СПОСОБ СВЯЗИ В СЕТЕВОМ СЕГМЕНТЕ СВЯЗИ
METHOD FOR COMMUNICATION IN NETWORK SEGMENT OF COMMUNICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Областью техники, к которой относится настоящее изобретение, является передача данных, проходящих по цепочке устройств. Более точно, изобретение относится к адаптации к изменению топологии сети из-за обрыва линии или отказа, изменения планировки или исключения оборудования.
Уровень техники
Изобретение относится к сети связи, в которой данные обеспечиваются устройствами и в которой узлы обмениваются данными по проводной линии. Изобретение может быть реализовано в сети связи для систем сбора сейсмических данных, в которых узлы соединяются с сейсмическими датчиками. В настоящей заявке сейсмические датчики, расположенные на поверхности Земли, принимают последовательности сейсмических волн, являющихся результатом излучения в землю сейсмического источника. В результате обработки этих отражений может быть построена карта предполагаемой подпочвы. Настоящее изобретение полезно для отрасли разведки нефти с использованием сейсмических способов.
Однако изобретение не ограничивается конкретной областью отрасли разведки нефти и может использоваться в любой системе сбора данных, в которой данные, собранные каждым узлом в сети, передаются и принимаются другими узлами, используя проводные линии.
В случае систем сбора данных, содержащих сейсмические датчики, эти устройства соединяются вместе, образуя связки, и подключаются к электронному блоку, называемому "узлом". Эти узлы обычно располагаются в линиях и управляются устройствами, также называемыми "концентраторами". Набор из множества узлов, ограниченный концентраторами на каждом конце, называется "сегментом". Сегмент также может заканчиваться узлом. Каждый концентратор локально управляет связью на сегменте и обеспечивает подачу электропитания на узлы. Концентраторы связываются с центральным блоком, который управляет всеми устройствами и централизует данные, передаваемые по сети связи.
Когда устройства размещены и соединены, они выключены. Активация каждого блока выполняется последовательно включением электропитания в соответствии с подачей электрического напряжения. Вслед за включением электропитания, устройство активируется и посылает обратно сигнал на устройство, которое обеспечивает его электропитание, то есть, на предыдущее устройство, причем этот сигнал итеративно подается в направлении начала сегмента. Концентратор, расположенный в начале сегмента, принимает кадр, соответствующий каждому включению узла, и может, таким образом, подсчитывать количество узлов, присоединенных к этому сегменту. Если передается идентификатор каждого узла, то концентратор может также идентифицировать каждый узел в этом сегменте. Концентратор затем посылает новый сигнал активации и новое устройство включается. Эти операции повторяются до тех пор, пока не будет найден конец сегмента или не будет достигнут другой концентратор. Чтобы включить всю сеть, каждый узел включается индивидуально и затем данные могут проходить через этот узел и достигать остальной части сегмента. Описанная выше процедура приводит в результате к этапу инициализации, требующему значительного времени для включения сети.
Суперкадр определяется как добавление кадра управления, последовательных кадров данных и символа окончания суперкадра, причем размер суперкадра фиксируется в максимальном значении отсчетов узла, указанном для системы.
Документ EP 1087240 раскрывает систему сбора сейсмических данных, соответствующую предшествующему уровню техники. Как также раскрыто в документе EP 1087240, такая сеть может содержать много концентраторов, соединенных с еще большим количеством узлов. В любое время операторы могут отключать некоторые кабели, чтобы устанавливать новые узлы или концентраторы: топография сети может часто меняться. Более того, кабели могут частично или полностью обрываться из-за напряжений за счет воздействия окружающей среды, разрывая, таким образом, связь с некоторыми участками некоторых сегментов. Чтобы решить эту проблему, было предложено реализовать систему сбора данных в основной линии сбора данных (содержащей сегменты), соединенной с вторичной поперечной линией, также соединенной с центральным блоком. Использование основной и вторичной поперечной линии позволяет организовывать контура и создавать многочисленные пути прохождения данных. Таким образом, топография с контурами может помочь избежать проблем с передачей при обрыве линий. События, влияющие на топографию сети, могут возникать часто, поэтому необходимо иметь сеть, топография которой динамично управляется и которая способна в любое время обнаруживать обрывы и передавать данные другими путями. В некоторых регионах после ночного снижения активности сеть (кабель или устройство) могут повреждать грызуны. Продолжительность перезапуска сети может занять многие времени, иногда несколько часов. Это время дорого стоит для операторов.
