多设备多生理参数同步装置、方法及离线采集装置、方法

技术领域

本发明涉及生物信息技术领域，尤其涉及一种多设备多生理参数同步装置、方法及离线采集装置、方法。

背景技术

多模态生理参数的采集设备的工作机理是：当采集设备的内部时钟源累计到一定次数后触发一次信号测量，即完成本次测量数据的处理。而当多个多模态生理参数的采集设备，尤其是通过无线传输形式的采集设备之间，由于采集设备工作在各自的时钟源下，这些时钟源两两之间本身就有固有时钟偏差，导致在相同的自然时间内，设备间触发的测量次数会出现偏差。在对这些数据进行分析时，偏差的测量次数会使采集设备间的数据在时域上缺失关联性。

现有技术中多设备多参数的同步装置，在进行多设备数据对齐同步时，每次同步时，中央处理系统均需要与母钟、各个子钟完成信息交互，交互内容包括提示子钟同步即将发起、控制母钟发起同步、以及询问子钟是否收到母钟的同步指令。由于交互环节很多，当子钟因无线环境干扰导致无法收到或者超时收到中央处理系统的同步提示时，它将会错过收到母钟发起的同步信号，导致这个子钟失去同步；当母钟因无线环境干扰导致无法收到或者超时收到中央处理系统的同步发起指令时，它将无法在本次同步周期内产生同步信号，导致全部的子钟失去同步，无法保证同步的稳定性。同时，当子钟设备数量较多时，繁琐的信息交互使得完成一次同步流程需要消耗相当多的时间，致使在一次同步的发起周期内无法完成所有设备的同步，进一步地导致现有方案中系统整体的同步稳定性无法保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决多个采集设备数据同步过程中，繁琐的信息交互造成系统不稳定的问题。本发明提供一种多设备多生理参数同步方法及其采集装置，避免了采集设备之间的数据对齐同步不稳定的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种多设备多生理参数同步装置，所述装置包括：中央处理系统、同步源子系统和至少两个采集子系统；其中所述中央处理系统向所述同步源子系统发出至少一次同步指令；所述同步源子系统基于同步指令分别生成第一同步信息包和第二同步信息包；所述采集子系统获取并校验第二同步信息包并根据校验结果生成第三同步信息包；所述中央处理系统获取第一同步信息包和第三同步信息包并进行信息匹配，以对齐所述采集子系统的采集数据包。

具体地，所述采集子系统校验第二同步信息包包括：第二同步信息包包含唯一识别码和同步序列码；所述采集子系统校验所述第二同步信息包内是否有约定的所述唯一识别码；若无约定的所述唯一识别码，则所述采集子系统不响应同步指令；若有约定的所述唯一识别码，则所述采集子系统响应同步指令，所述采集子系统获取同步序列码，结合当前时间生成第三同步信息包，所述第三同步信息包包括：同步序列码、唯一识别码和第三时间戳。

具体地，所述中央处理系统包括数据处理模块和第一通信模块；所述数据处理模块与所述第一通信模块连接，所述同步源子系统和所述采集子系统均与所述第一通信模块信号连接；其中，所述第一同步信息包包括第一时间戳、唯一识别码和同步序列码；所述中央处理系统通过时间映射判断第一同步信息包与第三同步信息包的同步性，以对齐所述采集子系统的采集数据包。

具体地，所述时间映射包括：根据第一同步信息包中的第一时间戳T

具体地，所述中央处理系统根据对齐后的采集数据包的数据信息及所述采集子系统的参数配置进行排列储存，其中，所述采集子系统的参数配置包括位数、长度、采样率、发包率中的至少一种；对齐后的采集数据包的数据信息包括刺激事件和/或环境变量和/或相关生理参数。

具体地，所述同步源子系统包括：第二通信模块；母钟，以设定的同步的发起周期发起第一同步信息包和第二同步信息包。

具体地，所述同步的发起周期的设定方式包括：初始同步的发起周期设置，即所述采集子系统开始采集前，根据所述采集子系统中对应的各传感器模块的晶振设置；动态同步的发起周期设置，即所述采集子系统开始采集后，当所述中央处理系统检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据时，中央处理系统发送动态调整指令至所述采集子系统。

