摘要：考慮到健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的來源復(fù)雜，在傳輸過程中容易出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象，本文提出了基于人工智能的健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制研究。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸鏈路的拓撲結(jié)構(gòu)，計算健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸延時，利用健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程中的速率，預(yù)測健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞程度。通過對健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸延時的歸一化處理，得到健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制的最佳路徑，實現(xiàn)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞控制。實驗結(jié)果表明，文中方法可以將健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸吞吐量提高到1700kbps以上。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)傳輸；擁塞控制；健康醫(yī)療；人工智能

引言

最近幾年，我國相繼發(fā)布了一系列加速建設(shè)區(qū)域衛(wèi)生與健康信息平臺的文件，促進了健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的融合[1]。健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)包含公民的各項基本信息和醫(yī)療信息，其來源十分復(fù)雜，涵蓋了醫(yī)院診斷、衛(wèi)生服務(wù)、保險、科研等各個領(lǐng)域，既關(guān)乎個人隱私，又關(guān)乎經(jīng)濟發(fā)展，更關(guān)乎國家的安全[2]。當(dāng)前，單純依賴于硬件的支持無法有效地緩解健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程中的擁塞，為了能夠在最短時間內(nèi)消除擁塞，必須提升醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)傳輸裝置對數(shù)據(jù)的處理水平。

楊美艷（2022）[3]針對目前WSN中存在的擁擠問題以及數(shù)據(jù)傳輸速率低等問題，提出一種將數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用到WSN擁塞控制的方法。利用發(fā)送節(jié)點對鄰近節(jié)點發(fā)送的信息進行監(jiān)測，并對其活動程度進行度量，從而判定鄰近節(jié)點的擁塞情況。利用顫動理論對離散指標(biāo)趨近控制進行了研究，設(shè)計了一種新的離散滑動模式阻塞控制器，對于有擁擠現(xiàn)象的WSN節(jié)點，利用基于相關(guān)度的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，對WSN擁塞情況進行控制。結(jié)果顯示，與常規(guī)的控制方法相比，該方法可以減少節(jié)點中的數(shù)據(jù)排隊長度波動，提高單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送量。網(wǎng)絡(luò)中的阻塞標(biāo)記率也可以保持一致，將其控制在4.5%左右，而網(wǎng)絡(luò)中的響應(yīng)時間可以控制在100ms左右，具備很好的控制性能。

1. 健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制方法設(shè)計

1.1 預(yù)測健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞程度

在控制健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞情況時，先明確數(shù)據(jù)傳輸鏈路上擁塞節(jié)點的部署情況，圖1給出了數(shù)據(jù)傳輸鏈路的拓撲結(jié)構(gòu)[4]。

根據(jù)圖1的拓撲結(jié)構(gòu)，利用人工智能技術(shù)判斷健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點的緩存容量，對數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞程度進行評估[5]。海量的健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程會由于積壓的影響，導(dǎo)致健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸出現(xiàn)排隊現(xiàn)象，如果較長時間內(nèi)無法對健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)進行傳輸，就會出現(xiàn)傳輸延時，用公式（1）計算，即：

（1）

式中，tL表示健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程產(chǎn)生的時延，tL1為數(shù)據(jù)傳輸鏈路L的原始時延，tL2為數(shù)據(jù)傳輸鏈路L的最大時延。

利用人工智能技術(shù)分解健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)，在多臺服務(wù)器的部署下，對發(fā)生擁塞的健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果反饋給用戶[6]。在人工智能的依托下，計算健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程中的速率，公式為

（2）

式中，vL表示健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，KL表示數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)擁塞窗口的大小。

