網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，屬于石油勘探領(lǐng)域，包括：主節(jié)點(diǎn)，用于接收并下發(fā)上位機(jī)發(fā)送的控制指令，通過向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述控制指令來請求數(shù)據(jù)；以及建立與維護(hù)井下網(wǎng)絡(luò)連接；從節(jié)點(diǎn)，根據(jù)所述控制指令完成對測井?dāng)?shù)據(jù)的采集操作；井下交換電路，用于實(shí)現(xiàn)所述主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)的鏈接以及從節(jié)點(diǎn)間的無順序級聯(lián)。本發(fā)明還公開了一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間指令下發(fā)方法和一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間上傳數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明采用基于TCP/IP面向連接的以太網(wǎng)協(xié)議，且網(wǎng)絡(luò)通信速率為10Mbps/100Mbps兩種，與傳統(tǒng)總線通訊方式相比，在提高通訊的可靠性的基礎(chǔ)上，提升了通訊速率。
【專利說明】網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油勘探領(lǐng)域，特別涉及網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以太網(wǎng)技術(shù)是一種產(chǎn)生較早、使用相當(dāng)廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，最初是由Xerox公司研制而成，并且在1980年由DEC公司和Xerox公司的共同努力下，使之形成規(guī)范。后來，以太網(wǎng)被作為802.3標(biāo)準(zhǔn)為電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)所采納。
[0003]以太網(wǎng)技術(shù)從傳輸速率上來講，可以分為IOMbps標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、IOOMbps快速以太網(wǎng)及IOOOMbps高速以太網(wǎng)。作為早期以太網(wǎng)技術(shù)，IOMbps以太網(wǎng)所使用的是CSMA/⑶(帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問)技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)已難以滿足日益增長的數(shù)據(jù)流量速度需求，1995年3月IEEE宣布了 802.3ul00Base_T快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。由于快速以太網(wǎng)仍是基于CSMA/CD技術(shù)的，所以，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，會造成通信效率的降低，為了彌補(bǔ)這一缺陷，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相配套的交換式以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
[0004]在交換式以太網(wǎng)中，交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射關(guān)系，并將其寫入MAC地址表中。交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定當(dāng)前數(shù)據(jù)幀經(jīng)由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則會以廣播幀的形式向所有端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)主要包括三方面功能:1、學(xué)習(xí)，以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放于交換機(jī)緩存中的MAC地址表中；2、轉(zhuǎn)發(fā)/過濾，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時(shí)，它將被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口上而非所有端口；3、消除回路，當(dāng)交換機(jī)包括一個(gè)冗余回路時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時(shí),允許存在后備路徑。
[0005]此外，以太網(wǎng)可以采用多種連接介質(zhì)，包括同軸電纜、雙絞線及光纖。其中雙絞線多用于從主機(jī)到交換機(jī)的連接；光纖則主要用于交換機(jī)間的級聯(lián)以及交換機(jī)到路由器間的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上；同軸電纜作為早期的主要傳輸介質(zhì)，目前已經(jīng)逐步被淘汰。
[0006]目前，以太網(wǎng)技術(shù)的使用范圍大都局限于商業(yè)領(lǐng)域，這是由于在商業(yè)領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所處的工作環(huán)境良好，在空間上的限制較小，溫度壓力等外部環(huán)境因素對網(wǎng)絡(luò)性能的影響幾乎可以忽略不計(jì)；而在工業(yè)應(yīng)用中，特別在石油測井系統(tǒng)中，其工作環(huán)境往往十分惡劣，高溫、高壓等外部環(huán)境因素往往會對網(wǎng)絡(luò)通信造成毀滅性打擊，同時(shí)，由于石油測井儀器均安裝在密閉狹小的桶狀金屬腔體內(nèi)部，所以，無法像普通的以太網(wǎng)那樣，將所有從節(jié)點(diǎn)都通過雙絞線與單一一臺多端口交換機(jī)進(jìn)行星型連接，以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)平臺的搭建與配置。