具体地，每个所述采集子系统包括：第三通信模块；子钟，用于生成对应的时间戳。

具体地，所述采集子系统为刺激器、环境变量采集设备以及生理采集设备中的一种或多种。

本发明还提供了一种多设备多生理参数同步方法，包括：

S1，通过如上所述的多设备多生理参数同步装置构建闭环无线传输系统，即所述中央处理系统与所述同步源子系统之间形成一对一关系，所述同步源子系统与多个所述采集子系统之间形成一对多关系，多个所述采集子系统与所述中央处理系统之间形成多对一关系；

S2，发起同步指令，所述中央处理系统向所述同步源子系统发起同步指令，所述同步源子系统接收同步指令后，同时向所述中央处理系统发送第一同步信息包、以及多个所述采集子系统发送第二同步信息包；

S3，校验信息，多个所述采集子系统接收所述第二同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第三同步信息包，并将第三同步信息包传输到中央处理系统；

S4，匹配信息，所述中央处理系统将第一同步信息包和第三同步信息包进行信息匹配；

S5，调整同步的发起周期，根据匹配结果动态调整同步指令的发起周期。

本发明提供了还一种离线采集装置，包括：

如上所述的多设备多生理参数同步装置；其中所述同步源子系统还包括第二数据存储模块；所述采集子系统还包括第三数据存储模块；所述中央处理系统向所述同步源子系统只发出一次同步指令，并存储第二数据存储模块中，设置为所述同步源子系统的同步指令；所述第三数据存储模块用于存储采集数据包与第三同步信息包。

具体地，所述中央处理系统获取第二数据存储模块和第三数据存储模块的本地存储数据，进行数据处理和对齐。

本发明提供了还一种基于如上所述的离线采集装置的离线数据采集方法，包括：

A1，设置同步指令，即通过所述中央处理系统设定所述同步源子系统的同步指令；

A2，构建同步传输系统，即所述同步源子系统与多个所述采集子系统之间形成一对多关系；

A3，发起同步动作，所述同步源子系统发起同步动作，形成第一同步信息包和第二同步信息包，所述同步源子系统本地存储第一同步信息包，且向多个采集子系统发送第二同步信息包；

A4，校验信息，多个所述采集子系统接收所述第二同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第三同步信息包，且多个所述采集子系统本地存储第三同步信息包。

本发明的有益效果是，本发明的多设备多生理参数同步装置通过同步源子系统向多个采集子系统发送同步信息包，每次同步的发起由同步源子系统独立完成，中央处理系统只需要发送一次同步指令，不再需要中央处理系统与母钟、子钟频繁的信息交互，后续在每次同步期间只需同步源子系统、采集子系统参与，将各自的时间戳信息上报给中央处理系统，以避免现有技术中同步期间中央处理系统与子钟、母钟之间进行的频繁信息交互，缩短多个采集子系统之间完成同步所需要的时间，避免了在一个同步的发起周期内多个采集子系统无法完成同步的情况发生，进而保证多个采集子系统之间数据同步的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是本发明一实施例的内部结构示意图。

图3是本发明一实施例的母钟与子钟的连接拓扑图。

图4是本发明一实施例的另一内部结构示意图。

图5是本发明一实施例的系统框架示意图。

图6是本发明一实施例的流程示意图。

图7是本发明一实施例的对时过程中信号序列图。

图8是本发明一实施例的离线数据采集方法流程示意图。

图9是本发明一实施例的另一对时过程中信号序列图。

图中1、中央处理系统；11、数据处理模块；12、第一通信模块；13、第一数据存储模块；2、同步源子系统；21、第二通信模块；22、母钟；23、第一无线收发模块；24、第二数据存储模块；3、采集子系统；31、第三通信模块；32、数据传输模块；33、子钟；34、第二无线收发模块；35、第三数据存储模块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3以及图5所示，本申请实施例提供了一种多设备多生理参数同步装置，包括：中央处理系统1、同步源子系统2和至少两个采集子系统3；其中中央处理系统1向同步源子系统2发出至少一次同步指令；同步源子系统2基于同步指令分别生成第一同步信息包和第二同步信息包；采集子系统3获取并校验第二同步信息包并根据校验结果生成第三同步信息包；中央处理系统1获取第一同步信息包和第三同步信息包并进行信息匹配，以对齐采集子系统3的采集数据包。