在健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程中，每一個傳輸節(jié)點都會產(chǎn)生擁塞的數(shù)據(jù)，節(jié)點處累積的數(shù)據(jù)量為數(shù)據(jù)傳輸鏈路的傳輸速率與傳輸時延的乘積[7]。當(dāng)節(jié)點處發(fā)生擁塞的數(shù)據(jù)量在3個數(shù)據(jù)包以內(nèi)時，健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸不會出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象；當(dāng)節(jié)點處發(fā)生擁塞的數(shù)據(jù)量超過3個數(shù)據(jù)包時，健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸就會發(fā)生擁塞現(xiàn)象，在人工智能技術(shù)下，得到健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程中的擁塞程度，即：

擁塞程度小

網(wǎng)絡(luò)性能好 ? ? ? ? ? ?（3）

擁塞程度大

式中，表示數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點發(fā)生擁塞的數(shù)據(jù)量，表示各個擁塞節(jié)點積壓數(shù)據(jù)的閾值，表示健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程中第一個擁塞節(jié)點的積壓閾值。

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸鏈路的拓撲結(jié)構(gòu)，計算出數(shù)據(jù)的傳輸延時，結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸速率，預(yù)測了健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞程度。

1.2 設(shè)計健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制算法

以健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞程度預(yù)測結(jié)果為依據(jù)，利用數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先等級，調(diào)整隊列內(nèi)數(shù)據(jù)的緩存位置[8]。對于數(shù)據(jù)傳輸鏈路L而言，利用公式（4）對數(shù)據(jù)傳輸延時進行歸一化處理，即：

（4）

式中，tmax表示健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程中可以容忍的最大延時，t（x）表示預(yù)備路徑中健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸延時。

假設(shè)L（x）表示預(yù)備路徑中可以使用的帶寬，Hmax和Hmin表示預(yù)備路徑可以使用的最大帶寬和最小帶寬，利用公式（5）對備用路徑的可用帶寬進行預(yù)處理[9]，得到：

（5）

以公式（5）的處理結(jié)果為依據(jù)，當(dāng)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸路徑滿足公式（6）的約束時，將符合約束條件的傳輸路徑，作為健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制的最佳路徑[10]，即：

（6）

式中，可以保證健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸路徑中的可靠性，H表示申請健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸時所需帶寬，可以保證健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸所需帶寬小于傳輸路徑的可用帶寬范圍。

綜上所述，通過對健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸延時的歸一化處理，得到備用的可用帶寬，通過約束條件的設(shè)定，實現(xiàn)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞控制。

2. 實驗分析

2.1 設(shè)置實驗參數(shù)

為了驗證文中方法在健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制中的有效性，設(shè)置了實驗參數(shù)，如表1所示。

2.2 實驗方法

為了突出文中方法在健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制中的優(yōu)勢，引入基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的控制方法作對比，選擇健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率作為自變量，利用吞吐量指標(biāo)衡量健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的流暢性，如果健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的吞吐量比較高，表明數(shù)據(jù)傳輸過程比較順暢，反之，表明數(shù)據(jù)傳輸會受到阻礙。

2.3 結(jié)果分析

在表1的實驗參數(shù)下，測試了健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤碼率，結(jié)果如圖2所示。

從圖2的結(jié)果可以看出，采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的控制方法時，隨著誤碼率的逐漸增大，健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸吞吐量明顯下降，在1600kbps以下。采用文中方法時，健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸吞吐量在1700kbps～2000kbps之間，說明文中方法能夠有效控制健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的擁塞現(xiàn)象，避免健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸中受阻。

結(jié)語

本文提出了基于人工智能的健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程擁塞控制研究，通過預(yù)測健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)傳輸過程的擁塞程度，對健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的傳輸過程進行擁塞控制。經(jīng)過實驗測試發(fā)現(xiàn)，該方法能夠有效控制健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的擁塞現(xiàn)象，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。本文研究雖然取得一定成果，但是由于時間的限制，還存在很多不足，在今后的研究中，可以考慮關(guān)注數(shù)據(jù)傳輸鏈路的穩(wěn)定情況，避免數(shù)據(jù)傳輸鏈路的不穩(wěn)定性影響擁塞控制效果。

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作者簡介：侯浩天，博士研究生，研究方向：政務(wù)信息化、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)等。