[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

说明书

本发明公开了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，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；现场上位机处理用户输入的各类数据帧格式和压缩信息，得到每个无线传感设备的最优数据帧格式和数据压缩方案；无线传感设备按照对应的最优数据帧格式和数据压缩方案，采集、压缩和打包数据，进而传输至私有云数据库或者现场上位机；远程上位机可远程连接私有云数据库获取特定实验名称的历史数据，最终进行数据解压缩和使用。本发明实现了方便的数据采集和管理；并利用工业时序数据的稳定性和时序性，实现Wi‑Fi网络数据帧格式优化和数据压缩，大大提高了数据帧利用率，减轻网络带宽和存储空间的压力。

技术领域

本发明涉及测控领域，具体涉及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。

背景技术

随着制造产业和信息产业的发展，工业现场设备急剧增加，传统的有线数据采集系统面临着布线量越来越大，部署和维修越来越困难；工业规模越来越大，数据采集设备分布越来越广，对数据集中化需求越来越高的问题。Wi-Fi网络具备成本低，带宽高，无线通信等特性，可以较好解决传统有线数据采集系统部署和维修困难的问题；无线传感设备可通过Wi-Fi网络连接互联网，将数据发送至云端，实现了广域数据采集设备的数据集中化。

同时工业现场数据具备以下特点：1)海量性，数据无时无刻产生，并不断增加存储和管理压力；2)多样性，工业现场设备和数据种类多，每个数据通道采样速率差异大，有的达到分钟级，有的达到亚毫秒级；3)稳定性，通道数据变化率不高，突变几率小；4)时序性，每个数据都要带有时间戳。目前国内外提出的压缩算法大多针对大型数据包，对于Wi-Fi网络数据帧类似的小型实时数据帧压缩效果不佳；国内外提出的针对工业现场数据的压缩算法多利用稳定性和时序性，但未考虑工业现场数据的多样性特点和Wi-Fi网络的特点，即1)数据分帧发送；2)较高丢包率，造成了无法使用到Wi-Fi无线通信中。

综上所述，本发明最终解决以下问题：1)传统有线数据采集系统的部署和维修困难；2)数据采集设备分布广，需要实现数据集中化；3)一种适用于Wi-Fi无线通信的工业现场数据帧格式优化和数据压缩方法；4)Wi-Fi数据帧分帧发送，数据采集到发送存在较大时延，需要提高数据实时性。

发明内容

本发明提出了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；本发明可以实现无线传感设备的快速部署和维护，传感数据的集中化管理，以及高效地优化数据帧格式并进行数据压缩。

本发明采用的技术方案如下：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，主要由现场上位机、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(下述各类时间均以此为单位)、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；