[0007]在石油測井過程中，井下工作的各支儀器會對地層信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集與處理工作，這些數(shù)據(jù)從不同方面反映了當(dāng)前地層所具有的特性，是指導(dǎo)石油勘探開發(fā)的重要信息。目前，在石油測井儀器內(nèi)部，遙測短節(jié)主節(jié)點(diǎn)與各井下儀器從節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)通訊的方式仍舊采用傳統(tǒng)的總線通信模式，總線上從節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)有著嚴(yán)格的限制，系統(tǒng)的可擴(kuò)充性很低，同時(shí)，總線技術(shù)傳輸在傳輸速率及傳輸距離上能力有限，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間距離變大時(shí)，會導(dǎo)致傳輸速率的降低，更嚴(yán)重的，將會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間通信的失敗。因此，總線通訊方式無論在傳輸速度、傳輸距離及傳輸可靠性上都遜色于網(wǎng)絡(luò)通信。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)處理方法，用于將以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于測井儀器內(nèi)部通信領(lǐng)域，以構(gòu)建高效可靠的測井局域網(wǎng)。
[0009]本發(fā)明提供了一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，包括:
[0010]主節(jié)點(diǎn)，用于接收并下發(fā)上位機(jī)發(fā)送的控制指令，通過向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述控制指令來請求數(shù)據(jù)；以及建立與維護(hù)井下網(wǎng)絡(luò)連接；
[0011]從節(jié)點(diǎn)，根據(jù)所述控制指令完成對測井?dāng)?shù)據(jù)的采集操作；
[0012]井下交換電路，用于實(shí)現(xiàn)所述主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)的鏈接以及從節(jié)點(diǎn)間的無順序級聯(lián)。
[0013]本發(fā)明還提供了一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間指令下發(fā)方法，包括:
[0014]上位機(jī)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)測井控制命令的命令包；
[0015]主節(jié)點(diǎn)獲取到所述命令包后，對命令包進(jìn)行拆分解碼；
[0016]主節(jié)點(diǎn)循環(huán)讀取所述命令包，并根據(jù)命令類型執(zhí)行相應(yīng)操作。
[0017]本發(fā)明還提供了一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間上傳數(shù)據(jù)的方法，包括:
[0018]在從節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，將主節(jié)點(diǎn)的IP地址及MAC地址作為目的地址，本地從節(jié)點(diǎn)的IP地址及MAC地址作為源地址，將采集到的數(shù)據(jù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包形式并進(jìn)行調(diào)制編碼處理；
[0019]所述處理后的數(shù)據(jù)包發(fā)送至上端臨近的井下網(wǎng)絡(luò)交換電路中，通過井下網(wǎng)絡(luò)交換電路的相應(yīng)端口向目的主節(jié)點(diǎn)逐級傳輸；
[0020]所述數(shù)據(jù)包到達(dá)主節(jié)點(diǎn)后經(jīng)過解調(diào)與解碼操作，還原以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并經(jīng)過TCP/IP協(xié)議的處理，去除附加在原始數(shù)據(jù)上的相關(guān)信息后得到從節(jié)點(diǎn)發(fā)送而來的數(shù)據(jù)。
[0021]本發(fā)明解決了井下儀器內(nèi)部總線通訊距離的限制，打破了原來總線傳輸方式下，整串儀器組合測井最大長度40米的限制，將儀器間最大長度擴(kuò)展為100米，極大地解決了地面調(diào)試過程中，距離對測井結(jié)果造成的影響；其次，由于采用基于TCP/IP面向連接的以太網(wǎng)協(xié)議，且網(wǎng)絡(luò)通信速率為lOMbps/lOOMbps兩種，與傳統(tǒng)總線通訊方式相比，在提高通訊的可靠性的基礎(chǔ)上，提升了通訊速率，使得原來單只儀器大數(shù)據(jù)上傳需要化整為零，分時(shí)分次進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}徹底得到解決。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中網(wǎng)絡(luò)化測井儀器主節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中網(wǎng)絡(luò)化測井儀器從節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中井下網(wǎng)絡(luò)交換電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間指令下發(fā)方法的流程圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間上傳數(shù)據(jù)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例首先解決了井下儀器內(nèi)部總線通訊距離的限制，打破了原來總線傳輸方式下，整串儀器組合測井最大長度40米的限制，將儀器間最大長度擴(kuò)展為100米，極大地解決了地面調(diào)試過程中，距離對測井結(jié)果造成的影響；其次，由于采用基于TCP/IP面向連接的以太網(wǎng)協(xié)議，且網(wǎng)絡(luò)通信速率為lOMbps/lOOMbps兩種，與傳統(tǒng)總線通訊方式相比，在提高通訊的可靠性的基礎(chǔ)上，提升了通訊速率，使得原來單只儀器大數(shù)據(jù)上傳需要化整為零，分時(shí)分次進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}徹底得到解決。
