0  引言

    數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是指在保證現(xiàn)有信息不丟失的情況下， 采取有效的措施對數(shù)據(jù)量進(jìn)行相應(yīng)的縮減，從而有效減少存儲空間，提高數(shù)據(jù)信息傳輸效率。在一般情況下，為了保證視頻、語音、圖像信息的真實，人們一般會選擇應(yīng)用有損壓縮方式。在社會經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展下，電網(wǎng)建設(shè)不斷深化，電力行業(yè)得到了長遠(yuǎn)發(fā)展。人類社會發(fā)展對電力信息需求提升，為了更好地管理用電信息，怎樣開采和應(yīng)用電力信息成為相關(guān)人員關(guān)注的重點(diǎn)，用電信息采集遠(yuǎn)程通信在此背景下得到了長遠(yuǎn)發(fā)展。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)在用電信息采集遠(yuǎn)程通信中的應(yīng)用一方面提高了用電信息采集效率，另外一個方面進(jìn)一步完善了用電信息采集系統(tǒng)。為此，本文就數(shù)據(jù)壓縮在用電信息采集遠(yuǎn)程通信中的應(yīng)用問題展開探討。

1  用電信息采集系統(tǒng)及遠(yuǎn)程通信概述

    用電信息采集系統(tǒng)是電力企業(yè)用來采集電力用戶用電信息的重要系統(tǒng)。隨著社會的不斷發(fā)展，用電信息采集系統(tǒng)的構(gòu)成變得日益復(fù)雜，用電信息需要借助遠(yuǎn)程通信進(jìn)行信息的傳輸。從實際應(yīng)用上看，用電信息采集遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)主要包括信息采集系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息收集和處理系統(tǒng)。大部分的信息集中在用戶端，由電能表、載波表和集中器共同組成，能夠?qū)τ脩粲秒娗闆r進(jìn)行全面的記錄，并借助集中器以遠(yuǎn)程通信的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳播。遠(yuǎn)程通信對保證用電信息的安全、真實，起到了十分重要的作用，是電力企業(yè)長遠(yuǎn)、可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素。

2  數(shù)據(jù)壓縮在用電信息采集遠(yuǎn)程通信中的作用

2.1  能夠有效降低用電信息遠(yuǎn)程通信成本費(fèi)用

    在用電信息傳輸?shù)倪^程中，遠(yuǎn)程通信一般是在用電信息采集站主要站點(diǎn)和終點(diǎn)站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。在信息傳輸過程中需要應(yīng)用的通信設(shè)施包括光纖、無線公網(wǎng)等。在多種通信設(shè)施中，無線公網(wǎng)是最為有效的方式，對人力、物力、財力的需求比較小，且維護(hù)起來比較方便，因而， 在現(xiàn)階段的用電信息采集遠(yuǎn)程通信中主要應(yīng)用無線公網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。需要注意的是，在應(yīng)用無線公網(wǎng)的時候需要各個網(wǎng)絡(luò)通道之間的互相連接，由此對信息運(yùn)營商發(fā)展帶來了一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在這樣情況下，怎樣通過數(shù)據(jù)壓縮來降低信息通信成本成為有關(guān)人員需要思考和解決的問題。

2.2  能夠有效提高用電信息的傳遞效率

    社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得人們的用電需求增加，同時，在電力系統(tǒng)的深化發(fā)展下，用電信息采集數(shù)據(jù)類型增多、操作也變得復(fù)雜。在用電信息采集站主要站點(diǎn)和終點(diǎn)站上， 用點(diǎn)信息終點(diǎn)站所需要的實時數(shù)據(jù)數(shù)量和類型比較龐大，無形中增加了用電數(shù)據(jù)的數(shù)量。在用電數(shù)據(jù)數(shù)量的增多下， 逐漸顯示出用電系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不適應(yīng)，無法實現(xiàn)對電力系統(tǒng)資源的合理、高效利用。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)在用電信息采集遠(yuǎn)程通信中能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行有效壓縮處理，由此提升了數(shù)據(jù)信息的壓縮采集效率，能夠更好地促進(jìn)用電信息采集遠(yuǎn)程通信發(fā)展。

