基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)改進(jìn)

梁凱 張銀克

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù); 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng); 通信速度; 通信成本; 通信質(zhì)量; 轉(zhuǎn)信路由

中圖分類號(hào)： TN914?34; TP311 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）04?0109?03

Improvement of network communication system based on big data

LIANG Kai， ZHANG Yinke

（Informatization Technology Center， Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang 471026， China）

Abstract： In allusion to the problems of slow communication speed， high cost， and poor communication quality existing in current network communication systems， an improved method of a network communication system based on big data is proposed. The hardware platform and software system of the system are designed by analyzing the requirements of the network communication system， so as to determine the composition of the communication system. The operating system of the system is determined according to the hardware platform of the system， so as to realize architecture design of the network communication system. The signal transmit routing control of the system is designed to improve the communication quality. On this basis， the connection circuit and reset circuit of the system are designed to ensure the normal operation of the system and realize improvement of the network communication system based on big data. The experimental results show that the system designed by the proposed method has a fast communication speed， low communication energy consumption， and low data packet loss rate during the communication process.

Keywords： big data; network communication system; communication speed; communication cost; communication quality; signal transmit routing

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟使得網(wǎng)絡(luò)通信方式層出不窮，各種通信方式之間信息互通問題成為相關(guān)專家學(xué)者研究的重點(diǎn)[1]。搭建適用于各種通信手段的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)通信方式之間信息互通的主要手段，對(duì)其研究不斷深入[2]。無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星作為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的信息通信傳輸手段，但在很多時(shí)候，電臺(tái)和有線電話的使用仍發(fā)揮著自身特有的重要地位。通過設(shè)計(jì)一個(gè)基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星、電臺(tái)、有線電話等通信方式之間信息互通。隨著通信方式的發(fā)展，對(duì)該課題的研究逐漸成為相關(guān)專家學(xué)者研究的重點(diǎn)。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)無法保證信息互通過程中信息的準(zhǔn)確性和完整性，影響通信系統(tǒng)性能[3]。

隨著研究?jī)?nèi)容的深入，已產(chǎn)生一些較為成熟的理論和應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]提出一種基于CAN總線的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，但這種方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)信息的傳輸速度較慢，影響通信系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)[5]提出一種基于北斗衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，但這種方法在通信過程中，數(shù)據(jù)的丟包率較高，影響傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[6]提出一種基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，但這種方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)受數(shù)據(jù)傳輸速度的影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)效率較差。為此，本文提出一種基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

1 ?基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)改進(jìn)

1.1 ?網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過分析網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)需求，對(duì)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中硬件平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)見圖1。

通過圖1看出，S3C2410模塊是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的核心模塊，利用該模塊在實(shí)現(xiàn)ARM核控制的同時(shí)，豐富外圍資源。存儲(chǔ)模塊主要由64 MB的NAND FLASH和SDRAM存儲(chǔ)器模塊組成。通信模塊主要是由串口和以太網(wǎng)接口模塊組成，利用以太網(wǎng)接口模塊構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息傳輸?shù)耐ǖ繹7]。利用RS 232芯片實(shí)現(xiàn)UART接口與用戶主機(jī)之間的串口通信，通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試與維護(hù)，通過總線擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線的可擴(kuò)展性。設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采用Linux 2.6版本作為操作系統(tǒng)的內(nèi)核，并通過GNU工作鏈實(shí)現(xiàn)程序的編碼等功能。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，利用S3C2410實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)。以太網(wǎng)芯片采用16位以太網(wǎng)控制器CS8900A，其包括片上RAM，10Base?T傳輸和接收信號(hào)的濾波器。該芯片具有使用靈活的優(yōu)點(diǎn)，能夠提高系統(tǒng)的性能[8]。

在此基礎(chǔ)上，為保證系統(tǒng)通信質(zhì)量，對(duì)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)信路由控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。其作為系統(tǒng)通信過程中數(shù)據(jù)的交換機(jī)，通過轉(zhuǎn)信方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合組網(wǎng)。系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信控制器能夠?qū)崿F(xiàn)通信協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，即實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)與IP數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換[9]。還需對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸路由進(jìn)行控制，確定網(wǎng)絡(luò)通信的信道。

在設(shè)計(jì)的過程中，通過固定路由表對(duì)通信路由進(jìn)行控制。用戶對(duì)通信的路由表進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的路由表尋找通信信道，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)信傳輸。根據(jù)設(shè)置的路由表，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)會(huì)有多個(gè)通信信道，需要根據(jù)信道的優(yōu)先順序進(jìn)行排列使用[10]。

1.2 ?系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括控制器S3C2410、以太網(wǎng)控制器CS8900A以及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧W3100A以及網(wǎng)絡(luò)接口。其中W3100A與控制器S3C2410利用I2C接口模式進(jìn)行連接。I2C接口模式連接示意圖如圖2a）所示。其中引腳RX_CLK，RXDV，RXD[0：3]以及COL實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)數(shù)據(jù)的接收，TX_CLK，TXE，TXD[0：3]實(shí)現(xiàn)信號(hào)信號(hào)的輸出。在系統(tǒng)中，采用PULES的J0011型變壓器，其內(nèi)部結(jié)果如圖2b）所示。該變壓器集成了BJ 45接頭，在降低電路復(fù)雜度的同時(shí)，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?fù)位電路作為系統(tǒng)的重要電路，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，W3100A的復(fù)位引腳為高電平有效，則在對(duì)系統(tǒng)復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，要求能夠同時(shí)產(chǎn)生高、低兩路復(fù)位信號(hào)，見圖2c）。

通過對(duì)基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中電路連接、以太網(wǎng)變壓器結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了證明所提基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的有效性和可行性，從系統(tǒng)的通信時(shí)延、系統(tǒng)能耗以及系統(tǒng)通信過程中數(shù)據(jù)的丟包率等方面進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)過程中采用Windows 2007作為實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)，利用Matlab對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行模擬，得到的結(jié)果如下所述。實(shí)驗(yàn)過程中，利用不同方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，確定不同方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通信時(shí)延。通過實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果見表1。

通過表1看出，本文系統(tǒng)的通信時(shí)延最短。所提方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的過程中，利用嵌入式Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行通信，其具有操作簡(jiǎn)單，通信速度較快的優(yōu)點(diǎn)，使得所提方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通信時(shí)延最短。在通信實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過采集系統(tǒng)通信過程中的能耗數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)能耗。得到的結(jié)果見表2。

通過表2可知，采用所提方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，通信的能耗最少。所提方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的過程中，對(duì)通信的信道進(jìn)行選取，減少了傳輸距離，降低了傳輸過程中使用的能耗，使得設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的能耗較少。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的過程中，分別利用不同方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，確定數(shù)據(jù)的丟包率，并將每10次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為一組，確定系統(tǒng)丟包率范圍。通過實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果見圖3。由圖3知，本文系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信過程中，數(shù)據(jù)丟包率在2%～5%之間;文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信過程中，數(shù)據(jù)的丟包率在3%～10%之間;文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信過程中，數(shù)據(jù)的丟包率在2%～9%之間。說明所提方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通信過程中，數(shù)據(jù)的丟包率較低，較好地保證了通信質(zhì)量。

3 ?結(jié) ?論

針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)存在的通信質(zhì)量差、速度慢且成本高的問題，提出一種基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法能夠有效緩解當(dāng)前方法存在的不足，為該課題的深入研究發(fā)展提供依據(jù)。

注：本文通訊作者為張銀克。

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