针对多个独立的采集子系统3来实现数据同步，相对现有的同步方案本实施例的多设备多生理参数同步装置每次进行无线数据同步操作时，由同步源子系统2同时向中央处理系统1和采集子系统3发送同步信息包；中央处理系统仅仅根据同步信息包和采集数据包中的时间信息进行数据对齐融合。而现有同步方案中每次发起同步时，中央处理系统1产生一个同步随机号，同步随机号为中央处理系统随机产生并与各个独立的采集设备的子系统（子钟）握手并通知其准备接收内容为本次同步随机号的同步信号。随后，中央处理系统1将该同步随机号告知同母钟，并控制同步源通过无线广播形式（瞬时发出的一组无线电信号，理论上附近的无线电接收设备可以几乎同时接收到该信号）发出同步信号给子钟。子钟判断收到的同步信息包中的同步随机号与从中央处理系统收到的最新同步随机号一致，则认为同步成功，并将自身的时间戳清零。此时，中央处理系统1再与子钟握手并获取其最新的同步随机号，如果子钟的同步随机号与中央处理系统1最新的同步随机号一致，表明子钟已经成功接收到母钟的同步信号，本次中央处理系统1、母钟与该子钟同步成功；否则认为本次中央处理系统1、母钟与该子钟同步失败。现有技术中以中央处理系统产生的同步随机号为判断基准，需要中央处理系统、母钟、子钟频繁的信息交互，本申请的实施例一省去了现有的同步方案每次发起同步时，中央处理系统1既需要与母钟22交互来传递同步随机号，又要与各个独立的采集子系统3的子钟33传递同步随机号，同时在中央处理系统控制母钟22发出同步信息包后，与每个子钟33进行交互以校验同步随机码的形式判断同步是否成功的步骤。当系统内独立的采集子系统3数量较多时，采用现有同步方案的同步过程更加繁琐，工作计算量较大，需要处理能力较高的中央处理系统1或/和采集子系统3，造成整个同步装置具有较高的成本，同步随机号由中央处理系统1发出，因无线网络信号稳定性问题，使得多个采集子系统3接收到同步码的时间不确定，若无线网络信号不稳定，多个采集子系统3完成一次同步流程需要消耗相当多的时间，致使在一次同步的发起周期内无法完成所有设备的同步，系统整体的同步稳定性无法得到保证。

本实施例中设置的同步源子系统2基于同步指令分别生成第一同步信息包和第二同步信息包能够避免同步期间中央处理系统1与各个采集子系统3之间进行的频繁信息交互，当具有较多的采集子系统3时，采集步骤简单，多个采集子系统与同步源子系统进行同步，避免因中央处理系统与子钟的无线网络信号不稳定，造成的在一个同步的发起周期内多个采集子系统无法完成同步的情况发生，进而保证同步的稳定性。

本实施例中同步源子系统2基于同步指令生成的第一同步信息包包括同步源子系统2发起同步时的时间信息即第一时间戳、唯一识别码以及同步序列号，和第二同步信息包，第二同步信息包包括唯一识别码和同步序列号，其中，采集子系统3与唯一识别码一一对应，采集子系统3校验第二同步信息包包括以下步骤：

采集子系统3校验第二同步信息包内是否有约定的唯一识别码，若无约定的唯一识别码，则采集子系统3不响应同步指令，若有约定的唯一识别码，则采集子系统3响应同步指令，采集子系统3获取同步序列码，结合当前时间生成第三同步信息包。第三同步信息包包括：同步序列码、唯一识别码和第三时间戳。

