一种数据的传输方法及系统

技术领域

本申请涉及数据传输技术领域，更具体地说，涉及一种数据的传输方法及系统。

背景技术

随着社会的发展，各类数据传输需求日益增加，如视频监控、无人机图像传输等场景中都需要进行大量的数据无线传输。但是无线通信条件复杂、传输距离较远，这给数据的实时可靠传输带来了挑战。如何提高长距离无线数据传输的效率和可靠性成为一个关键技术问题。

现有的长距离无线传输技术中，通常采用直接发送采集到的完整数据帧的方式。但随着传感器分辨率的提升，单帧数据量大幅增加，直接传输整帧数据将产生很大的网络流量，导致网络阻塞、丢包等问题，无法满足实时传输需求。另外重复传输完全相同的数据也极大浪费了网络带宽资源。

中国专利申请，申请号CN202210509820.8，公开日2022年5月11日，公开了基于DMX512协议的编码传输方法、系统、设备及存储介质，本申请包括：设置连接到同一以太网交换机的控制端集群，控制端集群包括一主机和至少一从机，以太网交换机连接并控制灯具组的工作状态；每个控制端基于灯具组的中灯具的连接关系建立一个包括调光参数和控制件状态参数的树状数据表，从机的树状数据表分别基于主机的树状数据表进行数据同步并实时配置对应的控制件的状态；以及控制端按时互发心跳包，未收到主机的心跳包的从机从其他从机中另选主机并进行数据同步。但是本申请直接依赖重复的数据交换与同步来维持系统一致性，数据传输效率有待进一步提高。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的长距离无线传输中传输效率低的问题，本申请提供了一种数据的传输方法及系统，通过发送端进行差异化数据处理与标记等技术，提高了数据传输的效率。

2.技术方案

本申请的目的通过以下技术方案实现。

本说明书实施例的一个方面提供一种数据的发送方法，包括：接收当前帧数据，并建立缓存区；将上一帧数据存储在建立的缓存区中；将当前帧数据和缓存区中存储的上一帧数据进行对比，获得变化数据；根据获得的变化数据设置标记信息，标记信息包含变化数据对应的通道地址；将当前帧数据按预设字节长度拆分成若干数据包；根据设置的标记信息对拆分获得的数据包进行标记；发送标记后的数据包；具体地，本申请通过接收当前帧数据，并与上一帧数据进行对比来获得变化数据，仅对变化数据所在的数据包进行标记，并发送标记后的数据包，由接收方对标记包进行差分更新。本申请能够有效减少无效数据的传输，降低数据冗余度，从而提高了数据的传输效率。

进一步地，将当前帧数据按预设字节长度拆分成若干数据包之前，还包括如下步骤：统计当前帧数据与上一帧数据的比对结果，如果当前帧数据与上一帧数据的对应通道的数据一致，则进行累加操作，并用当前帧数据替换缓存区中的上一帧数据；当累加操作的次数达到预设阈值时，将缓存区内存储的上一帧数据按预设字节长度拆分成若干数据包。

具体地，在将当前帧数据按预设字节长度拆分成若干数据包进行传输之前，还设置了以下降低数据冗余的技术手段：统计当前帧数据与上一帧数据的比对结果，如果当前帧数据与上一帧数据的对应通道的数据一致，则进行累加操作，并用当前帧数据替换缓存区中的上一帧数据；当累加操作的次数达到预设阈值时，判断上一帧数据中存在大量静态冗余数据，则将缓存区内存储的上一帧数据按预设字节长度拆分成多个数据包后发送。设置累加次数达到阈值的条件，在一定统计次数后才确认上一帧确实存在大量静态冗余数据需要发送。避免小量样本导致的误判，增强了统计结果的可靠性。当统计确认上一帧存在大量冗余时，才将其拆分成多个包传输。这种策略可以避免频繁发送大量静态冗余数据，大幅减少传输数据量，提高效率。接收方利用接收到的上一帧冗余数据包来初始化本地存储，为后续帧数据提供差分更新基础，减少接收处理计算。总体上，本申请的设置实现了动态调整数据发送策略，只在确定必要时才发送冗余数据，从而有效减少传输数据量。