Задачи изобретения
Изобретение по меньшей мере в одном варианте осуществления специально направлено на преодоление этих различных недостатков, присущих предшествующему уровню техники.
Более конкретно, задача по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в обеспечении способа связи для адаптации к обрывам кабелей и неисправностям линий. Предложенный способ связи непрерывно управляет гибкими каналами и изменениями топологии сети.
Сущность изобретения
Конкретный вариант осуществления изобретения предлагает способ связи в сети связи, содержащий множество промежуточных устройств, формирующих заданный сегмент связи, заканчивающийся оконечным устройством и первым концентратором. Промежуточные устройства этого сегмента соединяются, самое большее, с двумя другими устройствами из числа упомянутых промежуточных устройств, оконечным устройством и концентратором, причем два других устройства называются предыдущим устройством и последующим устройством. По меньшей мере одно промежуточное устройство принимает данные от предыдущего устройства и передает, по меньшей мере, эти данные последующему устройству, обеспечивая прохождение данных по сегменту. Первый концентратор сегмента инициализирует передачу первого кадра данных через сегмент на оконечное устройство; оконечное устройство посылает обратно на первый концентратор через сегмент символ, инициирующий передачу второго кадра данных.
В основном, суперкадр определяется добавлением кадра управления, последующих кадров данных и символа окончания (конец суперкадра EOSF).
Способ связи содержит следующие этапы, выполняемые по меньшей мере промежуточным устройством сегмента, на которых: принимают первый символ EOSF от предыдущего устройства промежуточного устройства, причем этот этап приема запускает этап передачи символа WAIT на предыдущее устройство и этап передачи по меньшей мере первого символа EOSF на последующее устройство.
В результате, при обрыве проводной линии связи с последующим устройством устройство быстро информируется посредством остановки обнаружения символа WAIT и оно может посылать эту информацию концентратору, управляющему сегментом.
В соответствии с первой реализацией, передача символа WAIT проводится периодически с длительностью промежутков менее первого определенного периода. Таким образом, предыдущее устройство постоянно информируется о прохождении связи.
В соответствии с другой реализацией, периодическая передача символов WAIT прерывается приемом данных, отличных от символов WAIT от последующего устройства. Таким образом, передача символа WAIT сохраняется до тех пор, пока предыдущее устройство не дождется приема данных, и затем передача останавливается.
В соответствии с другой реализацией, отсутствие приема символов WAIT устройством от его последующего устройства в течение второго определенного периода запускает конфигурацию, в которой упомянутое устройство становится оконечным устройством сегмента. Таким образом, происходит динамичное управление при любом изменении топологии.
В соответствии с другой реализацией, второй определенный период является по меньшей мере большим или равным удвоенному первому определенному периоду. Таким образом, при этом отсутствие приема символа WAIT эффективно обнаруживается.
В соответствии с другой реализацией, второй концентратор помещается на другом конце заданного сегмента связи. Таким образом, все узлы или концентраторы сегмента располагаются между двумя концентраторами и могут посылать информацию обратно на первый концентратор в начало сегмента.
В соответствии с другой реализацией, данные содержат определенное поле, которое получает приращение при прохождении данных через устройство сегмента, так что его значение представляет диапазон действия каждого устройства в сегменте. Таким образом, каждое устройство может отмечать свое присутствие на сегменте и может быть размещено в заданном сегменте связи. Кроме того, каждое устройство информируется о присутствии всех других устройств сегмента.
В соответствии с другой реализацией, значение определенного поля модифицируется, независимо от направления передачи данных, так что каждый узел знает свой диапазон действия в заданном сегменте связи, в каком бы направлении ни передавался суперкадр через сегмент.