需要说明的是，现有同步方案中同步随机码为中央处理系统随机产生的，环境内的多个采集系统的同步信息包容易互相干扰。当环境中有多个中央处理系统1、子钟、母钟构成的采集系统存在时（为方便举例，环境中存在相同的两套系统A和系统B），由于中央处理系统1对于子钟、母钟同步成功的判断依据中央处理系统1产生的同步随机码，就会出现A系统与B系统的同步随机码一致的情况，A系统内的子钟将会同时收到来自B系统的无线数据同步信息包，反之亦然。也就是说，A系统的子钟将在错误的时间接收到它认为有效的同步信息包而开始重置自身的时间戳，B系统的子钟亦是如此，A、B系统各自的同步机制将发生紊乱。本实施例中利用与采集子系统3一一对应的唯一识别码确定是否响应同步指令，解决现有同步方案中，同步随机码带来的多个采集子系统3之间同步机制紊乱的情况。

现有同步方案中每次同步使用的同步随机码都为中央处理系统1随机产生，多次同步流程的同步随机码之间没有逻辑关系。在进行非实时的数据处理时，数据分析时无法分辨某个同步随机码是在哪一次同步流程中生效的，无法对这些数据执行整合和同步操作。本实施例中的同步装置采用同步源子系统发出同步信息包，信息包中包括唯一识别码和同步序列号，唯一识别码和同步序列号的使用，即使得采集子系统3能够快速且准确地判断是否进行同步动作，又能准确地定位数据发生在那一次同步流程后，解决了现有同步方案中无法进行非实时的数据同步处理的问题。

如图2所示，在本实施例中的中央处理系统1包括数据处理模块11和第一通信模块12；数据处理模块11与第一通信模块12连接，同步源子系统2和采集子系统3均与第一通信模块12信号连接；第一通信模块12通过第二通信协议建立无线网络连接，以确保中央处理系统1与同步源子系统2以及采集子系统3之间数据有效、准确的传输。

具体的，第一同步信息包包括第一时间戳、唯一识别码和同步序列码；中央处理系统1的数据处理模块11通过时间映射判断第一同步信息包与第三同步信息包的同步性。时间映射包括：根据第一同步信息包中的第一时间戳T

在本实施例中，中央处理系统1根据对齐后的采集数据包的数据信息及采集子系统3的参数配置进行排列储存，其中，采集子系统3的参数配置包括位数、长度、采样率、发包率中的至少一种；对齐后的采集数据包的数据信息包括刺激事件和/或环境变量和/或相关生理参数。本发明根据实际需要的不同，各个采集子系统3向中央处理系统1发送数据包的格式均会有所差异，如数据长度、采样率、发包率等。对诸如温度、湿度等变化较慢的环境变量，数据的采样率低、发包率高、每包数据量低，而在脑电的生理参数采集时，脑电数据变化快，对精度要求高，则数据的发包率适中，每包数据量较大。中央处理系统负责根据实际需求结合接收到各种数据的长度、采样率、发包率等信息进行数据排列储存或其他操作。

本实施例中的同步源子系统2包括：第二通信模块21，第二通信模块21通过第二通信协议与第一通信模块12通信连接；母钟22，以设定的同步的发起周期发起第一同步信息包和第二同步信息包。同步源子系统2还包括：第一无线收发模块23，用于接收同步指令、传输第一同步信息包和第二同步信息包。每个采集子系统3包括：第三通信模块31，通过第二通信协议与第一通信模块12信号连接；子钟33，用于生成对应的时间戳，即子钟33用于生成第三时间戳和采集时间戳。每个采集子系统3还包括数据传输模块32和第二无线收发模块34，数据传输模块32用于传输采集数据包，第二无线收发模块34用于接收同步指令和第二同步信息包。其中采集子系统3为刺激器、环境变量采集设备以及生理采集设备中的一种或多种。