本申请通过统计当前帧与上一帧数据的差异情况，动态调整上一帧静态数据的发送策略，在确定上一帧数据存在大量冗余时，才将其拆分成多个包传输。这种方式可以避免频繁发送大量静态冗余数据，有效减少传输数据量，从而进一步提高数据的传输效率。

进一步地，计算变化数据的通道总数N。根据通道总数N来建立相应字节数量的缓存区，用于存储上一帧数据，以供后续帧数据比对差分的需要。该方式可以准确申请适量的存储空间，避免造成内存浪费。通过计算每帧数据中变化数据的通道总数N，并根据N值建立相应字节数量的缓存区用于存储上一帧数据，以供后续帧数据比对差分之需。具体是在执行接收当前帧数据并建立缓存区之后，统计计算当前帧数据与上一帧数据比对的结果，获得变化数据对应的通道总数N；然后根据N值确定需要申请的缓存区存储空间大小，例如每个通道占用2字节，则需要申请2*N字节大小的缓存区；随后将该缓存区用于存储上一帧的数据。通过计算通道变化总数N来动态申请缓存区存储空间，能够准确申请到所需的最小空间，有利于提高存储空间的利用效率，避免因固定配置而造成的内存资源浪费。

进一步地，标记信息还包含数据包的包号。在对差分数据包进行标记时，除了包含变化数据的通道地址外，还标记上该数据包的包号信息。这可以使接收端在获得分包传输的数据后，能够根据包号正确排序、组装并还原整个数据帧，提高数据处理的正确性。数据包含利用LORA模块发送的无线DMX512数据。本申请的数据发送方法适用于包含利用LORA模块发送的无线DMX512数据。具体是，在执行数据发送方法的接收当前帧数据、与上一帧数据比对差分、标记变化数据等过程时，所处理发送的数据为通过LORA无线模块传输的DMX512控制命令数据。LORA无线传输模块可实现长距离、低功耗的无线数据通信。应用该模块实现无线DMX512传输，可以解决有线DMX512系统布线复杂、系统搭建困难的问题，实现灯光、激光等设备的无线智能控制。本申请的数据发送方法能够适用于LORA无线DMX512系统，通过差分比对、标记变化数据等手段提高无线DMX512数据的传输效率。

本说明书实施例的一个方面提供一种数据的接收方法，包括：接收发送的标记数据包，标记数据包包含通道地址和包号作为标记信息；解析标记数据包，根据标记信息判断数据包是否包含变化数据；根据解析结果，对包含变化数据的数据包执行更新处理；根据标记数据包中的包号，按顺序组装恢复原始数据帧。具体地，接收发送的标记数据包，标记数据包包含通道地址和包号作为标记信息；根据标记信息解析数据包，判断数据包是否包含变化数据；则仅对包含变化数据的数据包执行更新处理，以更新存储的上一帧数据；最后，根据标记数据包中的包号按顺序组装，恢复原始完整的数据帧。

相比于直接传输完整数据，该接收方法只对数据发送方根据变化数据标记并传输的数据包进行有选择性地更新处理，可以最大限度地减少无效冗余数据的接收和处理，有效降低数据冗余度，减少接收方的计算和存储资源消耗，从而提高了数据的传输和处理效率。该接收方法与发送方的差分标记传输方法相配合，共同实现了数据传输过程中冗余数据的减少和传输效率的提升，达到降低设备处理成本和传输成本的技术效果。

进一步地，在根据标记信息对包含变化数据的数据包进行处理之前，还包括：根据标记信息判断接收的标记数据包是否存在丢包情况；如果存在丢包情况，向数据发送方发送重新获取数据包的请求；进一步地，根据标记信息对包含变化数据的数据包进行处理，包含：更新存储的上一帧数据中，标记信息中通道地址对应的数据。