В соответствии с другой реализацией, каждое устройство содержит по меньшей мере два средства связи для передачи данных последующим устройствам, причем данные передаются по меньшей мере двумя средствами связи, такими как различные кабели, увеличивая, таким образом, эффективность передачи данных через сегмент.
В соответствии с другой реализацией, способ связи содержит этап, на котором промежуточное устройство осуществляет передачу последующему устройству, используя только одно средство связи, пока устройство принимает символы WAIT от этого последующего устройства во время последнего цикла кадра, этап, на котором устройство передает последующему устройству, используя по меньшей мере два средства, когда устройство не принимает никакой символ WAIT от этого последующего устройства во время последнего цикла кадра. Таким образом, если проводная линия оборвана, устройство пытается достигнуть последующего устройства по другой проводной линии.
В соответствии с другим вариантом, изобретение предлагает команды управляющей программы для реализации этапов раскрытого выше способа, когда упомянутая программа выполняется на компьютере или на центральном блоке.
В соответствии с другим вариантом, изобретение предлагает постоянный считываемый компьютером носитель, на котором хранится программа, которая, когда выполняется компьютером или центральным блоком, заставляет компьютер или центральный блок выполнять этапы раскрытого выше способа.
В соответствии с другим вариантом, изобретение предлагает устройство связи, реализованное в сети связи, содержащей множество устройств, образующих заданный сегмент связи, причем по меньшей мере одно устройство сегмента соединяется, самое большее, с двумя другими устройствами, называемыми предыдущее устройство и последующее устройство, причем упомянутое устройство связи имеет первое средство связи для обмена данными с предыдущим устройством, и второе средство связи для обмена, по меньшей мере, этими данными с последующим устройством, позволяя прохождение данных по сегменту. Средство связи принимает первый символ EOSF от предыдущего устройства, этот прием активирует передачу символов WAIT первым устройством связи предыдущему устройству и передачу по меньшей мере первого символа последующему устройству вторым средством связи.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества вариантов осуществления изобретения будут понятны из последующего описания, предоставленного в качестве иллюстративного и не создающего ограничений примера, и приложенных чертежей, на которых:
фиг. 1 - пример системы сбора данных, содержащей проводную сеть связи;
фиг. 2 - блок-схема узла, соответствующего варианту осуществления;
фиг. 3 - примерная последовательность данных, передаваемая по сегменту для пояснения основных этапов способа связи, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - примерная последовательность данных, передаваемая по сегменту, когда обнаруживается обрыв линии в соответствии с вариантом изобретения.
Подробное описание
На всех чертежах настоящего документа идентичные элементы и этапы обозначаются одним и тем же числовой ссылочной позицией.
На фиг. 1 представлена система сбора данных, такая как сеть, используемая например, в сети сбора сейсмических данных, где узлы обмениваются данными по проводной линии или посредством беспроводной связи. В соответствии с этим вариантом осуществления, сеть связи содержит узлы 2, которые соединяются с одним или несколькими сейсмическими датчиками 7, и концентраторы 1. Набор из множества узлов, ограниченный концентраторами на каждом конце, называют сегментом 5. Узел 2 может также завершать сегмент 5'. Концентраторы 1 осуществляют связь с основным центральным блоком U.C 3, который управляет всеми устройствами 1, 2 и централизует данные, переданные по сети связи. Каждый концентратор локально управляет связью на своем сегменте и обеспечивает источник питания для узлов. Основной центральный блок 3 собирает все данные от сейсмических датчиков 7 через узлы 2 и концентраторы 1.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления на основе проводной системы, физически, сегмент с проводной линией связи содержит 2 пары проводов: первая пара предпочтительно используется для передачи данных, например, по протоколу полудуплекса, и две пары обеспечивают подачу электропитания на подключенные устройства сегмента. Специалисты в данной области техники должны понимать, что способ не ограничивается двумя парами для связи. В случае беспроводной системы узлы с помощью беспроводной связи соединяются друг с другом средством радиосвязи, такой как, в частности, Wi-Fi, Bluetooth, радиопередача, …. Сеть связи может использоваться на суше или на море, в последнем случае UC 3 обычно находится на борту судна.