需要说明的是，第二通信协议为面向连接的通信协议，优选TCP/IP协议、蓝牙、蓝牙BLE协议。第一无线收发模块23个第二无线收发模块34之间通信协议采用无线连接协议，优选但不限于UDP协议或ICMP协议。

在本实施例中，同步的发起周期的设定方式包括：

初始同步的发起周期设置，即采集子系统3开始采集前，根据采集子系统3中对应的各传感器模块的晶振；进一步的，以采集子系统3采用±Xppm(每百万秒偏差X秒)的晶振举例说明，采集子系统3之间的时钟偏差不大于2Xppm，也就是说，采集子系统3每隔不小于500000/X毫秒，时钟才会产生1毫秒的偏差，此时只需保证同步周期小于50000/X毫秒，将同步源子系统2和采集子系统3的同步精度控制在1毫秒以内。特别的，当X=10时，只需要在50秒内完成一次同步，即可实现小于1毫秒的同步精度。反之，如果需要在Y秒内完成一次同步，需要保证采集子系统3和同步源子系统2的时钟在Y秒内的偏差小于1毫秒。采集子系统3和同步源子系统2的晶振偏差不能超过1/1000Y，即应小于1000/Yppm，才能保证至少1ms的同步精度。因此采用较高精度的晶振能够降低每次同步时，中央处理系统1对采集子系统3数据的补采样点或去采样点的操作频率。

动态同步的发起周期设置，即采集子系统3开始采集后，当中央处理系统1检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据时，中央处理系统1发送动态调整指令至采集子系统3。进一步的，当环境影响比较大(如温度或湿度等)时，晶振的稳定性将会受到影响而产生波动，可能达不到预期的效果。此时晶振波动的影响会直接影响传感器的数据的采集，导致在同步的发起周期内传感器的采样点数变少或者变多。因此，当采集子系统3在处理外接探头的传感器数据时，如果频繁发生补采样点或者去采样点的行为，则可以认为在同步的发起周期内，外接探头的传感器数据点数未达到设计预期(与期望值相比多点或者少点)，中央处理系统1检测到频繁发生补采样点或者去采样点的数据，中央处理系统1发送动态调整指令至采集子系统3，来控制缩短或增长采集子系统3的同步的发起周期，提高同步信号的发送频率。因此，按照以上的原则，提高时钟源单元内晶振的精度、缩短同步响应时间来保证同步的发起周期的适当性，能够获得更高的同步精度(<1ms)。

本申请实施例提供了一种多设备多生理参数同步方法，如图6所示，方法包括以下步骤：

S1，通过如上的多设备多生理参数同步装置构建闭环无线传输系统，即中央处理系统1与同步源子系统2之间形成一对一关系，同步源子系统2与多个采集子系统3之间形成一对多关系，多个采集子系统3与中央处理系统1之间形成多对一关系；

S2，发起同步指令，中央处理系统1向同步源子系统2发起同步指令，同步源子系统2接收同步指令后，同时向中央处理系统1发送第一同步信息包、以及多个采集子系统3发送第二同步信息包；

在步骤S2中，同步源子系统2每发送一次第一同步信息包和第二同步信息包，同步源子系统2请求对每个同步信息包的同步序列号继续同步更新。每次同步发生后，该同步序列号都会递增，保证了在进行非实时的数据处理时，也能根据每个同步信息包中的同步序列号，判断数据发生在那一次同步流程后。这也为中央处理系统1对采集子系统3保存在其本地的数据进行同步和分析提供了可能，避免无线网络不稳定导致的丢包，稳定性好。

S3，校验信息，多个采集子系统3接收第二同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第三同步信息包，并将第三同步信息包传输到中央处理系统1；进一步的，验证过程包括采集子系统3校验第二同步信息包内是否有约定的唯一识别码；若无约定的唯一识别码，则采集子系统3不响应同步指令；若有约定的唯一识别码，则采集子系统3响应同步指令，采集子系统3获取当前同步序列号，结合当前时间戳生成第三同步信息包。