根据标记信息判断接收的标记数据包是否存在丢包情况；如果存在丢包情况，向数据发送方发送重新获取数据包的请求。这种机制可以检测分包传输过程中的差错数据，进行重传控制、确保数据的完整性。对包含变化数据的标记数据包的具体处理是：更新存储的上一帧数据中，标记信息中通道地址对应的数据。这是与发送方的差分标记方式相适应的数据更新机制，可以仅更新发生变化的通道数据，避免不必要的数据重计算和存储浪费，提高处理效率。通过设置包检错机制与差分更新处理流程的有机配合，可以在保证数据完整准确的前提下，最大限度地减少数据冗余、提高数据处理与传输的效率。接收端在解析每个标记数据包的标记信息后，会判断该数据包是否顺序正确，从而检测是否存在数据包丢失的情况。判断方法是每个标记数据包的标记信息中都包含一个包编号，接收端会记录并跟踪已收到包的编号。如果当前包编号不连续，表明中间有包编号丢失，即发生了数据包丢失。一旦检测到包丢失，接收端会向发送端发送重新传输指定包编号的数据包的请求。发送端收到该请求后，会重新传输丢失的指定包编号的数据包。接收端收到重传的数据包后，丢包判定和重传请求过程完成。通过这种机制，可以检测到分包传输过程中的差错数据，进行重传控制，从而确保接收端能够得到完整的数据包，提高数据传输的可靠性。

本说明书实施例的一个方面提供一种数据的发送系统，包括：接收模块，接收当前帧数据，并建立缓存区；存储模块，将上一帧数据存储在建立的缓存区中；比对模块，将当前帧数据和缓存区中存储的上一帧数据进行比对，获得变化数据；标记模块，根据获得的变化数据设置标记信息，标记信息包含变化数据对应的通道地址和数据包的包号；处理模块，在将当前帧数据按预设字节长度拆分成若干数据包之前，统计当前帧数据与上一帧数据的比对结果，如果当前帧数据与上一帧数据的对应通道的数据一致，则进行累加操作，并用当前帧数据替换缓存区中的上一帧数据；当累加操作的次数达到预设阈值时，将缓存区内存储的上一帧数据按预设字节长度拆分成若干数据包；发送模块，根据设置的标记信息对拆分获得的数据包进行标记，并发送标记后的数据包。

具体地，本申请由接收模块、存储模块、比对模块、标记模块、处理模块、发送模块组成，其中：接收模块接收当前帧数据，并建立缓存区；存储模块将上一帧数据存储在所建立的缓存区中；比对模块将当前帧数据和缓存区中存储的上一帧数据进行比对，获得变化数据；标记模块仅对变化数据所在数据包进行标记，标记信息包含变化数据对应的通道地址和包号；处理模块则在发送数据之前统计当前帧与上一帧数据差异，动态调整上一帧静态数据的发送策略；发送模块最后根据标记信息仅发送标记数据包。本申请通过上述模块协作，有效减少无效冗余数据的传输，降低了数据冗余度，从而提高了数据的传输和处理效率，达到降低系统总体数据交互与计算成本的技术效果。

本说明书实施例的一个方面一种数据的接收系统，包括：接收模块，接收发送的标记数据包，标记数据包包含通道地址和包号作为标记信息；解析模块，解析标记数据包，根据标记信息判断数据包是否包含变化数据；更新模块，根据解析模块的解析结果，对包含变化数据的标记数据包执行更新处理；组装模块，根据标记数据包中的包号，按顺序组装恢复原始数据帧；请求模块，根据解析模块解析的标记信息，判断接收的数据包是否存在丢包情况，如果存在丢包情况，向数据发送方发送重新获取数据包的请求；更新模块对包含变化数据的标记数据包执行更新处理为将存储的上一帧数据中，标记信息中通道地址对应的数据进行更新处理。

具体地，一种数据的接收系统，包含接收模块、解析模块、更新模块、组装模块、请求模块，通过各模块协同工作，与发送方的差分标记传输方式相配合，实现了接收数据过程中冗余数据的减少和传输效率的提升。其中，接收模块接收发送的包含通道地址、包号标记信息的数据包；解析模块解析标记信息，判断数据包是否包含变化数据；更新模块仅对包含变化数据的标记数据包执行更新，以更新存储的上一帧数据中的对应差分数据，避免不必要的数据重计算和冗余存储；组装模块最终按包号顺序恢复原始完整的数据帧；请求模块在传输错误时要求重传丢失的数据包，确保数据的完整性。该接收系统与差分标记传输系统相适配，通过仅更新和传输标记变化数据，降低了数据冗余度，减轻了接收处理的计算和存储负载，提高了整体的数据传输和处理效率，实现了降低设备部署成本的技术效果。

