大規模散布式地震勘探無線感測網關鍵技術研究

《大規模散布式地震勘探無線感測網關鍵技術研究》是依託北京郵電大學，由別紅霞擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大規模散布式地震勘探無線感測網關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：別紅霞
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

地震勘探數據傳輸技術是野外施工效率的瓶頸。高密度、高精度、深部地震勘探對儀器數據通信能力提出了新的要求。數據量大，及時回收需要高通信速率；勘探範圍大，道數眾多，需要大通信覆蓋範圍，多節點接入。野外儀器的便攜性又要求通信系統尺寸小，功耗低。在野外施工現場不可能架設大功率基站、高天線以支持大範圍、高速率無線通信，設備小的中短距離無線通信速率有限、傳輸距離有限。蓬勃發展的無線感測器網路解決的是小數據量的組網傳輸問題，無法套用於地震儀。目前無線技術還不能作為地震儀數據傳輸的主要手段，嚴重阻礙了無纜化地震勘探的發展。本項目研究構建地震勘探無線感測網的高速率、大覆蓋、低功耗關鍵技術。主要內容包括地震儀節點的高速率低功耗無線接入、基於Mesh的大規模組網拓撲及低功耗自組網路由協定研究，並構建原型系統進行試驗。本項目的研究成果能夠使大規模的地震儀節點可任意散布，快速自組布網，實現數據的實時無線組網回傳。

結題摘要

針對野外地震勘探數據的快速、便捷、實時、無纜化回收需求，本項目基於中短距離的無線通信技術，在不增加大功率無線設備的情況下，研究構建地震勘探無線感測網的高速率、大覆蓋、低功耗關鍵技術，以提高野外地震勘探狀態數據的無線組網“傳”的能力。 項目組組圍繞野外地震勘探無線感測網的感知層、網路層、套用層的關鍵問題，在野外無線通信網路模型及指標分析、地震儀節點無線接入技術、組網技術及套用研究四個方面進行研究，得到了以下重要結果： ①地震勘探感測器網路與隨機通信業務不同， 其數據業務的突發性、並發性及定向數據傳輸需求， 對感測網的底層技術提出了嚴峻挑戰，本項目仿真分析了當前普遍採用的、適用於隨機通信業務的、已有中短距離WiFi通信技術套用於地震勘探數據傳輸的弊端。此項研究結果， 明確了地震勘探無線數據傳輸需要專用的底層通信技術發展方向， 即， 需要適用於地震勘探數據回收業務模型的物理層及接入層標準。 ②適用於地震勘探節點的無線接入技術研究。針對地震勘探數據傳輸業務的特殊性， 項目組提出了改進的MAC機制及分簇調度策略，提出了低功耗MAC機制及適用於地震數據傳輸業務模型的改進方案。研究了物理層的設計技術， 並針對地震數據特點研究LDPC編碼在地震無線數據傳輸中編解碼算法。 ③地震勘探無線感測網組網技術研究。項目組研究了適用於地震節點數據多跳回傳的改進路由協定，針對地震勘探的特殊拓撲，提出了支持百跳接力的地震儀自組網路由，並針對地震儀組網的特殊需求，提出了適用於地震三維勘探的帶狀物理拓撲的路由策略。 ④地震勘探無線感測網套用研究。針對地震勘探大覆蓋範圍組網的需求， 項目組提出了一套快速的級聯節點數據傳輸協定，在提高速度的同時，能夠確保數據傳輸的可靠性。 結合地震儀野外實驗， 項目組實現了地震儀節點的百跳自組網原型系統，能夠實現地震儀狀態數據及部分勘探數據的實時傳輸， 驗證了本項目路由協定的有效性，也證明了本項目提出的多跳數據傳輸協定的高效率與可靠性 本項目的研究成果，揭示了當前適用於隨機數據業務的底層通信技術用於地震勘探無線感測網的不足， 同時解決了構建地震勘探數據無線感測器網路需要的路由協定、數據傳輸協定及接入技術最佳化等關鍵問題， 為進一步發展深部及複雜條件下地震勘探數據的無線自組網回傳提供前沿技術支撐。