[发明专利]一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统及方法

权利要求书

1.一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统，其特征在于，包括：

多台井下仪器，给每台仪器均添加一个拥有三接口switch芯片的网络板；所述网络板包括第一接口、第二接口、第三接口；所述第一接口和第二接口用于与其他仪器的网络板上的第二接口和第三接口以菊花链的方式连接，所述第三接口与仪器上的接口相连，所述网络板起到交换机的作用，

还包括一网络板0，网络板0的第一接口与长缆遥传系统通过SPI总线相连接，第二接口与其中一台仪器的网络板的第二接口通过以太网相连接，第三接口闲置；所述每台仪器的网络板依次相连，与网络板0一起组成菊花链式网络；

在switch芯片交换表建立后，井下以太网便组网成功，井下仪器和长缆遥传系统通过各网络板上DSP的串行总线与以太网相连，实现井下仪器和长缆遥传系统之间的数据上传与命令下传；

switch芯片采用存储转发来保证帧的无差错传输，其传输延时随数据帧长度而增长，转发延时T_ds由公式(1)表示：

其中L为传输数据总字节数，l为协议开销字节数，m为转发经过switch芯片总数，v为传输速率；当这L字节个数据分为x个帧传输时，转发延时由公式(2)表示：

选择合适的分帧以减少延时，提高传输效率，x取前x-1帧数据长度为最后一帧数据长度为当帧数据长度不足46时补足到46、超过1500时限制在1500；其中多出来的两字节用于在第一帧数据头部通知网络板0此次传输的总帧数。

2.根据权利要求1所述的一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统，其特征在于，包括：

对于有N个井下仪器的测井系统，使用N+1块网络板串联构建以太网络，其中网络板1～N与相应井下仪器相连，网络板0与长缆遥传系统相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统，其特征在于，所述网络板上设置有所述三接口switch芯片、以及DSP芯片，其中switch芯片两个百兆以太网接口用于网络板之间的互联，MAC模块用于与DSP的连接；当所用DSP无MAC模块时，中间添加PHY芯片以及MAC+PHY芯片，用于switch芯片与DSP间的互联，即通过将MAC模块先连接到PHY芯片，然后连接到MAC+PHY芯片，最后连接到DSP芯片；当所用DSP有MAC模块时，使用MAC到MAC的直连。

4.根据权利要求1所述的一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统，其特征在于，

在数据上传时，井下仪器n将数据通过串行总线发送给对应网络板n，网络板n通过这个菊花链式的以太网络将数据发送给网络板0，最后由网络板0转发给长缆遥传系统，命令下发时传输方向与之相反。

5.根据权利要求1所述的一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统，其特征在于，

采用多switch的菊花链结构，不同网络板上DSP之间数据传输均经过switch芯片传输，即使最近的两个网络板传输也需要经过两个switch芯片，switch芯片采用存储转发来保证帧的无差错传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于以太网的深地勘探井下高速数据传输系统，其特征在于，

网络板之间数据传输使用以IEEE802.3以太网帧，网络板0与长缆传输系统采用SPI总线连接，其他网络板与各井下仪器采用串行总线连接。

7.一种基于权利要求1-6之一的系统进行深地勘探井下高速数据传输方法，其特征在于，包括如步骤：

步骤1.上电后，各网络板0～N自检、配置三接口switch芯片、通过串行总线请求连接对方信息并存储；

步骤2.接收长缆遥传系统通过SPI总线下发的查询指令后，网络板0发送以太网广播帧询问仪器状态；网络板1～N收到该广播帧后给接口板0发送以太网帧回复井下仪器信息；网络板0收到信息后转发给长缆遥传系统；该过程结束后各网络板switch芯片交换表建立完成，且网络板0存储各帧收发延时，延时最短判定为来自网络板1，次之为网络板2，以此类推直到网络板N；

步骤3.接收长缆遥传系统通过SPI总线下发的配置指令后，网络板0发送以太网帧将配置信息分发给网络板1～N；网络板1～N接收后通过串行总线转发配置指令给井下仪器；

步骤4.接收长缆遥传系统通过SPI总线下发的启动指令后，网络板0发送以太网广播帧开启数据采集；网络板1～N收到该广播帧后通过串行总线启动井下仪器采集，开始接收其数据并存储；短暂延时后，网络板0向网络板1发送以太网帧请求数据传输并告知中间switch芯片数目，网络板1通过将存储数据经计算后分帧发送至网络板0，网络板0接收该数据的同时添加仪器信息转发给长缆遥传系统；网络板1数据传输结束后，网络板0再依次向网络板2、网络板3…网络板N请求数据，最后再回到网络板1形成循环；在此期间网络板0接收并分析长缆传输系统下发的命令，将命令转发给相应井下仪器所连接的网络板，最后通过串行总线发送给井下仪器；

步骤5.接收长缆遥传系统通过SPI总线下发的关闭指令后，网络板0发送以太网广播帧停止数据采集；网络板1～N收到该广播帧后通过串行总线通知井下仪器停止数据采集，结束与井下仪器数据传输；等待下一次的启动指令或结束本次数据采集。