用于生命体征测量波形数据的前向抗丢帧无线传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信系统中的数据传输技术，具体涉及一种用于生命体征测量波 形数据的前向抗丢帧无线传输方法，属于通信领域。
【背景技术】
[0002] 随着可穿戴设备的发展以及物联网技术的普及，无线数据的传输拥有了越来越多 的需求。现阶段，用于可穿戴设备及物联网的无线传输协议主要有低功耗的传输协议，如低 功耗蓝牙（BLE)，802. 15.4(Zigbee)等。使用可穿戴设备测量得到的生命体征数据可以用 以上协议进行无线传输。然而，由于使用低功耗的传输协议进行无线数据的传输将不可避 免的发生丢帧情况。
[0003] 以往使用低功耗传输协议主要是针对测量得到的生命体征数值数据进行传输，即 使发生了丢帧也不会对结果造成明显的影响。然而，当需要使用低功耗传输协议对测量得 到的生命体征波形信号进行传输的情况下，无线数据传输的丢帧将会对波形信号造成较大 的影响。为了提高在低功耗通信协议下传输波形数据的可靠性，以及减少在低功耗系统中 的开销，亟需设计适用于传输波形数据的无线通信协议。
[0004] 在传统的通信系统中，使用自动重传请求协议可以解决丢帧的问题。但是使用自 动重传请求将会造成系统额外的开销，不利于低功耗设备的使用。在数字通信系统中，使用 信道编码技术进行前向纠错也可以解决丢帧的问题。例如使用卷积码或者LDPC码。但是 额外加入的信道编码将增加系统的复杂度，在很多情况下也不适用于低功耗系统。此外，信 道编码还需要增加传输的带宽，从而降低了传输的效率。
[0005] 在现阶段，针对生命体征测量结果的低功耗无线通信传输的协议主要是数值数据 的传输，还没有相应的波形数据的传输协议。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有的低功耗无线传输系统，提供一种用于生命体征测量波 形数据的无线传输方法。该方法不需要增加系统带宽，可以以低复杂度进行波形数据的无 线传输并减少丢帧造成的影响。
[0007] 本发明采取的技术方案是：一种用于生命体征测量波形数据的前向抗丢帧无线传 输方法，其特征在于包括如下步骤：
[0008] 第一，通过生命体征检测设备获得生命体征连续量化的波形数据；
[0009] 第二，将采集到的波形数据分组并进行预处理，其中将发送的波形数据序号定义 为：k为原始数据所在帧的序号，m为递增的整数值，n为递增的整数值；
[0010] 第三，对分组后的波形数据进行数据交织；
[0011] 第四，在交织后要发送的波形数据中引入时间计数标签tk，其中时间计数标签插 入原有的发送数据序列中或者时间计数标签替换发送的每一帧数据中的一个字节数据；
[0012] 第五，通过无线传输的方式发送数据；
[0013] 第六，接收端接收波形数据，其中将接收端接收到的第k帧数据定义为接收端 从I;中提取的时间计数标签定义为'tk;
[0014] 第七，根据时间计数标签判断是否发生丢帧现象；
[0015] 第八，如果没有发生数据丢帧现象，则接收端将数据逆向交织恢复发送的数据；如 果发生数据丢帧现象，则接收端将数据逆向交织后，通过插值或者滤波方式得到丢帧数据。
[0016] 所述的波形数据包括心电图测量波形、血压压力波测量波形、脉搏容积波测量波 形、呼吸波测量波形、脑电波测量波形以及其他测量得到的人体生命体征波形信号。
[0017] 在发射端将波形数据分为不同的帧以及帧内的组后再进行预处理，不同的帧的长 度与无线传输的协议相关，帧内组的数量与数据交织深度相关。
[0018] 进一步的，所述无线传输的协议包括适用于物联网及可穿戴设备的的低功耗蓝牙 传输协议，所述发射波形数据帧的长度小于或等于无线通信协议中规定的一帧的数据长 度。
[0019] 进一步的，所述帧内组的数量由数据交织的深度决定，其中帧内的组数为一帧数 据长度除以交织深度，所述数据交织的深度是一个大于1的整数值。
[0020] 所述时间计数标签tk的最大值是一个大于1的整数值，每发送一帧数据，时间计 数标签tk则递增1，当时间计数标签tk达到设定的最大值后，下一个时间计数标签tk重新 从1开始计数。
[0021] 如果时间计数标签tk是插入在原发送数据中的，则在中将时间计数标签tk去 除；如果时间计数标签tk是替换原发送数据的，则在S；中将时间计数标签去除，然后将时 间计数标签tk位置上缺失的空白数据采用前后点数据插值或者滤波的方式得到。通过接收 端时间计数标签％的序号判断是否有丢帧，同时在接收端通过缺少的时间计数标签数值， 可以得到丢帧的序号，通过将所丢失的数据在接收端重新排序后的前后相邻数据进行插值 或滤波，得到所丢失的数据值。
[0022] 进一步的，接收端通过之前接收到的第k-1帧时间计数标签ik-^来判断是否发生 丢帧；若满足lie=+ 1时，则未发生丢帧现象，若4 + 1时，则发生丢帧现象。
[0023] 更进一步的，当连续丢失的帧数大于1时，S卩时；接收端可以通过对大于 1帧的丢失数据前后帧的数据进行插值或滤波，得到所丢失的大于1帧的数据值。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] 相比于使用自动重传请求协议，本发明是完全前向的传输方法，不需要接收端重 传数据至发射端，从而可以使用于低功耗的无线传输系统。
[0026] 相比于使用信道编码的前向纠错系统，本发明可以以很低的复杂度解决丢帧对波 形数据造成的影响。由于在生命体征波形信号的传输系统中，生命体征波形信号拥有一定 的冗余。通过本发明将信号在发射端进行交织的方式，再在接收端基于波形信号相邻测量 值之间的相关性，恢复出丢失帧的数据值，可以以很低的复杂度解决丢帧对波形数据造成 的影响。
[0027] 本发明尤其适用于可穿戴式健康监护设备以及基于低功耗蓝牙的无线传输系统。 也可以延伸至其他用于传输波形数据的无线传输系统中。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的整体流程图。
[0029] 图2是发射端数据分组示意图。
[0030] 图3是发射端流程图。
[0031] 图4是接收端流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合使用低功耗蓝牙协议和说明书附图对本发明作进一步详细说明。
[0033] 根据蓝牙通信协议，采集波形数据的采样值为8位200点/秒，每点占1字节。每 间隔1/10秒发送一组20点的数据。为纠正传输丢帧的错误，数据采用交织的方式传输；交 织的深度为M(M> 1)，由交织深度M可以得到每一帧分的组数为N(N= 20+M)。在实施范 例中，交织深度定义为4,因此每一帧分的组数为5。
[0034] 实施的方式分为发射端数据处理环节和接收端数据处理环节。整体的系统流程图 如图1所示。
[0035] 发射端数据处理环节
[0036] 发送的数据序号定义为：[x3k，其中k为原始数据所在帧的序号；m为递增的整 数值，其最大值为M;n为递增的整数值，其最大值为N。
[0037] 发射端数据处理的流程图如图3所示，具体的数据发送步骤分为3步：
[0038] 步骤 1 :
[0039] 基于数据序号定义，将原始数据的第k帧I；的1-20个数据进行标记。由于每一帧 分的组数为5,原有数据的标记如下：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 原始数据第k帧的后的第k+1，k+2，…帧的每一帧内数据标记和第k帧相同，仅 改变帧的序号，即^可以表示为：
[