大规模散布式地震勘探无线传感网关键技术研究

地震勘探数据传输技术是野外施工效率的瓶颈。高密度、高精度、深部地震勘探对仪器数据通信能力提出了新的要求。数据量大，及时回收需要高通信速率；勘探范围大，道数众多，需要大通信覆盖范围，多节点接入。野外仪器的便携性又要求通信系统尺寸小，功耗低。在野外施工现场不可能架设大功率基站、高天线以支持大范围、高速率无线通信，设备小的中短距离无线通信速率有限、传输距离有限。蓬勃发展的无线传感器网络解决的是小数据量的组网传输问题，无法应用于地震仪。目前无线技术还不能作为地震仪数据传输的主要手段，严重阻碍了无缆化地震勘探的发展。本项目研究构建地震勘探无线传感网的高速率、大覆盖、低功耗关键技术。主要内容包括地震仪节点的高速率低功耗无线接入、基于Mesh的大规模组网拓扑及低功耗自组网路由协议研究，并构建原型系统进行试验。本项目的研究成果能够使大规模的地震仪节点可任意散布，快速自组布网，实现数据的实时无线组网回传。

针对野外地震勘探数据的快速、便捷、实时、无缆化回收需求，本项目基于中短距离的无线通信技术，在不增加大功率无线设备的情况下，研究构建地震勘探无线传感网的高速率、大覆盖、低功耗关键技术，以提高野外地震勘探状态数据的无线组网“传”的能力。.项目组组围绕野外地震勘探无线传感网的感知层、网络层、应用层的关键问题，在野外无线通信网络模型及指标分析、地震仪节点无线接入技术、组网技术及应用研究四个方面进行研究，得到了以下重要结果：.①地震勘探传感器网络与随机通信业务不同， 其数据业务的突发性、并发性及定向数据传输需求， 对传感网的底层技术提出了严峻挑战，本项目仿真分析了当前普遍采用的、适用于随机通信业务的、已有中短距离WiFi通信技术应用于地震勘探数据传输的弊端。此项研究结果， 明确了地震勘探无线数据传输需要专用的底层通信技术发展方向， 即， 需要适用于地震勘探数据回收业务模型的物理层及接入层标准。.②适用于地震勘探节点的无线接入技术研究。针对地震勘探数据传输业务的特殊性， 项目组提出了改进的MAC机制及分簇调度策略，提出了低功耗MAC机制及适用于地震数据传输业务模型的改进方案。研究了物理层的设计技术， 并针对地震数据特点研究LDPC编码在地震无线数据传输中编译码算法。.③地震勘探无线传感网组网技术研究。项目组研究了适用于地震节点数据多跳回传的改进路由协议，针对地震勘探的特殊拓扑，提出了支持百跳接力的地震仪自组网路由，并针对地震仪组网的特殊需求，提出了适用于地震三维勘探的带状物理拓扑的路由策略。.④地震勘探无线传感网应用研究。针对地震勘探大覆盖范围组网的需求， 项目组提出了一套快速的级联节点数据传输协议，在提高速度的同时，能够确保数据传输的可靠性。.结合地震仪野外实验， 项目组实现了地震仪节点的百跳自组网原型系统，能够实现地震仪状态数据及部分勘探数据的实时传输， 验证了本项目路由协议的有效性，也证明了本项目提出的多跳数据传输协议的高效率与可靠性.本项目的研究成果，揭示了当前适用于随机数据业务的底层通信技术用于地震勘探无线传感网的不足， 同时解决了构建地震勘探数据无线传感器网络需要的路由协议、数据传输协议及接入技术优化等关键问题， 为进一步发展深部及复杂条件下地震勘探数据的无线自组网回传提供前沿技术支撑。