3.有益效果

相比于现有技术，本申请的优点在于：

(1)发送端对当前帧数据与上一帧的数据进行差异比对，只发送变化数据的技术手段，相比传送完整数据量，大幅降低了需要传输的数据量，减轻了数据传输压力，提高了传输效率；

(2)设置标记信息包含变化数据的通道地址，接收端仅根据该标记信息进行变化数据的组装，无需传输和解析完整数据，简化了处理流程，降低了传输和处理的开销，提高了传输效率；

(3)采用缓存上一帧数据、设置累加阈值进行缓存更新的技术方案，避免了每帧都要传输完整上一帧数据，进一步压缩了传输数据量，减少了网络占用，提高了传输效率。

附图说明

图1为本申请的一种数据的传输方法的示意图；

图2为本申请的一种数据的传输协议的示意图；

图3为本申请的一种数据的传输处理流程的示意图；

图4为本申请的另一种数据的传输处理流程的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本申请作详细描述。

图1为本申请的一种数据的传输方法的示意图，本申请的一个实施方案的结构示意图如图1所示，包括：发射端Tx：发射端Tx采用一根双绞线将支持DMX512协议的控制设备连接到单片机MCU，所述MCU通过SPI接口控制LORA无线通信模块，实现对LORA模块的配置和控制。LORA模块接收到MCU输出的DMX512数据帧后，将其封装成数据包进行无线发送。接收端Rx：接收端Rx中的LORA无线通信模块接收到发射端发送的数据包后，通过SPI接口输出数据给MCU。MCU对数据进行解析，恢复DMX512数据帧的格式，然后通过双绞线将DMX512数据输出到接收设备。通过该实施方案，发射端Tx中的MCU采用SPI总线控制LORA模块发送无线DMX512数据，LORA的低功耗特性确保了无线传输的节能；接收端Rx对无线数据进行解析恢复后输出，完成了DMX512控制命令的无线转发。本申请可以通过LORA无线技术改造实现现有DMX512控制系统的远距离无线控制，扩大系统应用范围。

图2为本申请的一种数据的传输协议的示意图，如图2所示，为了解决多个LORA设备同时工作时数据传输指定性差的问题，设计了一种传输协议识别机制，如图2所示是本申请方案的传输协议，其工作流程如下：在传输前，发射端和接收端均缓存自身的唯一ID识别码。发射端在发送数据前，首先构造数据帧头部，包含接收端的ID识别码，然后连接数据帧的内容部分，最后构成完整的待发送的数据帧。接收端在接收到数据时，先解析数据帧头部的ID识别码，判断是否与自己的ID匹配。若匹配，则继续接收和解析数据帧的内容；若不匹配，则丢弃该数据帧。通过该传输协议机制，发射端和接收端均含有唯一ID码，发射端通过ID码标识数据传输对象，接收端通过ID码校验数据归属，避免了在多个LORA设备广播环境下的数据混乱。确保了指定设备间的数据可靠传输。该协议机制简单可靠，既保证了LORA传输的安全性，又不影响LORA本身的通信优势，可有效解决多设备情况下的定向传输问题。

图3为本申请的一种数据的传输处理流程的示意图，本申请的发射端Tx的数据处理流程如图3所示，具体包括：发射端Tx通过双绞线实时采集DMX512控制设备输出的差分信号。功能强大的RS485收发芯片将差分信号转换为MCU可识别的高低电平数字信号。MCU对RS485转换后的DMX512信号进行解析，获取各通道的数据，并存储为当前帧的数据。将当前帧的数据与缓存区存储的上一帧数据进行比较，判断各通道之间的数据差异。仅将当前帧与上一帧存在差异的通道地址和对应数据取出，记录下变化通道的数量。将变化通道的地址和数据进行数据帧封装后发送至接收端。本申请的具体实施例通过与上一帧数据的差异比对，仅发送变化部分，可大幅降低需要传输的数据量，减轻网络负荷，提升传输效率。接收端只需解析差异更新的数据即可恢复当前帧的完整内容。