На фиг. 2 представлена блок-схема узла 2. Такое устройство содержит центральный процессор 10, выполняющий компьютерную программу, считываемую из программной памяти 11, и обрабатывающий данные, хранящиеся, например, в памяти 12 данных, флэш-памяти или на жестком диске. Узел 2 имеет первый интерфейс 13 ввода-вывода для связи через линию 14 по меньшей мере с одним предыдущим узлом 2А, или концентратор 1 в начале сегмента. Узел 2 имеет второй интерфейс 15 ввода-вывода через линию 16 для связи по меньшей мере с одним из последующих узлов 2В, или концентратор 1 в конце сегмента 5. Узел 2 содержит также входной порт 17 для приема сигнала от одного или более датчиков 7. Подача электропитания обеспечивается по проводной линии 14 или 16. Пример устройств электропитания и передачи данных описывается в документе FR 2938928.
Концентратор 1 содержит элементы, подобные узлу 2, в дополнительными элементами, такими как третий интерфейс связи для соединения с большой полосой пропускания через поперечную линию, что позволяет быструю передачу данных к основному центральному блоку 3. В целом, узел и концентратор являются устройствами связи, содержащими, по меньшей мере, центральный процессор (CPU), выполняющий компьютерную программу, и средство связи для приема данных и передачи данных.
Сеть, описанная на фиг. 1, постоянно изменяется в зависимости от добавления и удаления узлов и связанных с ними датчиков и обрывов линий или отказа беспроводной связи. Изменения обнаруживаются на уровне сегмента концентратором. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, концентратор инициализирует передачу кадра данных, который распространяются через все устройства сегмента и который возвращается обратно с набором информации, собранной от узлов. Обрабатывая принятую информацию, концентратор 1 может, в частности, определить топологию своего сегмента.
На фиг. 3 представлена примерная последовательность данных, передаваемых по сегменту, для пояснения основных этапов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Сначала суперкадр данных под названием "HD-Up" передается концентратором 1 (слева на фиг. 3) через проводную линию 14, суперкадр "HD-UP" распространяется через сегмент. Суперкадр HD-Up содержит, по меньшей мере:
- идентификатор суперкадра HD-Up (первые байты суперкадра),
- несколько полей данных для инициализации связи в сегменте,
- символ окончания суперкадра, "End Of Super Frame" (EOSF).
Суперкадр делится на временные слоты и посылается на первый узел N1. Суперкадр принимается первыми интерфейсом 13 ввода-вывода узла N1. Содержание суперкадра сохраняется в памяти 12 данных узла. После приема символа EOSF узел N1 активирует модуль, хранящийся в памяти 11 программы, чтобы периодически посылать символы WAIT через первый интерфейс 13 ввода-вывода. Передачи символов WAIT к концентратору 1 ведутся с интервалами, продолжительностью меньшей, чем первый определенный период, обычно 10 миллисекунд. Таким образом, концентратор периодически принимает данные от последующего устройства и может сделать вывод, что проводная линия находится в рабочем состоянии.
Затем узел N1 передает суперкадр HD-Up последующему узлу N2, используя второй интерфейс 15 ввода-вывода и проводную линию 16. В соответствии с конкретным вариантом осуществления, суперкадр HD-Up обогащается информацией, конкретной для каждого пройденного узла, эта информация идентифицирует узел. Первый узел N1 принимает суперкадр HD-Up и извлекает данные, полезные для его работы. Первый узел N1 посылает суперкадр HD-Up на последующий узел с полем новых данных с помощью своего второго интерфейса 15 ввода-вывода. Поле новых данных содержит индикатор присутствия узла N1 на сегменте. Как правило, первое поле данных содержит разряд, который инициализируется как "1" узлом N1. Второй узел N2 принимает суперкадр с помощью своего первого интерфейса 13 ввода-вывода и извлекает данные, полезные для своей работы. После приема символа EOSF узел N2 активирует модуль, хранящийся в его программной памяти 11 для периодической передачи символов WAIT на первом интерфейсе 13 ввода-вывода. Символы WAIT, посланные от N2,, принимаются узлом N1 по линии связи. Узел N2 также модифицирует поле, указывающее диапазон действия каждого устройства в сегменте. Например, концентратор, посылающий суперкадр, инициализирует это конкретное поле со значением "000", тогда каждый узел, принимающий суперкадр, считывает его значение и добавляет одну единицу к этому значению, прежде чем снова послать суперкадр. В конце прохождения суперкадра через сегмент значение определенного поля соответствует количеству узлов этого сегмента. Таким образом, анализируя множество полей данных, чтобы найти свободное поле, каждый узел знает свой ранг в заданной последовательности узлов.
