[发明专利]一种基于GPU加速的提高振动数据传输带宽方法

说明书

本发明公开了一种基于GPU加速的提高振动数据传输带宽方法，属于数据压缩算法和数据传输技术领域。该方法采用GPU压缩算法模块将数据体积进行压缩，数据在传输之后使用GPU解压缩算法模块将数据无损还原；GPU压缩算法模块根据振动数据的交变特性从而省去符号位，再根据采集器的分辨率和归一化记录方式进行大比例压缩数据；压缩的计算过程中将数据以图像RGBA的形式上传到显卡，利用OpenGL渲染的手段进行压缩计算，然后再将得到的图像传回本地内存，打包到数据结构中完成压缩；GPU解压缩算法将压缩数据包中记录的值根据压缩算法的逻辑对数据先进行模量还原，再进行符号还原。本发明能够使数据传输带宽提高一倍以上，从而降低数据传输过程出故障的几率。

技术领域

本发明涉及一种通过GPU加速的提高可靠性测试中振动数据传输带宽的方法，属于数据压缩算法、OpenGL图像渲染和数据传输技术领域。

背景技术

可靠性试验是可靠性工作的一个重要环节，在可靠性试验中有很重要的一部分就是振动测试。目前在振动测试实践中采集振动数据使用的数据为64位双精度浮点型数据，单个数据占内存8Bytes。通常一台采集器的传感器个数是64个，采样频率是5120HZ，那么单个传感器在1秒内产生的数据就达到40.96KB，所以单个采集器1秒的数据量要达到2.62MB，也就是说要求网络传输速度必须稳定地达到2.62M/s，即20.971Mbit/s。若单论速度，那么百兆网卡便可以轻松应对，然而在振动测试的实践中，都需要7*24小时长时间不间断工作，网卡负担越重越容易出现不稳定的情况，继而越容易导致数据积压或者传输中断导致测试失败；那么提高数据传输带宽就显得尤为重要。

目前用来提高带宽的方法主要有以下两种：一是提高硬件设施，例如用千兆网卡、千兆路由器等千兆级设备替换普通的百兆级设备；二是采用通用压缩算法压缩数据，使得保持传输数据速度不变的情况下能够传输更多数据。但是第一类方法成本高，因为替换设备需经历设备采购、旧设备拆卸、新设备安装和调试等步骤，大大地增加了时间、财力、人力成本；而第二类方法在压缩数据的过程中采用通用数据压缩方法，并没有抓住振动数据的特征，只是简单的数据复用，这样会导致遇到大量数据互不相等的情况下，很难进行有效压缩，因此通用算法压缩振动数据时压缩比不稳定；还有通用压缩算法占用CPU资源，增加CPU负担，这对于一个长时间高负荷工作的采集计算机来说是一个很大的挑战。

可靠性试验的成本高、耗时长，在传输过程中的任何故障都会导致整个试验过程的失败；现有技术在传输振动数据时需要的带宽较高，在长时间不间断工作时产生故障的几率会比较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于GPU加速的提高振动数据传输带宽方法，该方法能够使数据传输带宽提高一倍以上，从而降低数据传输过程出故障的几率，同时减少由压缩算法增加的CPU负担，进一步保证可靠性试验的成功进行。

一种基于GPU加速的提高振动数据传输带宽方法，该方法采用GPU压缩算法模块将数据体积进行压缩，数据在传输之后使用GPU解压缩算法模块将数据无损还原；

所述GPU压缩算法模块根据振动数据的交变特性从而省去符号位，再根据采集器的分辨率和归一化记录方式进行大比例压缩数据；压缩的计算过程中将数据以图像RGBA的形式上传到显卡，利用OpenGL渲染的手段进行压缩计算，然后再将得到的图像传回本地内存，打包到数据结构中完成压缩；所述GPU解压缩算法是将压缩数据包中记录的值根据压缩算法的逻辑对数据先进行模量还原，再根据振动数据交变特性进行符号还原。

进一步地，所述GPU压缩算法模块实现的步骤包括：

第一步：写入用于识别数据包的起始位置包头信息(0x0A 0x55)；

第二步：写入灵敏度，0x01表示16bit，0x02表示32bit；

第三步：写入首值符号，取源数据的第一个数的符号位直接写入；0x00表示‘+’，0x01表示‘-’；