一种安全帽定位数据远程通信传输方法与流程

本发明涉及通信传输，具体为一种安全帽定位数据远程通信传输方法。

背景技术：

1、在安全帽定位监测系统中，安全帽端采集的卫星定位数据需要远程传输至监控中心。现有技术通常采用固定周期上报定位坐标的方式实现远程通信传输。定位数据在采集过程中受环境遮挡和多路径效应影响，原始坐标存在随机抖动噪声，直接传输会造成带宽浪费和接收端坐标漂移。同时，当人员处于静止或小范围移动时，连续上报的多个定位点空间位置和时间间隔高度相似，传输大量冗余数据会消耗通信资源和终端电量。

2、在数据传输层面，现有方案一般将待发送的定位报文按固定长度分片并通过恒定功率发送。当信道质量出现波动时，固定分片尺寸在良好信道下无法充分利用带宽，在恶劣信道下却容易因单次传输数据量偏大导致碰撞和丢包；恒定发射功率在信道质量较差时可能导致接收端无法正确解调，在信道质量较好时又造成不必要的能量消耗。在发生分片丢失需要进行重传时，现有重传机制通常采用固定长度的重传窗口或简单的超时重传策略，未结合实时丢包程度和网络拥塞状态对重传负荷进行调节。当丢包率突增时，固定重传窗口无法容纳大量待重传分片，造成重传排队积压和传输延迟累积；当网络拥塞加重时，过于激进的重传会进一步加剧拥塞，导致吞吐量下降和定位数据时效性劣化。因此，需要解决在复杂变化的网络条件下如何合理确定分片传输载荷与重传调度，使定位数据远程传输兼顾低冗余、低时延和高成功率的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种安全帽定位数据远程通信传输方法，目的是解决现有定位数据传输中因冗余数据过多、分片尺寸和发射功率固定、重传窗口僵化导致的带宽利用率低、重传效率差和传输时延大的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种安全帽定位数据远程通信传输方法，该方法对安全帽端采集的定位数据依次进行去噪和冗余剔除处理，并通过差分压缩与动态自适应传输机制实现低开销、高可靠的远程通信。

3、获取安全帽端采集的定位数据后，对定位数据执行空间时序去噪处理，得到去噪定位数据。该处理能够有效抑制定位采集过程中由于信号抖动或环境干扰产生的随机噪声，使定位坐标更贴近真实移动轨迹，为后续冗余判定和压缩提供更为干净的数据基础。

4、对去噪定位数据执行时空联合冗余判定，将判定为非冗余的定位数据作为待传输定位数据。通过同时考虑空间距离和时间间隔两个维度，能够有效识别并剔除安全帽处于静止或微小移动状态下产生的重复定位信息，在保证位置变化感知灵敏度的前提下显著减少需要上传的数据量，降低通信负担。

5、作为一种优选的实施方式，在时空联合冗余判定过程中，缓存上一个被判定为非冗余的定位数据作为基准定位点，获取当前去噪定位数据与基准定位点之间的空间平面距离，以及两者采集时间戳之间的时间间隔。当空间平面距离小于或等于预设的空间距离阈值且时间间隔小于预设的时间间隔阈值时，判定当前去噪定位数据为冗余定位数据并予以剔除；当空间平面距离大于空间距离阈值或时间间隔大于或等于时间间隔阈值时，判定当前去噪定位数据为非冗余定位数据，将其作为待传输定位数据，并以当前去噪定位数据更新基准定位点。这种判定逻辑实现了对安全帽移动行为的自适应追踪，既不会漏过有效位移事件，又能最大程度压缩传输频次。

6、对待传输定位数据进行差分压缩编码，生成压缩定位报文。通过计算当前定位数据与上一个已传输定位数据在经度、纬度和时间戳上的差值，并以差值替代原始绝对值进行传输，可利用定位数据在时间上的强相关性大幅缩减报文长度，从而有效节约空口资源和发射能耗。

7、将压缩定位报文按照动态分片大小切分为多个数据分片，并按照当前网络质量评估结果设定每个数据分片的发射功率。动态分片使得报文尺寸能够依据实际网络丢包状况自适应调整，在信道条件较好时采用较大的分片以提高传输效率，在信道条件恶化时采用较小的分片以降低单次传输失败的风险。同时，根据网络质量评估结果动态调节发射功率，能够在信号衰减严重的环境中通过适当提升功率保障链路可靠性，在网络状况良好时降低功率以节省安全帽端电量并减少对邻近设备的干扰。