В конце сегмента второй концентратор C' принимает суперкадр HD-Up. В ответ на прием HD-Up, С' создает суперкадр HD-Down с внутренними данными. Если С' не способен послать назад суперкадр HD_Down в первую паузу после приема символа EOSF, С передает символы WAIT. Последний узел сегмента, управляемого С, принимает суперкадр HD_Down. Прием первого байта HD-Down останавливает периодическую передачу символов WAIT. HD_Down посылается назад на узел N1 и узел N2 становится недействующим, то есть, он больше не посылает данные. Таким же способом, как для HD-Up, суперкадр HD-Down также содержит определенное поле, указывающее диапазон действия каждого устройства в сегменте.
Наконец, концентратор С принимает суперкадр HD-Down. Считывая значение определенного поля, C знает количество узлов в его сегменте.
В соответствии с вариантом осуществления, поля данных записываются с идентификатором каждого узла. Это позволяет конкретно указывать узел, когда концентратор хочет послать ему команду.
Если нет концентратора, чтобы закончить сегмент 5', последний узел не знает, что он последний. Он посылает HD_Up и ожидает приема символа WAIT от последующего узла. Если символ WAIT не появляется в течение, по меньшей мере, заданного периода, например, двойной длительности между двумя передачами символов WAIT, этот узел определяет себя как последний узел сегмента. В частности, таймер с определенной длительностью запускается при передаче данных на средстве связи и когда заданная длительность проходит, если средство связи не приняло данных, то узел рассматривается как последний. В этом случае, он посылает суперкадр HD_Down на первом интерфейсе 13 ввода-вывода и затем останавливает свою передачу символов WAIT; при этом он действует как описанный выше второй концентратор C'.
В случае обрыва линии во время передачи суперкадра HD_Up или HD_Down, узел не принимает никаких символов WAIT и поэтому определяет себя как последний узел. Таким же образом, этот узел посылает суперкадр HD_Down на первом интерфейсе 13 ввода-вывода и затем он останавливает передачу символов WAIT.
После передачи суперкадров HD_Up и HD_Down концентратор в начале сегмента инициализирует другие суперкадры, проходящие через сегмент. Таким образом, результаты измерений, выполненных сейсмическими датчиками, могут быть получены в любое время.
На фиг. 4 представлена примерная последовательность данных, передаваемых по сегменту, когда в проводной системе происходит обрыв линии. Специалист в данной области техники должен понимать, что этот пример может легко быть перенесен на беспроводную систему, например, заменив линии частотами передачи.
В соответствии с этим вариантом осуществления, линии 14 и 16 содержат две пары линий для связи и для подачи электропитания. Что касается связи, то пары являются избыточными и достаточно только одной пары, чтобы передать данные: режим связи называется "Xb" и в нем устройства передают и принимают данные по двум парам линий одновременно и этого режима предпочтительно избегают с точки зрения расхода электроэнергии, так как такие устройства, как узлы, не имеют собственного источника электропитания. В варианте осуществления устройства передают данные по одиночной паре, называемой "предпочтительной" в соответствии с режимом связи, названным "X", даже если они могли бы также передавать данные по двум парам (режим Xb) или только по другой паре. В примере, показанном на фиг. 4, сегмент содержит концентратор C и три узла, последовательно обозначенных как N1, N2 и N3. Узел N3 соединяется с предадущим узлом N2.