3  用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文結(jié)構(gòu)

    用電信息采集遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)需要保障基本報文結(jié)構(gòu)的完整、安全、穩(wěn)定。為了保證數(shù)據(jù)信息的安全、有效，一般會選擇無損壓縮方式進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮操作。在應(yīng)用無損壓縮時，需要結(jié)合實際情況在對整個用電信息采集遠(yuǎn)程通信報文結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上，選擇恰當(dāng)?shù)膲嚎s方法和算法。在進(jìn)行用電信息采集站主站和終端數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臅r候，需要在一定的通信協(xié)議下進(jìn)行，按照協(xié)議的要求來確定信息傳輸方式。通信協(xié)議規(guī)范了用電信息采集站主站和終端數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式、編碼和傳輸規(guī)則。比如以國家電網(wǎng)發(fā)布的Q/GDW 376.1-2009 協(xié)議為例，相應(yīng)的幀格式具體如圖1所示。

    幀是通信報文的基礎(chǔ)，一般由多個字節(jié)數(shù)據(jù)按照一定的順序排列，不同的字節(jié)數(shù)據(jù)在通信協(xié)議中代表不同的含義。在Q/GDW 376.1-2009 協(xié)議幀格式中，幀的開始是以字符68H為標(biāo)志，之后的“長度L”字符包含的信息是通信報文常用協(xié)議信息，具體包括用戶數(shù)據(jù)區(qū)長度、協(xié)議版本信息等。在第二個字符串“68H”的后面是控制域“C”，代表的是通信報文信息的傳輸方向和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)類型。地址域“A”是用電信息采集終端系統(tǒng)地址信息。這些數(shù)據(jù)信息在應(yīng)用時通過鏈路用戶數(shù)據(jù)來進(jìn)行連接。

4  用電信息采集遠(yuǎn)程通信報文信息冗余度分析

    經(jīng)過大量的分析和研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)能夠被壓縮，對于信息量比較大的數(shù)據(jù)，可以應(yīng)用一些物理量來表示，物理量越小則證明數(shù)據(jù)信息量越小，數(shù)據(jù)信息量越小，越適合應(yīng)用二進(jìn)制位表示，數(shù)據(jù)信息被準(zhǔn)確表示的可能性就會越高。在一般情況下，數(shù)據(jù)是由多個字符組成的，字符是由多個不同長度的二進(jìn)制位組成，這些字符在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的可能性不同，如果將字符用S表示，字符S相對應(yīng)的概率是P，字符S的物理量E被定義為：

    在公式中，E代表的是以2為底P的對數(shù)，基本單位是二進(jìn)制位。受負(fù)號的影響，概率p越大，E就越小。在字符S出現(xiàn)的次數(shù)逐漸增多下，S所含有的信息量也會相應(yīng)的減少。為了進(jìn)一步驗證用電信息采集遠(yuǎn)程通信報文信息的冗余度問題，列舉出某電能量數(shù)據(jù)報文信息情況如表一所示。E是根據(jù)公式（1）中的字符量來確定的，在理論上代表這個字符表示所需要的二進(jìn)制位數(shù)。在理論上想要表現(xiàn)表一中的報文信息，最多需要186個二進(jìn)制位，但是表1中數(shù)據(jù)信息實際冗余度是（432-186）/432×100%=56.94%,可見，在理論上對用電信息采集遠(yuǎn)程通信報文進(jìn)行壓縮操作具有可行意義。

5  用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮分析

    現(xiàn)階段，用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮常常應(yīng)用無損壓縮方式，即LZ77算法。在應(yīng)用LZ77算法時還需要建立相應(yīng)的字典模型，并借助縮略詞的形式對這個模型對相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行壓縮處理，從而在對數(shù)據(jù)信息正確理解的基礎(chǔ)上達(dá)到通信目的，保證通信數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確有效，提高數(shù)據(jù)解壓效率。

5.1  應(yīng)用LZ77進(jìn)行用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮編碼