[0029]圖1是網(wǎng)絡(luò)化測井儀器主節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖，主節(jié)點(diǎn)就整個(gè)測井局域網(wǎng)而言，應(yīng)該算作一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，首先，對于測井地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)來說，它是一個(gè)從節(jié)點(diǎn)，用于接收測井地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)下發(fā)的命令包；對于井下以太網(wǎng)絡(luò)而言，一方面，主節(jié)點(diǎn)用于輪詢調(diào)度各以太網(wǎng)從節(jié)點(diǎn)，通過向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令來請求數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與整理工作；另一方面，主節(jié)點(diǎn)用于井下網(wǎng)絡(luò)連接的建立與維護(hù)工作，保證主節(jié)點(diǎn)與各從節(jié)點(diǎn)之間建立穩(wěn)定可靠的點(diǎn)對點(diǎn)連接。主節(jié)點(diǎn)具體包括:
[0030]采集接口模塊，用于接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，以及向上位機(jī)上傳采集到的測井?dāng)?shù)據(jù)及從節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。采集接口模塊采用Cypress公司生產(chǎn)的CY7C026A雙端口RAM芯片。上位機(jī)是測井地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，在測井地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上，安裝有采集軟件，可以通過以太網(wǎng)口向下發(fā)送控制指令。
[0031]以太網(wǎng)控制及主控處理模塊，用于根據(jù)接收到的上位機(jī)控制指令主動鏈接、斷開相應(yīng)的測井儀器從節(jié)點(diǎn)，并在鏈接狀態(tài)下完成測井?dāng)?shù)據(jù)采集。采用Actel公司生產(chǎn)的SmartFusion集成電路芯片。
[0032]物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，用于與從節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸。采用Micrel公司生產(chǎn)的KSZ8041NLJ軍事溫度以太網(wǎng)物理層芯片。
[0033]隔離保護(hù)模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的隔離保護(hù)作用。任何CMOS工藝的集成電路芯片在工作的時(shí)候產(chǎn)生的信號電平總是大于OV的(取決于芯片的制程和設(shè)計(jì)需求)，將PHY輸出信號送到100米甚至更長的地方會有很大的直流分量的損失。而且如果外部網(wǎng)線直接和芯片相連的話，電磁感應(yīng)(打雷)和靜電，很容易造成芯片的損壞。同時(shí)，設(shè)備接地方法不同，電網(wǎng)環(huán)境不同也會導(dǎo)致雙方的OV電平不一致，這樣信號從A傳到B，由于A設(shè)備的OV電平和B點(diǎn)的OV電平不一樣，可能會導(dǎo)致很大的電流從電勢高的設(shè)備流向電勢低的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)變壓器把PHY送出來的差分信號用差模耦合的線圈耦合濾波以增強(qiáng)信號，并且通過電磁場的轉(zhuǎn)換耦合到連接網(wǎng)線的另外一端。這樣不但使網(wǎng)線和PHY之間在沒有物理連接的情況下能夠傳遞信號，隔斷了信號中的直流分量，還可以在不同OV電平的設(shè)備中傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)變壓器本身就是設(shè)計(jì)為耐2KV?3KV的電壓的，也起到了防雷保護(hù)作用。這就是網(wǎng)絡(luò)變壓器的隔離保護(hù)作用。該模塊主要采用Pulse公司生產(chǎn)的lO/lOOBase-T擴(kuò)展溫度網(wǎng)絡(luò)變壓器100B-1001X。
[0034]圖2是網(wǎng)絡(luò)化測井儀器從節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖，具體包括:[0035]隔離保護(hù)模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的隔離保護(hù)作用。主要采用Pulse公司生產(chǎn)的10/100Base-T擴(kuò)展溫度網(wǎng)絡(luò)變壓器100B-1001X。
[0036]物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信所必須的編碼譯碼及同步工作。主要采用Micrel公司生產(chǎn)的KSZ8041NLJ軍事溫度以太網(wǎng)物理層芯片。
[0037]以太網(wǎng)控制及采集處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)對主節(jié)點(diǎn)的操作做出正確的響應(yīng)。主要采用Actel公司生產(chǎn)的軍事級SmartFusion集成電路芯片。