8、将多个数据分片依次向接收端发送，并在发送过程中监听接收端针对每个数据分片返回的分片确认信号。当在预设时长内未收到某个数据分片对应的分片确认信号时，将该数据分片标记为待重传分片。通过为每个数据分片设置独立的确认等待机制，能够精准锁定丢失的数据片，避免不必要的整体报文重传。

9、统计当前传输周期内所有待重传分片的数量，并根据待重传分片的数量与当前网络质量评估结果，确定当前传输周期的重传窗口长度。在重传窗口长度内，按照每个待重传分片的原始分片序号依次向接收端重新发送待重传分片。这一过程将实时丢包程度和网络拥塞状况共同映射为重传窗口大小，使得重传行为既能及时修复丢失分片，又不会在网络拥塞时因过量重传加重网络负担，从而在保证数据完整性的同时维持通信的稳定性。

10、作为本发明的一个优选技术方案，在空间时序去噪处理中，按照定位数据的采集时间戳顺序，依次读取连续n个采集时刻的定位坐标，n为预设的滑动窗口长度；分别提取所有定位坐标的经度值和纬度值，对所有经度值排序后取经度中位数，对所有纬度值排序后取纬度中位数；将由经度中位数和纬度中位数构成的位置坐标作为当前采集时刻的去噪定位数据。利用滑动窗口内的中位数滤波，能够有效滤除孤立野点，且不会引入额外的延迟或产生虚假轨迹偏移。

11、作为本发明的一个优选技术方案，差分压缩编码的具体实现包括：获取当前待传输定位数据中的经度值、纬度值和时间戳值，并获取上一个已传输定位数据中的经度值、纬度值和时间戳值；计算经度差值、纬度差值和时间戳差值；将经度差值、纬度差值和时间戳差值按照预设的字段排列顺序拼接为压缩定位报文。这种编码方式可将连续定位点的信息表达压缩至极少数字节，对移动轨迹重现精度几乎无损失。

12、作为本发明的一个优选技术方案，按照当前网络质量评估结果设定每个数据分片的发射功率的过程包括：获取当前传输周期内接收端返回的分片确认信号的接收信号强度指示值，并根据接收信号强度指示值计算当前传输周期的信噪比估值；将信噪比估值与预设的信噪比分级表进行匹配，得到当前传输周期的信噪比等级；根据信噪比等级从预设的功率映射表中查询对应的发射功率倍率，并将安全帽端的基准发射功率与发射功率倍率的乘积作为每个数据分片的发射功率。该方案利用确认信号反馈的信道质量信息，在不增加额外测量开销的前提下实现功率的实时匹配，使系统在多变环境中始终保持良好的能量使用效率。

13、作为本发明的一个优选技术方案，对分片确认信号的监听与判定包括：在发送每个数据分片时，启动该数据分片对应的计时器，并在计时器计时过程中持续监听接收端返回的响应信号；当在计时时长内接收到响应信号时，解析响应信号的报文头部中的分片序号字段和确认标志位字段；当分片序号字段与当前已发送数据分片的分片序号一致且确认标志位字段为有效状态时，将响应信号判定为分片确认信号并关闭计时器；当计时器的计时时长达到预设时长且仍未接收到分片确认信号时，将计时器对应的数据分片标记为待重传分片。通过精确的序号匹配和标志位校验，可防止错误触发重传，提升传输效率。

14、作为本发明的一个优选技术方案，确定重传窗口长度的过程包括：获取当前传输周期内发送的数据分片的总数量，计算待重传分片的数量与数据分片的总数量之间的比值，将该比值作为当前传输周期的丢包率估值；获取当前传输周期内所有分片确认信号的平均到达时间间隔，并根据平均到达时间间隔与预设的基准时间间隔之间的倍数关系，确定当前传输周期的网络拥塞系数；将丢包率估值与网络拥塞系数的乘积作为重传窗口的初始长度值，并对初始长度值向上取整，得到当前传输周期的重传窗口长度。该方式融合了丢包严重程度与链路延迟特征，能够自适应输出合理的重传资源配比，避免盲目重传造成网络资源浪费。