    用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮在應(yīng)用LZ77的時候，需要按照字典的規(guī)則要求，通過字符索引將相關(guān)數(shù)據(jù)的長字符進(jìn)行壓縮處理，并通過窗口滑動和預(yù)留區(qū)域來完成編碼操作。在實際的用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮中首先需要進(jìn)入到預(yù)置區(qū)，其次在進(jìn)入到滑動窗口，在滑動窗口建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)索引，將預(yù)置區(qū)和滑動窗戶口區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，找到和字符相匹配的字段，完成數(shù)據(jù)壓縮操作。文章主要以字符串“ababcabd”為例，具體說明怎樣應(yīng)用LZ77進(jìn)行用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮，具體操作流程如表2所示。在表2中，第一行是數(shù)據(jù)剛開始壓縮時候的狀態(tài)，數(shù)據(jù)信息被流在“預(yù)置區(qū)”。數(shù)據(jù)壓縮在第二行的時候正式開始，由于滑動窗口不存在數(shù)據(jù)信息，也不具備能夠匹配的字符串，因此將保留的字符a作為數(shù)據(jù)信息壓縮結(jié)果，并將壓縮之后的數(shù)據(jù)向前移動一個字符。在第三行區(qū)域的時候，預(yù)置區(qū)數(shù)據(jù)字符串是bab，相應(yīng)匹配數(shù)據(jù)串是是（b，ba，bab），在滑動窗口區(qū)域內(nèi)，字符a在不需要匹配的情況下就能進(jìn)行比較，因此，可以將b作為壓縮結(jié)果。在第四行區(qū)域中，預(yù)置區(qū)數(shù)據(jù)字符串是abc，在滑動窗口區(qū)域內(nèi)，區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)字符串是ab，相匹配的字符串組合是（a，ab），最長匹配的字符串是ab。以此類推，在預(yù)置區(qū)內(nèi)沒有可以匹配數(shù)據(jù)的時候，數(shù)據(jù)壓縮操作結(jié)束。通過這一系列操作發(fā)現(xiàn)，LZ77算法中涉及到的字典索引有兩種形式，在沒有匹配字符串的時候，字典索引是原來的字符，在有匹配字符串的時候，字典索引由長度、第一個字符共同組成。　

5.2  應(yīng)用LZ77進(jìn)行用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮解碼

    在應(yīng)用LZ77進(jìn)行用電信息采集遠(yuǎn)程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮解碼操作時主要應(yīng)用的是滑動窗口數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)解壓操作原則是對單個字符段的數(shù)據(jù)直接讀取，對于匹配字符段的數(shù)據(jù)要根據(jù)實際長度、首字母、偏移量等進(jìn)行字符還原操作。根據(jù)上文中提到的壓縮例子為例，LZ77算法的具體解碼操作如表3所示。根據(jù)表3發(fā)現(xiàn)，第一行數(shù)據(jù)是解壓開始狀態(tài)，壓縮結(jié)果中的字符代表的是單個字符，能夠?qū)直接讀入到滑動窗口中。在數(shù)據(jù)壓縮第二行，壓縮結(jié)果字符b也是單獨(dú)的字符，能夠被直接讀入到滑動窗口中。在第三行數(shù)據(jù)信息中，壓縮結(jié)果是匹配字符段的字典索引，總體偏移量是3，長度是2。在應(yīng)用的時候需要在滑動窗口中找到相應(yīng)的匹配字符串，在解壓之后將字符串放置到滑動窗口中。以此類推，在第五行的時候，所有數(shù)據(jù)信息得到壓縮還原，數(shù)據(jù)解壓操作結(jié)束。

6  結(jié)束語

    綜上所述，社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展帶動了電力系統(tǒng)的進(jìn)步，在新的歷史時期，為了能夠更好地促進(jìn)電力事業(yè)發(fā)展，滿足人類社會發(fā)展對電力系統(tǒng)的需求，需要相關(guān)人員進(jìn)一步完善用電信息采集遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，應(yīng)用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來處理各類用電信息采集遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)信息，并對相應(yīng)的信息進(jìn)行檢驗處理，提高用電信息傳輸效率，為電力系統(tǒng)的深化發(fā)展提供更多支持。

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作者信息：

杜錦陽，谷海彤，趙  穎，劉  毅，蔡秀玲

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）