[0038]當(dāng)主節(jié)點(diǎn)下發(fā)一個(gè)采集命令，從節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)接收后，上傳通過片外AD已經(jīng)采集好的片外模擬信息量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。片外AD使用ADI公司的AD7606，該AD芯片是一款 8 通道 AD,與下面的 SmartFusion 芯片的 EMC (external memory controller)接口相連，從而實(shí)現(xiàn)對八道模擬信號進(jìn)行同時(shí)采集，當(dāng)Smartfusion芯片完成模擬信號采集后，可通過EMC接口將采集到的模擬信號數(shù)字量讀出，并通過SmartFusion芯片的網(wǎng)口上傳至主節(jié)點(diǎn)。
[0039]基于TCP/IP協(xié)議的單線程10/100BASE-T以太網(wǎng)測井從節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)化井下儀器中的作用有兩個(gè):1，作為各測井儀器內(nèi)部采集模塊，實(shí)現(xiàn)對測井?dāng)?shù)據(jù)的采集操作；2、在由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，若干從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的測井局域網(wǎng)中，充當(dāng)Server角色,作為網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)單元,根據(jù)主節(jié)點(diǎn)下發(fā)的控制命令執(zhí)行相應(yīng)的操作。
[0040]圖3是井下網(wǎng)絡(luò)交換電路結(jié)構(gòu)圖，具體包括:
[0041]井下網(wǎng)絡(luò)交換電路是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化井下儀器主從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溝通的橋梁。井下網(wǎng)絡(luò)交換電路是實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)儀器鏈接、從節(jié)點(diǎn)儀器間無順序級聯(lián)的重要設(shè)備。
[0042]井下交換電路核心模塊，用于完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能。該模塊工作在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層，在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸，基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能。交換芯片可以“學(xué)習(xí)"MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址的一種核心通訊設(shè)備。該模塊采用Micrel公司生產(chǎn)的軍事溫度以太網(wǎng)絡(luò)交換芯片，該芯片可以再-40°?+125°的溫度環(huán)境中穩(wěn)定可靠地提供網(wǎng)絡(luò)通信所需的交換保障，此外，該芯片功耗很低，能夠滿足在密閉儀器腔體內(nèi)長時(shí)間工作所帶來的熱耗散等問題。
[0043]隔離保護(hù)模塊，用于提供隔離保障。主要采用Pulse公司生產(chǎn)的擴(kuò)展溫度以太網(wǎng)絡(luò)變壓器100B-1001X。
[0044]物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝為幀，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去；接收幀并將幀重新組合成數(shù)據(jù)，傳遞到本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。物理鏈路層接口驅(qū)動模塊能接收所有在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘?，但正常情況下只接受發(fā)送到本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的幀和廣播幀，將其余的幀丟棄；然后，傳送到本地CPU做進(jìn)一步處理。當(dāng)本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，物理鏈路層接口驅(qū)動模塊等待合適的時(shí)間將分組插入到數(shù)據(jù)流中；在接收端，接收系統(tǒng)會通知本地節(jié)點(diǎn)消息是否完整地到達(dá)，如果出現(xiàn)問題，將要求對方重新發(fā)送。該模塊采用Micrel公司生產(chǎn)的KSZ8041NLJ軍事溫度以太網(wǎng)物理層芯片。
[0045]主從節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)使得整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)底層協(xié)議的透傳功能，對于測井地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)而言，需要下發(fā)各支儀器的指令以實(shí)現(xiàn)控制，而井下以太網(wǎng)絡(luò)則是面向連接的點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)。為了保證協(xié)議的透傳機(jī)制，測井地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)可以按照需求采用任何方式將控制信息傳到井下網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)；主節(jié)點(diǎn)作為井下與地面的中繼，對地面下發(fā)的控制指令進(jìn)行二次譯碼，并下發(fā)至各支儀器，同時(shí)，主節(jié)點(diǎn)也承擔(dān)著井下局域網(wǎng)主控節(jié)點(diǎn)的作用，它將井下各從節(jié)點(diǎn)通過TCP/IP協(xié)議及交換電路組織成一個(gè)井下局域網(wǎng)，保證了各指令與數(shù)據(jù)的可靠到達(dá)與回傳，并在傳輸速率及傳輸可靠性上進(jìn)一步得到提升。此外，主從節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行儀器的地面調(diào)試工作，此時(shí)，由于主從節(jié)點(diǎn)間使用的是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，所以，在進(jìn)行地面調(diào)試時(shí)，直接可以用測井地面計(jì)算機(jī)代替網(wǎng)絡(luò)化井下主節(jié)點(diǎn)，連接至井下局域網(wǎng)中，采用TCP/IP協(xié)議直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與讀取，高效快捷，便于系統(tǒng)調(diào)試與平臺驗(yàn)證。