S4，匹配信息，中央处理系统1将第一同步信息包和第三同步信息包进行信息匹配；

进一步的，中央处理系统1的数据处理模块11通过时间映射判断第一同步信息包与第三同步信息包的同步性，以对齐采集数据包；中央处理系统1根据采集数据包的数据信息判断执行采集数据包的处理方式、每个采样点的储存位置，即对对齐后的采集数据包进行排列储存。将各个采集子系统3对齐时间戳后的采集数据按照其时间戳在同步源子系统2时钟上的顺序进行排列，若采样率不一致，采样点排列的稀疏程度会有所不同，中央处理系统1将这些排列后的采样点存储下来，用于绘制波形或者其他用途。

S5，调整同步的发起周期，根据匹配结果动态调整同步指令的发起周期。

中央处理系统1根据第一时间戳TS

需要进一步地说明的是，中央处理系统1根据采集子系统传输的采集数据包中的时间信息T

T

具体以两台采集子系统3按1000Hz采样率（T1=1ms）、单个采样点组包、以及同步以同步源子系统2时钟运行后每隔10s产生一次的策略进一步举例说明，子钟33的在采样率、组包机制、同步的发起周期下的数据处理和对齐方法可以以此类推。

完成步骤S1后，启动两台采集子系统3开启传输、启动同步源子系统2的无线收发模块。由于同步命令采用面向连接的通信协议，命令传输有一定的延时，因此各个采集子系统3并非在同一时刻开始累计各自的时间戳。

中央处理系统1获取采集子系统3的采集数据包，以及每次同步触发时的第一同步信息包。整个过程如附图7所示。

在准备阶段，由于通信时延，采集子系统3的时钟并非同时开启。由于此次未完成第一次同步，准备阶段的子系统的数据包均为未同步状态的，因此中央处理系统1可以将这些数据丢弃。由于时钟源（晶振）存在个体差异，各个子系统的时钟必然会有快有慢，为确保每个采集子系统3之间具备同步性，就要保证各个采集子系统3在每个同步的发起周期内保持一致的采样点数。

在第一次同步时刻（同步序列号为1），各个子系统上传的同步信息包的时间戳已经累计到T

在第二个同步时刻（同步源子系统2时钟运行10s后发出，同步序列号为2）到来时，同步源子系统2的相对时间戳累计到T

在每一个同步时刻和同步的发起周期内，中央处理系统1对采集子系统3、同步源子系统2的处理方式延用上述的处理办法，直到停止采集过程。

上述采集子系统3的时钟特性（例如10s内总是比同步源子系统2的时钟快一些或者慢一些）均为举例需要，实际偏差与其选用的晶振性能有关。如果晶振精度固定，且每次同步周期需要补或去除更多的采样点，则应该通过调整同步的发起周期的方式，降低时钟累计误差对信号质量的影响。

本实施例在解决多个采集子系统3随采集时间的增长在时域上缺失关联性的问题的同时，也实现了长时间内精准的无线数据同步，既提高了同步效率，也保证了数据传输的稳定性。尤其是当具有多个采集子系统3时，采集步骤简单，稳定性好，能够实现非实时的数据同步处理。另外，由于采集子系统3只需在收到基于同步指令后产生一个同步信息包记录此次同步时刻的时间戳，节省了采集子系统3的算力，简化了中央处理系统1的处理逻辑。

以通过无线传输为主要形式的多个独立的信号采集设备之间，由于信号采集设备工作在各自的时钟源下，每个时钟源之间本身存在固有时钟偏差，导致在相同的自然时间内，设备间触发的采集次数会出现偏差。在对这些数据进行分析时，偏差的采集次数会使采集设备间的数据在时域上缺失关联性。

