[发明专利]大型遥测地震仪高性能数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及地震仪数据传输方法，特别是涉及一种大型遥测地震仪高性能数据传输方法。

背景技术

1、大型遥测地震仪具有海量回传地震数据的特点。随着以太网(Ethernet)技术的日趋成熟与发展，在地震勘探领域，数据采集设备由开始几十道、几百道的小型地震仪发展到现在具备上万道甚至十万道带道能力的高精度大型遥测地震专用网络，其中，采集服务器承担了接收整个地震遥测网络采样数据的任务，在使用十万道仪器持续8秒的数据采集生产过程中，会回传3-4G左右的采样数据，并且基于施工效率和成本的考虑，需要在基本实时情况下将数据无损传输到采集服务器并保存，因此，网卡只有在接收速率基本达到线速(千兆网卡1000Mb/s)，并充分利用数据接收系统网络带宽和实现高速存储才能满足这一需求。在常规网络数据传输中，普遍采用的是TCP/IP(传输控制协议/网际协议)协议。TCP协议是面向连接的、可靠的数据流传输协议，对应OSI模型第四层(传输层)，广泛应用于互联网(Internet)和局域网(Ethernet)的数据传输控制。在数据传输过程中，数据帧的TCP协议头段加入了能够保证数据完整性的多项校验字段与数据帧索引字段，并且融入了大量数据传输应答机制，以保证数据传输安全性，这在互联网远程数据传输过程中有其不可替代的优势，但是面向连接和可靠数据传输的特点是以牺牲大量带宽为代价的，这在相当程度上降低了用户数据的传输效率；IP协议，对应OSI模型第三层(网络层)，其主要应用于互联网数据包路由服务，同时是一种无连接、不可靠传输协议，对于分层架构的遥测地震仪专用网络并没有太多实际应用价值，因此可以看出，TCP/IP协议是无法达到充分利用网络带宽实现高性能存储要求的。

2、现代计算机系统结构普遍采用分层的架构体系，目前比较流行的计算机架构中的网络体系是由网络硬件设备层、驱动层、与设备无关的网络接口抽象层、内核协议层、与协议无关的用户接口层构成，因此，在数据帧到达网络接口设备并向上传递的过程中，避免不了要做各种各样的数据验证、各个协议层对数据帧的拆包与路由处理，所以此过程必然会导致在数据接收过程中效率的下降，无法达到所需要的高效传输速率。

3、以太网高速数据采集的过程，其实质是对网络数据帧的捕获和快速处理，对于此问题的解决方案，比较典型的是国外提出的零拷贝(zero copy)，此项技术首先改造网络接口设备的底层驱动程序，使其能够将网络接口设备接收到的数据直接存放(DMA)映射到应用层的内存空间，再由应用层程序不断轮询读取此缓存空间的内容，此一过程减少了网卡到内核和内核到用户空间的数据拷贝，毋庸质疑，此方法确实提高了网络上捕包的效率，并降低了CPU资源的占用，但此方法也是建立在现代分层的操作系统架构体系之上，而现代计算机硬件设备的模块化、多样化设计使得操作系统在设计之初就已经充分考虑了对底层硬件设备的接口抽象，也即是说无论使用那个厂家的硬件设备，只要其硬件接口和驱动程序符合标准，操作系统内核会以通用的接口方法去操作此类硬件设备，因此操作系统具有统一的与设备无关的抽象接口，然而此项技术改造的基础是以更改硬件设备的驱动程序为前提，也就是跳过操作系统抽象接口直接操作底层硬件设备，而网络接口卡从高端到低端，从型号到厂家每一款都有自己的驱动程序，在应用过程中，对每一款网卡都要实现一次驱动程序的改造，显然是不现实的，同时，在用户层轮询数据时同样会占用CPU相当的资源。