本申请的发射端Tx在发送变化通道的数据时，首先判断变化的通道数量是否低于预设阈值n，以此采用不同的传输方式：当变化通道数量≤n时，采用传输方式一：将所有变化通道的数据直接封装入单个数据帧后发送；当变化通道数量大于n时，采用传输方式二：将变化通道数据按每n个通道分包封装成多个数据帧后顺序发送。

其中，预设阈值n的选择考虑了LORA单次传输数据量和传输时长等因素，本实施例中，设置n＝70，那么如图2所示，单个数据帧由6个字节的自定义协议加上210个字节的数据，一共216个字节。这样，当变化通道较少时，可节省传输时间，一次完成发送；当变化通道较多时，采用分包方式控制每个数据包大小，既确保了数据完整性，也避免了单包数据量过大产生的传输问题。接收端仅需按序解析每个数据帧，并根据数据帧中的通道信息进行变化数据的还原，即可恢复完整的当前帧数据。

本申请的发射端Tx在采用传输方式一时，具体的数据处理流程如下：差异比较判断变化通道数量≤70时，触发方式一的单通道传输模式。DMX512协议地址范围为1至512，经差异比较判断，如果变化通道数量≤70个，则触发方式一的单通道传输模式。因为LORA模块以字节为单位传输数据，每个数据帧最大255字节；所以≤70个通道变化只需要发送一帧数据。70个通道变化对应的数据为216字节(70个通道×1字节数据+70个通道×2字节地址+6字节自定义协议＝216字节)，小于255字节，可以一次传输，符合LORA单帧最大255字节的限制。接收端Rx根据该帧数据的自定义协议解析出变化的70个通道地址及数据，完成单帧数据的更新。这样，当变化通道≤70时，通过构造单帧数据的方式可以完成传输，避免多次传输导致的延迟，提高传输效率。

具体的，将变化的DMX通道地址和数据依次封装入单个数据帧。通过SPI总线将封装好的单通道数据帧传输至LORA的缓存队列。最后MCU控制LORA进行无线发送。接收端解析该数据帧，根据通道地址恢复变化数据到对应通道，即完成单次传输。这种单通道封装方式，可以在变化通道较少时一次完成传输，降低通信延迟。2字节地址标记也确保了唯一标识DMX通道。接收端仅解析所需的差异更新即可，简化了处理流程。

本申请的发射端Tx在采用传输方式二时，具体的数据处理流程如下：差异比较判断变化通道数量>70时，触发方式二的全通道传输模式。按方式一，地址和数据共占用3个字节，70个通道已满210字节。加上图2所示的协议头占用，正好达到了216个字节，如果采用方式一，则单帧数据只可传输70个通道的数据。最坏的情况下，整个512通道，则需要(512/70)8次才能发送完，不符合短时间内传输应答的要求；考虑到完整的DMX512数据共有512个通道，为减少传输次数并降低延时，采用如下方式二进行数据包划分和发送：将完整的512通道DMX数据，按每包210字节等分为3个数据包。每个数据包只使用1字节作为包编号进行标记，以尽可能降低每个数据包的总字节数。发送端依次发送这3个包含全部通道数据的数据包。接收端根据包编号标记按顺序接收和处理这3个数据包，并组装恢复完整的512通道DMX数据。这种方式由于采用了3包全通道传输，相比逐个通道发送，可以大幅减少传输次数，从而有效降低数据传输的总延时。接收端根据包编号正确解析和拼接3包数据，即可恢复完整的512通道DMX帧数据。这样，方式二通过控制包大小和减少标记辅助数据的方案，实现了变化通道较多情况下的快速全通道传输，确保了传输效率。