现有的多设备多生理参数采集时为在线使用，中央处理系统1例如PC用于实时接收和在线处理和绘制采集子系统3的传感器数据，并控制同步模块发起实时同步任务，完成所有子系统的在线同步。当网络环境波动如：无线网络环境较差时，采集数据包的实时性和丢包率很难保证，致使中央处理系统1很难实现在线分析、预览等功能，且中央处理系统1启动各个采集子系统3后，一旦某个采集子系统3脱离当前网络环境时如用户需携带无线采集设备走出实验室，依靠在线实时处理其数据的中央处理系统1将彻底无法获取此时的传感器数据，此段时间内的数据就丢失了。用户在实验期间只能被迫呆在当前网络环境下，一定程度上限制用户自由活动的空间。

本申请提供了一种离线采集装置，能够避免因无线网络环境差、设备离线时采集子系统3传感器数据丢失，如图4-5所示，离线采集装置还包括：同步源子系统2还包括第二数据存储模块24；采集子系统3还包括第三数据存储模块35；中央处理系统1向同步源子系统2只发出一次同步指令，并存储第二数据存储模块24中，设置为同步源子系统2的同步指令；第三数据存储模块35用于存储采集数据包与第三同步信息包，第二数据存储模块24还用于存储第一同步信息包。

需要说明的是，中央处理系统1向同步源子系统2发出同步指令前，中央处理系统1通过第二通信协议分别与同步源子系统2和各个采集子系统3通信，中央处理系统1向同步源子系统2和各个采集子系统3发送实验信息，同步源子系统2的第二数据存储模块24和各个采集子系统3的第三数据存储模块35分别保存实验信息。其中，实验信息包括患者信息、实验场地、实验起始时间、实验停止时间、以及本次实验使用的同步源子系统2和采集子系统3的身份信息。

在本实施例中，中央处理系统1还包括第一数据存储模块13，用以本地保存实验信息。

中央处理系统1获取第二数据存储模块24和第三数据存储模块35的本地存储数据，进行数据处理和对齐。具体的，中央处理系统1获取存储在第二数据存储模块24的第一同步信息包和存储在第三数据存储模块35的第三同步信息包，中央处理系统1结合实验信息将第一同步信息包和第三同步信息包进行信息匹配，对齐采集数据包。

在本实施例中，中央处理系统1对同步源子系统2仅在初始设置时发送一次同步指令，其同步源子系统2保存上行同步指令的命令流和发送下行同步信息包的命令流，各个采集子系统3与中央处理系统1的上行、下行命令流全部保存至本地的数据存储模块中，当中央处理系统1与采集子系统3之间的网络连接出现问题(比如网络中断)，同步源子系统2和采集子系统3仍然能完成后续的同步业务，设置的数据存储模块为采集装置的离线使用(装置本地存储数据，而不是直接将数据传输给中央处理系统1)提供了可能。设置的数据存储模块，先对数据、实验信息、命令流存储，然后再由中央处理系统1获取到其失去无线连接期间的同步信号和采集数据，进行分析使用，对各个采集子系统3采集到的离线数据进行同步。具备离线采集、离线数据同步的能力，极大程度的避免了因无线网络环境不稳定导致的丢包率增高、实时数据不可靠的问题；适用于多设备的应用场景，另外，采集到的离线数据是具备同步性的，所存储的数据具有较高的实验价值。

本申请提供了一种多设备多生理参数离线采集方法，如图8所示，离线采集方法包括：

A1，设置同步指令，即通过中央处理系统1设定同步源子系统2的同步指令；

A2，构建同步传输系统，即同步源子系统2与多个采集子系统3之间形成一对多关系；

A3，发起同步动作，同步源子系统2发起同步动作，形成第一同步信息包和第二同步信息包，同步源子系统2本地存储第一同步信息包，且向多个采集子系统3发送第二同步信息包；