[0046]整個(gè)井下以太網(wǎng)絡(luò)通訊過程，按照數(shù)據(jù)流動方向，可以分為指令下發(fā)及數(shù)據(jù)上傳兩個(gè)過程，將分別就兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)流動進(jìn)行闡述。需要說明的是，只有在某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)請求指令后，才會觸發(fā)該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳流程，即，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)向某一個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令時(shí)，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)收到相應(yīng)指令后，會將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)向主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。
[0047]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間指令下發(fā)方法的流程圖，包括以下步驟:
[0048]步驟401、測井地面系統(tǒng)向井下儀器主節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)測井命令包，網(wǎng)絡(luò)測井命令包被寫入采集接口模塊后，向以太網(wǎng)控制及主控處理模塊發(fā)送一個(gè)寫命令完成中斷，當(dāng)以太網(wǎng)控制及主控處理模塊接收到這一中斷后，立即將存在采集接口模塊中的網(wǎng)絡(luò)測井命令包讀到芯片內(nèi)部緩存中。
[0049]步驟402、當(dāng)主節(jié)點(diǎn)獲取到相應(yīng)的測井命令包后，對命令包進(jìn)行拆分解碼，并獲得網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)的配置信息及從節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息(從節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息十分關(guān)鍵，因?yàn)樗鼘?yīng)了命令包中所含子命令的個(gè)數(shù))。
[0050]步驟403、當(dāng)獲取這一信息后，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊即進(jìn)入一個(gè)循環(huán)調(diào)度的例程中，在例程中，讀取第i條子命令，根據(jù)三種命令類型，分別執(zhí)行相應(yīng)操作。
[0051]當(dāng)?shù)趇條子命令是從節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)操作命令時(shí)，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊會創(chuàng)建一個(gè)Socket用于與第i條指令所對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，當(dāng)完成Socket創(chuàng)建后，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接命令，使得與第i條指令所對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)連接；當(dāng)?shù)趇條子命令是從節(jié)點(diǎn)在線操作命令時(shí)，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊將直接向第i條指令所對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令，請求數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)趇條子命令是從節(jié)點(diǎn)下線操作命令時(shí)，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊將直接向第i條指令所對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送斷開網(wǎng)絡(luò)連接命令，實(shí)現(xiàn)該從節(jié)點(diǎn)的下線出網(wǎng)操作，如果再想與其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，需要重新發(fā)送入網(wǎng)操作命令，待網(wǎng)絡(luò)連接建立后，方可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
[0052]上行傳輸過程是在下行指令到達(dá)網(wǎng)絡(luò)化井下從節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)指令的內(nèi)容，在從節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集后，將采集好的數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)化井下主節(jié)點(diǎn)的過程，該過程的數(shù)據(jù)流走向與下行指令傳輸過程類似。