15、作为本发明的一个优选技术方案，在重传窗口长度内重新发送待重传分片时，将所有待重传分片按照原始分片序号从小到大排序，生成待重传分片序列；从待重传分片序列中依次取出待重传分片，并在每次取出一个待重传分片时获取当前已重传次数，当当前已重传次数小于或等于预设的最大重传次数时，向接收端重新发送该待重传分片；每当成功发送一个待重传分片后，累计已发送重传分片数量，当已发送重传分片数量达到重传窗口长度时，停止重传并等待下一个传输周期。这种基于窗口的重传控制机制兼顾了传输完整性和时效性，防止长期重传阻塞当前新产生的定位数据发送。

16、作为本发明的一个优选技术方案，动态分片大小的切分方式为：获取当前传输周期的网络质量评估结果中的丢包率估值，并将丢包率估值与预设的多个分片大小阈值区间进行匹配，确定当前传输周期的分片大小等级；根据分片大小等级从预设的分片尺寸映射表中查询对应的分片字节数；将压缩定位报文的总字节数除以分片字节数，得到预估分片数量；当预估分片数量为整数时，按照分片字节数将压缩定位报文切分为多个数据分片；当预估分片数量为非整数时，将压缩定位报文切分为多个长度为分片字节数的完整数据分片和一个长度小于分片字节数的尾部数据分片。这样能够使分片尺寸与当前网络状况紧密适配，有效减少因单个分片过大而引发的整帧丢弃概率。

17、作为本发明的一个优选技术方案，在发送每个数据分片时，获取该数据分片在压缩定位报文中的起始字节位置和结束字节位置，并据此计算该数据分片的有效载荷长度；将该数据分片的原始分片序号、有效载荷长度、压缩定位报文的总字节数和压缩定位报文的报文标识符封装为该数据分片的报文头部；将报文头部和该数据分片的有效载荷按照预设的传输帧格式进行组帧，得到传输帧数据，并以串行方式向接收端发送。通过携带完整的报文重组信息，接收端能够在收到任意顺序的分片后快速拼接出原始压缩定位报文，提升了乱序到达环境下的数据恢复能力。

18、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

19、通过差分压缩编码之前引入空间时序去噪和时空联合冗余判定，首先利用滑动窗口内的经度中位数和纬度中位数构建去噪定位数据，有效压制随机噪声引起的坐标跳动，避免噪声点进入后续压缩和传输环节；再以空间平面距离和时间间隔作为双重判定条件，只有当去噪后的定位点相对于上一个非冗余基准点的平面距离超过空间距离阈值或者时间间隔达到时间间隔阈值时，才将该点作为待传输定位数据，否则予以剔除。在数据源头大幅削减低信息量的重复坐标，使需要编码压缩的定位点在保持运动轨迹关键特征的前提下数量显著减少，从根源上降低待传输数据总量。

20、在数据分片与重传环节，根据网络质量评估结果设定每个数据分片的发射功率，并将压缩定位报文按动态分片大小切分。通过获取接收端返回的分片确认信号的接收信号强度指示值计算信噪比估值，匹配信噪比等级和功率映射表，动态调整发射功率，在信道衰落时提高功率保障接收成功率，在信道良好时降低功率节约终端能耗。结合丢包率估值与预设的分片大小阈值区间匹配确定分片大小等级，自适应改变分片字节数。信道质量差时采用较小分片降低单次传输碰撞概率和重传代价，信道质量好时采用较大分片减少协议开销并提高吞吐。确定重传窗口长度时，利用待重传分片数量与总发送数量的比值得到丢包率估值，并依据所有分片确认信号的平均到达时间间隔与基准时间间隔的倍数关系得出网络拥塞系数，二者乘积向上取整生成重传窗口长度，使得重传窗口能够随丢包加剧而扩大以容纳更多待重传分片，同时在网络拥塞加重时受拥塞系数调节而适度收缩重传规模，避免过度重传挤占有效带宽。重传窗内按原始分片序号排序依次重传，并累计已发送重传分片数量，达到窗口长度即停止，实现重传负荷与实时网络状态的联动适配，提升定位数据远程传输的完整性和时效性。