本申请的发射端Tx还设计了方式三的空闲传输模式，以解决DMX数据稳定不变时的传输问题：当检测到DMX输出设备在一段时间内数据无变化时，判定为稳定状态，触发空闲传输模式。此时不再采用仅发送变化通道数据的方式一、二。而是直接按照方式二的全通道传输方案，将当前缓存的上一帧完整DMX512数据进行3包传输。这样，即使在DMX控制信号稳定时，发射端也会周期性发送完整数据作为心跳包。确保后续新接入的接收端LORA设备也可以正常获得当前的全通道DMX512状态信息，保证与先前设备的一致性。从而解决了空闲时无数据传输导致的后续同步问题。通过该空闲传输机制的设计，使发射端在任何状态下都能发送实时可用的数据，完善了数据同步过程，确保了受控设备的一致性，增强了系统的健壮性。

图4为本申请的另一种数据的传输处理流程的示意图，本申请接收端Rx的数据处理流程如图4所示，主要包括以下步骤：LORA模块接收到发射端的调制射频信号后，进行解调以恢复数字数据包。MCU对数据包进行传输协议解析，校验数据包是否合法有效。如果校验通过，则根据数据包中的命令字，进行两种处理方式：当接收端接收到的数据变化通道数量≤70个时，属于单数据包情况。对于这种单通道变化的数据包，接收端在解析标记数据包时，直接从数据包的数据区提取通道地址和变化数据，然后根据通道地址匹配本地存储的上一帧数据，使用新接收到的变化数据直接更新本地对应通道的值，完成对单通道数据的更新处理。例如，接收到标记数据包的变化通道地址为3，新数据为255，则接收端匹配本地存储的上一帧数据中通道3的数据，使用255直接替换掉其原有值，完成通道3的数据更新，无需针对整个帧进行组装处理。这种单通道处理方式简化了数据更新的流程，能够快速高效地完成对变化数据的处理，降低了单通道变化情况下系统的处理负载和时间消耗。如果是完整帧多包数据，则将按包编号顺序的若干数据包存储起来。当接收完成后，提取每个包的payload数据，拼接成完整的DMX512帧数据，并刷新本地存储的全通道数据。最后MCU通过RS485芯片发送恢复的DMX512信号到受控设备。本申请的具体实施例实现了对不同类型数据包的自动识别和解析处理，无论是增量更新还是完整数据，都可以高效准确地进行数据恢复和设备状态更新，确保了接收端与发射端的数据同步性。

本申请接收端Rx在采用方式一单通道传输时，对接收到的数据的处理流程具体如下：接收端解析接收到的数据帧，提取前2字节作为DMX通道地址。根据得到的DMX通道地址，确定需要更新的位在本地完整DMX512帧存储中的位置。然后提取变化的数据字节，将其更新填充到本地帧存储相应通道地址的位上，完成单通道的数据更新。最终，MCU使用串口以DMX512差分信号的形式，将更新后的完整DMX512帧通过RS485芯片发送给后端的DMX接收设备。使DMX设备状态得以按照发射端的变化更新，实现单通道的精确控制。这样，接收端通过解析地址和数据的处理，可以在仅接收到变化的单通道数据情况下，准确快速地完成指定通道的更新和同步，最大化地减少了数据传输量，提高了控制速度和精确度。

本申请接收端Rx在采用方式二全通道传输时，对接收到的数据的处理流程具体如下：接收端依次接收发射端按包编号发送的若干数据包。从每个数据包中提取包编号信息，判断包的发送顺序。按照包编号从小到大的顺序，逐个提取每个数据包中的payload数据。根据包的发送顺序，将提取的多个包的payload数据进行拼接，以恢复完整的512通道DMX帧数据。最终，MCU采用串口以DMX512差分信号的形式，将拼接后的完整DMX512帧通过RS485芯片发送给后端的DMX接收设备。使DMX设备全面更新状态，实现完整帧数据的快速传输。这样，接收端通过包编号解析和payload拼接处理，可以在接收到多包全通道数据时，快速准确地完成帧数据的恢复和设备的全面更新，大幅减少了需要传输的数据量，提高了传输与控制的效率。

以上示意性地对本申请创造及其实施方式进行了描述，对应的描述没有限制性，在不背离本申请的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。附图中所示的也只是本申请创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与对应的技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”对应的元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。