[0053]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間上傳數(shù)據(jù)方法的流程圖，由于下行指令經(jīng)過各個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換電路過程中，已經(jīng)維護(hù)了一條主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)間的路由通路，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，
[0054]501、在從節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，將主節(jié)點(diǎn)的IP地址及MAC地址作為目的地址，本地從節(jié)點(diǎn)的IP地址及MAC地址作為源地址，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過TCP/IP協(xié)議棧處理，封裝成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包形式，通過RMII接口發(fā)送至物理鏈路層接口驅(qū)動模塊內(nèi)進(jìn)行調(diào)制、編碼處理。[0055]502、完成編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包經(jīng)過隔離保護(hù)模塊發(fā)送至上端臨近的井下網(wǎng)絡(luò)交換電路中，由于在各交換電路內(nèi)部已經(jīng)維護(hù)了一條主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)間的路由通路，所以，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包會很快通過以太網(wǎng)交換電路的某個(gè)端口向目的節(jié)點(diǎn)(即主節(jié)點(diǎn))逐級傳輸而去。
[0056]503、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包經(jīng)過主節(jié)點(diǎn)的隔離保護(hù)模塊到達(dá)主節(jié)點(diǎn)的物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，在該模塊內(nèi)部經(jīng)過解調(diào)與解碼操作，還原以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并通過RMII接口發(fā)送至主節(jié)點(diǎn)的采集控制處理模塊，在主節(jié)點(diǎn)采集處理模塊內(nèi)部，經(jīng)過TCP/IP協(xié)議的處理，褪去附加在原始數(shù)據(jù)上的相關(guān)信息后，即在主節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層得到從節(jié)點(diǎn)發(fā)送而來的數(shù)據(jù)。
[0057]至此，便完成了井下以太網(wǎng)絡(luò)的指令下發(fā)與數(shù)據(jù)上傳全過程。
[0058]本發(fā)明實(shí)施例主要用于實(shí)現(xiàn)各石油測井儀器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點(diǎn)與遙測短節(jié)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)間的高速、高可靠性網(wǎng)絡(luò)化通信功能。遙測短節(jié)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)與各石油測井儀器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點(diǎn)間，通過以太網(wǎng)建立高速、可靠的通訊鏈路，主從節(jié)點(diǎn)間通過井下交換電路進(jìn)行連接，從而形成了一個(gè)緊湊的井下測井局域網(wǎng)。本發(fā)明適用于遙測短節(jié)與各井下儀器之間測井通訊，由于是將最新的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用于石油測井行業(yè)，所以應(yīng)用前景廣泛。
[0059]總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括: 主節(jié)點(diǎn)，用于接收并下發(fā)上位機(jī)發(fā)送的控制指令，通過向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述控制指令來請求數(shù)據(jù)；以及建立與維護(hù)井下網(wǎng)絡(luò)連接； 從節(jié)點(diǎn)，根據(jù)所述控制指令完成對測井?dāng)?shù)據(jù)的采集操作； 井下交換電路，用于實(shí)現(xiàn)所述主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)的鏈接以及從節(jié)點(diǎn)間的無順序級聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述主節(jié)點(diǎn)具體包括: 采集接口模塊，用于接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，以及向上位機(jī)上傳采集到的測井?dāng)?shù)據(jù)及測井儀器從節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)； 以太網(wǎng)控制及主控處理模塊，用于根據(jù)所述控制指令主動鏈接、斷開相應(yīng)的測井儀器從節(jié)點(diǎn)，并在鏈接狀態(tài)下完成測井?dāng)?shù)據(jù)采集； 物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，用于與測井儀器從節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述主節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步包括: 