组中的预留部分，设置相关的控制信息，使得ANX58XX可以自动识别对端 设备是否具有长距离传输特性。如果对端设备也支持长距离模式的以太网收发，则双方设 备进行自动协商，并根据线缆的长度和质量，自动选择适合的传输模式和通信速率。如果对 端设备是普通的以太网收发器，则ANX58xx自动选择与之兼容的工作模式。同时，ANX58xx 可在普通以太网收发模式的基础上，将传输距离提高30 %。ANX58xx之所以能够支持如此长距离的数据传输，主要得益于硅谷数模公司将 D-PHY IOG系列产品的自适应DSP处理技术和高性能AD/DA成功的引入到以太网物理层传 输领域，从而使传输距离得以大幅度延伸。另外，ANX58XX提供的自动线缆纠错功能使得该产品能够自动识别线缆反接错误， 包括发送/接收反接(Auto Crossover)和线缆正负反接(Auto Polarity Correction)，并 能自动纠正错误，无需用户介入；同时，ANX58XX具备独有的线缆长度计算功能，为用户提 供线缆故障检测和定位功能。当线缆出现故障，导致设备不能工作的时候，这一功能可以迅 速向用户报告线缆故障的位置，以及可能导致故障的原因，极大地方便了用户地故障定位 和排除。在MAC层接口方面，ANX58xx支持RMII、SMII、SS-SMII、DDR-SMII四种缩减管脚的 MII接口，用户可以通过相应的管脚配置方便地选择需要的接口形式，以便与各种MAC无缝 对接。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用长距离以太网传输方法的大型地震仪器交叉站和 采集站之间野外数据长距离传输的地震数据长距离传输方法及系统。满足未来地球物理勘探向大面积、高密度发展的要求。本专利技术所述的地震数据长距离传输系统包括ANX5802芯片，FPGA，一对双绞线；相 邻两个采集站通过双绞线连接，双绞线通过ANX5802芯片与FPGA连接，FPGA内由一个发送 状态机和两个接收buffer组成，两个buffer分别与前级双绞线和本级采集站CPU连接，发 送状态机连接后级双绞线。采集站数据转发过程 (1)ANX5802芯片为长距离以太网物理层芯片，用作双绞线的信号驱动和信号均 衡。在双绞线数据传输过程中，数传的方向为单向，靠近交叉站方向的前一级采集站，既要 转发远离交叉站的后一级采集站的地震数据，还要将自己收集的地震数据发往交叉站，越 靠近交叉站大线上传输的数据越多，要求的传输速率也就越高，在2000道@2ms施工时，不 包括数据帧的帧头、帧尾、CRC校验的纯地震数据额外开销传输速率要求达到达24Mbps ；(2)FPGA为每个采集站实行硬件转发数据包的数据传输结构件，双绞线上的数据 按帧发送和接收，帧长度为固定值，FPGA内的发送状态机会轮流检查两个buffer，当任意 一个buffer中放满一帧数据时，就会被发送状态机选中发往后级采集站；(3)每一级采集站在收到后一级采集站传递过来的数据包后，都由FPGA把数据包 接收下来，然后对数据包进行包头的重新整理转发给前一级采集站；同时本级采集站收集 的地震数据由CPU打包后发送给FPGA，由FPGA在转发后一级采集站数据包的间隔插入到数 据传输的链路中一起发送给前一级采集站。数据包采用“前导位+帧头描述+数据+CRC”的方式形成，本地数据包在发送出去 的同时在本地做数据缓存，当交叉站监测到数据包的CRC错误时，可以通过重传命令要求 对缓存的本地数据进行再次发送。每一个采集站负责收集四个地震通道的数据，数据传输采取5802转发模式，数据 传输方向为单向。采集站将四个地震通道的数据整理打包后，一级一级汇总到交叉站，经过 交叉站转发到主机，从而实现大线上数据的传输。基于长距离以太网物理层的地震数据传 输方案只应用于采集站到交叉站这一阶段。专利技术的效果该方案的数传速率可以达到40Mbps，从而使单线带道能力可以达到2000道@2ms， 比当今主流仪器提高了一倍，能够满足未来地球物理勘探向大面积、高密度发展的要求，并 且使野外施工更加方便灵活。另一方面，该方案还突破了采用传统以太网技术的仪器传输距离不得超过110米 的限制，在40Mbps的数传速率下，传输距离可以达到220米，大大降低了数传中继所需要的 成本。同时因为采用了底层FPGA实现数据的转发功能，把地震数据传输过程中工作量 最大的数据收发任务由硬件来完成，大大降低了 CPU的工作强度，从而降低了采集站的功 耗，大大提高了数据传输的可靠性。附图说明图1地震数据传输示意图。 图2采集站数据转发示意图具体实施方式长距离以太网物理层芯片作为地震数据传输的信号驱动，借鉴以太网的思想，利 用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现以太网物理层的数据 转发，避免了传统以太网利用两对双绞线进行数据传输的方法，仅使用一对双绞线完成地 震数据的传输。大线数据传输过程描述。相邻两个采集站通过220米大线(双绞线)连接，每一个采集站负责收集四个地 震通道的数据。数据传输采取5802转发模式，每一级采集站都通过自身5802将数据转发 给下一级采集站(如图1所示)，数据传输方向如图1箭头所示。采集站将四个地震通道的 数据整理打包后，一级一级汇总到交叉站，经过交叉站转发到主机，从而实现大线上数据的 传输。基于长距离以太网物理层的地震数据传输方案只应用于采集站到交叉站这一阶段。采集站数据转发过程描述。采集站数据转发过程如图2所示，ANX5802为长距离以太网物理层芯片，在这里我 们用它作大线的信号驱动和信号均衡。在大线数据传输过程中，数传的方向为单向。前一 级采集站(靠近交叉站方向的采集站)既要转发后一级采集站(远离交叉站的采集站)的 地震数据，还要将自己收集的地震数据发往交叉站，所以越靠近交叉站大线上传输的数据 越多，要求的传输速率也就越高。在2000道@2ms施工时，纯地震数据(不包括数据帧的帧 头、帧尾、CRC校验等额外开销)传输速率要求达到达24Mbps。基于上述结构分析，我们在每个采集站用FPGA实行了硬件转发数据包的数据传 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地震数据长距离传输系统，其特征在于：包括ＡＮＸ５８０２芯片，ＦＰＧＡ，一对双绞线；相邻两个采集站通过双绞线连接，双绞线通过ＡＮＸ５８０２芯片与ＦＰＧＡ连接，ＦＰＧＡ内由一个发送状态机和两个接收ｂｕｆｆｅｒ组成，两个ｂｕｆｆｅｒ分别前级双绞线和本级采集站ＣＰＵ连接，发送状态机连接后级双绞线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武杰，姜耕，孔阳，易碧金，曹俊文，孙崇海，高华，刘婉会，卢涛，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]