При инициализации связи в сегменте, как показано на фиг. 4.а, концентратор C передает узлу N1 кадр HD_Up в режиме Xb, данные передаются по двум портам связи для диалога с N1. Концентратор соединяется с внешней батареей (или другим источником электропитания) и может вести передачу по его двум портам связи. При инициализации сегмента узлы N1, N2 и N3, которые питаются от C, передают кадр HD_Up последующему узлу, используя две пары линий связи (то есть, режим Xb). На фиг. 4.a-4.i связь между двумя устройствами с помощью режима Xb показана двумя входящими и исходящими стрелками, режим X связи показан одиночной стрелой. Чтобы упростить чертежи, передача символов WAIT не показана. При инициализации сегмента узел N3 не знает, что к нему не присоединен никакой другой узел и что он является конечным узлом сегмента. По этой причине он пытается достигнуть соседнего узла в режиме Xb.
На фиг. 4.b представлен возврат кадра HD_Up в виде HD_Down. Узел N3 обнаруживает, что он не принял данных, посланных последующим узлом, поэтому узел N3 устанавливается в конфигурации оконечного узла и посылает обратно кадр HD_Down. Узлы N1 и N2 дополняют и передают кадр HD_Down на концентратор C в режиме X.
На фиг. 4.с показана передача концентратором C нового кадра HD-UP в сегменте. Узлы N1 и N2 передают этот кадр в режиме X, поскольку в предыдущем цикле они обнаружили соседний узел. Узел N3, который не обнаружил реакции от последующего узла по одной паре линии, проверяет, может ли он достигнуть устройства в режиме Xb. N3 передает кадр HD_Up в режиме связи Xb с помощью другого интерфейса ввода-вывода.
По другому интерфейсу ввода-вывода никакие данные не принимаются, поэтому N3 все еще рассматривается как оконечный узел сегмента и посылает обратно кадр HD_Down, как показано на фиг. 4.d. Узлы N1 и N2 передают HDJDown в режиме связи X концентратору С.
Когда на предпочтительной паре между N1 и N2 происходит обрыв линии, как показано на фиг. 4.е, прохождение кадра HD_Up по сегменту останавливается сразу после N1 и N2 не принимает этот кадр. N1 не принимает никаких символов WAIT на его интерфейсе ввода-вывода связи с другим портом связи и конфигурирует себя в режиме оконечного режима.
N1 в качестве нового оконечного узла возвращает кадр HD_Down по его предпочтительной паре, как показано на фиг. 4.f. Кадр HD_Down принимается в режиме X концентратором С.
На фиг. 4.g показана передача концентратором С нового кадра HD_Up к узлу N1. Поскольку в предыдущем цикле никакой сосед не обнаружен, N1 передает новый кадр HD_Up в режиме Xb, чтобы попытаться достигнуть N2 по всем линиям. N2 принимает кадр HD_Up по другой паре и полагает, что это теперь способ связи с его предыдущим узлом. Он передает кадр HD_Up узлу N3 в режиме связи X.
На фиг. 4.h представлена передача узлом N3 кадра HD_Down узлу N2 в режиме связи X. Узел N2 передает кадр HD_Down узлу N1 по другой паре, то есть, паре, по которой принят кадр HD_Up от узла N1. N1 обнаруживает прием кадра HD_Up по его другой паре и делает вывод, что это не оконечный узел сегмента. Кадр HD_Down наконец принимается концентратором С.
На фиг. 4.i показана передача концентратором C нового кадра HD_Up узлу N1. N1 передает кадр в режиме протокола Xb, но кадр принимается узлом N2 только по одной паре. N2 передает кадр HD_Up узлу N3 в режиме связи X.
Кадры HD_Down и HD_Up, таким образом, передаются через сегмент от одного конца до другого конца, несмотря на частичные обрывы линий.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на представленные варианты осуществления, оно никоим образом не ограничивается этими вариантами осуществления. Следует, конечно, заметить, что к реализации изобретения применимо любое средство навигации, эквивалентное кнопкам направления.