隔離保護(hù)模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的隔離保護(hù)作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述從節(jié)點(diǎn)具體包括: 物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信所必須的編碼譯碼及同步； 以太網(wǎng)控制及采集處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)對主節(jié)點(diǎn)的操作做出正確的響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述從節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步包括: 隔離保護(hù)模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的隔離保護(hù)作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述井下網(wǎng)絡(luò)交換電路具體包括: 井下交換電路核心模塊，用于完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包； 物理鏈路層接口驅(qū)動模塊，用于將要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝為幀并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去；接收幀并將幀重新組合成數(shù)據(jù)，傳遞到本地井下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述井下網(wǎng)絡(luò)交換電路進(jìn)一步包括: 隔離保護(hù)模塊，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的隔離保護(hù)作用。
8.—種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間指令下發(fā)方法，其特征在于，包括: 上位機(jī)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)測井控制命令的命令包； 主節(jié)點(diǎn)獲取到所述命令包后，對命令包進(jìn)行拆分解碼； 主節(jié)點(diǎn)循環(huán)讀取所述命令包，并根據(jù)命令類型執(zhí)行相應(yīng)操作 。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間指令下發(fā)方法，其特征在于，所述根據(jù)命令類型執(zhí)行相應(yīng)操作的步驟具體包括: 當(dāng)所述命令類型是從節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)操作命令時(shí)，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊創(chuàng)建一個(gè)Socket用于與第i條指令所對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，當(dāng)完成Socket創(chuàng)建后，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接命令，使得與第i條指令所對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)連接；當(dāng)所述命令類型是從節(jié)點(diǎn)在線操作命令時(shí)，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊直接向所述命令對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令，請求數(shù)據(jù)； 當(dāng)所述命令類型是從節(jié)點(diǎn)下線操作命令時(shí)，以太網(wǎng)控制及主控處理模塊直接向所述命令對應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送斷開網(wǎng)絡(luò)連接命令，實(shí)現(xiàn)該從節(jié)點(diǎn)的下線出網(wǎng)操作。
10.一種網(wǎng)絡(luò)化測井井下儀器主從節(jié)點(diǎn)間上傳數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，包括: 在從節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，將主節(jié)點(diǎn)的IP地址及MAC地址作為目的地址，本地從節(jié)點(diǎn)的IP地址及MAC地址作為源地址，將采集到的數(shù)據(jù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包形式并進(jìn)行調(diào)制編碼處理； 所述處理后的數(shù)據(jù)包發(fā)送至上端臨近的井下網(wǎng)絡(luò)交換電路中，通過井下網(wǎng)絡(luò)交換電路的相應(yīng)端口向目的主節(jié)點(diǎn)逐級傳輸； 所述數(shù)據(jù)包到達(dá)主節(jié)點(diǎn)后經(jīng)過解調(diào)與解碼操作，還原以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并經(jīng)過TCP/IP協(xié)議的處理，去除附加在原 始數(shù)據(jù)上的相關(guān)信息后得到從節(jié)點(diǎn)發(fā)送而來的數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H04L12/70GK103618656SQ201310624912
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張晗, 王煒, 武向萍, 孫欽濤, 程剛, 楊晶 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)測井有限公司