A4，校验信息，多个采集子系统3接收第二同步信息包后校验信息，验证校验结果后生成第三同步信息包，且多个采集子系统3本地存储第三同步信息包；

采集子系统3校验第二同步信息包内是否有约定的唯一识别码；

若无约定的唯一识别码，则采集子系统3不响应同步指令；

若有约定的唯一识别码，则采集子系统3响应同步指令，采集子系统3获取当前同步序列号，结合当前时间戳生成第三同步信息包。

在本实施例中，方法还包括：A5，数据归集，中央处理系统1获取存储在第二数据存储模块24的第一同步信息包和存储在第三数据存储模块35的第三同步信息包，中央处理系统1结合实验信息将第一同步信息包和第三同步信息包进行信息匹配，对齐采集数据包。进一步的，中央处理系统1结合各个同步信息包的时间戳信息对采集数据包的时间戳重新对齐处理，并将处理时间戳后的离线数据进行同步、转储、回放以及分析。

在本实施例中，执行步骤A1前，中央处理系统1向同步源子系统2和各个采集子系统3发送实验信息，同步源子系统2的第二数据存储模块24和各个采集子系统3的第三数据存储模块35分别保存实验信息。

以两台采集子系统3按1000Hz采样率（T1=1ms）、单个采样点组包、以及同步以同步源子系统2时钟运行后每隔10s产生一次的策略进行举例，子钟33的在采样率、组包机制、同步周期下的数据处理和对齐方法可以以此类推。

在中央处理系统1完成步骤A1和步骤A2后，启动两台采集子系统3开启传输、启动同步源子系统2的无线收发模块。由于控制命令为需要采用面向连接的通信协议，命令传输有一定的延时，因此各个采集子系统3并非在同一时刻开始累计各自的时间戳。

中央处理系统1启动采集后，采集子系统3在本地保存采集数据包，以及每次同步触发时的第三同步信息包。同步源子系统2在本地保存所有的同步信息包、实验信息以及命令流，整个过程如附图9所示。

停止采集后，中央处理系统1根据本地保存的实验信息从子系统中筛选对应实验的离线数据，并将数据按照以下原则读出并处理：

（1）在未读取到任意同步信息包时的数据表示实验处在准备阶段，此时由于通信时延，子系统的时钟并非同时开启。由于此次未完成第一次同步，准备阶段的采集子系统3的采集数据包均为未同步状态的，因此中央处理系统1可以将这些数据丢弃。

（2）由于时钟源（晶振）存在个体差异，各个子系统的时钟必然会有快有慢，此时若想使系统具备同步性，就要保证各个采集子系统3在每个同步周期内保持一致的采样点数。假设在中央处理系统1从同步源子系统的离线数据中读取到第一个同步信息包时（同步序列号为1），各个子系统上传的同步信息包的时间戳已经累计到T

在中央处理系统1读取到下一次同步信息包时（同步源子系统2时钟运行10s后发出，同步序列号为2），同步源子系统2的相对时间戳累计到T

中央处理系统1每读到一个同步信息包后，对采集子系统3、同步源子系统2离线数据的处理方式延用上述的处理办法，直到读取到停止命令或者数据全部读取完成。

以上采集子系统3的时钟特性（例如10s内总是比同步源子系统2的时钟快一些或者慢一些）均为举例需要，实际偏差与其选用的晶振性能有关。如果晶振精度固定，且每次同步周期需要补或去除更多的采样点，则应该通过减小同步周期的方式，降低时钟累计误差对信号质量的影响。

在本实施例中，同步源子系统2用来发送同步指令，并通过不易受到环境干扰的无线发射频段(无线收发模块)将第二同步信息包发出，即便中央处理系统1与同步源子系统2或者采集子系统3失去无线连接，同步源子系统2和采集子系统3之间仍能根据自身数据储存模块中的命令流保持同步信号的收发工作。由于在中央处理系统1、采集子系统3、同步源子系统2上增加了数据存储模块，先对同步指令、实验信息、命令流、同步信息、采集数据等进行存储，然后再由中央处理系统1获取到其失去无线连接期间的同步信息和采集数据，进行分析使用，对各个采集子系统3采集到的离线数据进行同步。具备离线采集、离线数据同步的能力，极大程度的避免了因无线网络环境不稳定导致的丢包率增高、实时数据不可靠的问题；适用于多设备的应用场景，另外，采集到的离线数据是具备同步性的，所存储的数据具有较高的实验价值。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。