[发明专利]一种基于数据帧格式优化和数据压缩的无线数据采集系统

权利要求书

1.一种基于数据帧格式优化和数据压缩的无线数据采集系统，其特征在于：由现场上位机、远程上位机、多个无线传感设备、Wi-Fi路由器、私有云数据库组成，无线传感设备和现场上位机接入Wi-Fi路由器网络进行通信，无线传感设备和现场上位机通过Wi-Fi路由器与私有云数据库通信，远程上位机通过互联网连接私有云数据库进行通信；该系统运行步骤包括：

步骤1，所述现场上位机输入实验名称、每个无线传感设备的系统时间最小单位，即系统时间每增加1所需要的实际时长、每个无线传感设备的数据帧字节长度L、每个无线传感设备的数据帧最长发送间隔、多个无线传感设备的最大编号、每个无线传感设备的数据通道数目N、第i个通道数据的位数D_i、相邻最大变化量C_i及采样周期T_i，i最大值N，最小值1；

步骤2，所述现场上位机通过Wi-Fi路由器向所述私有云数据库注册所述实验名称，并获取当前未被其他实验使用的唯一实验编号；

步骤3，所述现场上位机确定数据帧格式，包括：根据所述每个无线传感设备的系统时间最小单位计算存储数据帧时间戳所需的最小位数B₁，计算存储步骤2获得的实验编号所需的最小位数B₂，计算存储所述数据帧字节长度所需的最小位数B₃，根据多个无线传感设备的最大编号计算存储无线传感设备编号所需的最小位数B₄，根据所述每个无线传感设备的数据通道数目计算存储数据通道编号所需的最小位数B₅，根据所述每个无线传感设备的数据帧最长发送间隔，计算以所述数据帧时间戳为基准的每个数据的采集时间增量所需的最小位数B₆；

步骤4，所述现场上位机以枚举法列举每个无线传感设备的N个通道是否使用压缩方法的2^N种数据压缩方案，并模拟时间演化过程，即对M个数据帧的写入过程进行模拟，针对数据可用空间与写入数据属性和长度的关系，对压缩和非压缩数据采用不同的空间长度，以创建空间压缩的数据帧；演化至M个数据帧后结束，并得到M个数据帧中所有数据个数Z，选取每个无线传感设备的数据帧利用率最高时对应的数据压缩方案；所述压缩方法分为计算校正量DINC2和更新数据预测增量DINCl两步，

α表示DINCl的更新速率，范围为(0，1]；j表示第i个数据通道的第j次压缩；初始化DINC1₀和CD₀为0；DINC1和DINC2均不超过所述对应第i个通道的数据的相邻最大变化量C_i；

步骤5，所述现场上位机通过Wi-Fi路由器将所述实验名称、实验编号、数据帧格式、数据压缩方案发送至对应的无线传感设备和私有云数据库存储和使用；

步骤6，所述无线传感设备根据接收的数据帧格式和压缩方案，通过Wi-Fi路由器将经过格式优化和数据压缩的数据帧发送至私有云数据库或者现场上位机；

步骤7，所述现场上位机停止无线传感设备数据采集，并注销本次实验对应的私有云数据库中的实验编号；

步骤8，所述远程上位机可以通过连接私有云数据库获取历史数据和所述实验编号、数据帧格式、数据压缩方案等参数，最后进行解压缩和数据使用，所述解压缩步骤包括：

步骤1，判断压缩信息F数值，如果等于2，则进行以下所有步骤；如果等于1，则跳过步骤2；如果等于0，则不需要解压缩数据，跳过步骤2和3；

步骤2，解析得到所述压缩方法的数据预测增量(DINCl)和上一个数据数值(CD)，以此初始化DINC1_j-1和CD_j-1；

步骤3，解析得到数据校正量DINC2_j，利用公式得到解压缩数据CD_j，并更新DINC1_j，

CD_j＝DINC2_j+DINC1_j-1+CD_j-1

DINC1_j＝DINC1_j-1+α·DINC2_j。