基于NB?IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型研究

黃海洋

（鞍山師范學(xué)院，遼寧 鞍山 114007）

0 引 言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用極大地加快了大眾的生活節(jié)奏和信息傳遞的速度，多道并行程序是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程的新型技術(shù)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)召測(cè)模型中，加快計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度[1-2]。目前，多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)共享儲(chǔ)存兩個(gè)領(lǐng)域[2-3]。

并行程序是處理器的重要執(zhí)行命令的程序之一。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技術(shù)以連接網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信效果好、使用時(shí)間長(zhǎng)并且具有超高的信號(hào)識(shí)別能力的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。

因此，本文研究的基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)的召測(cè)模型是在傳統(tǒng)并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的基礎(chǔ)上，融合數(shù)據(jù)的共享存儲(chǔ)方法和NB-IoT 技術(shù)，達(dá)到提高多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)的召測(cè)模型能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)處理器的引擎達(dá)到最好的效果。

1 基于NB?IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型

目前，多道并行程序的數(shù)據(jù)召測(cè)模型存在耗電大、數(shù)據(jù)傳輸效率普通以及安全加密性差等問(wèn)題，一旦數(shù)據(jù)召測(cè)模型啟動(dòng)消耗電能大，就會(huì)導(dǎo)致工作設(shè)備使用周期變短，為數(shù)據(jù)的傳輸帶來(lái)麻煩。

為解決以上不足之處，本文通過(guò)分析多道并行程序數(shù)據(jù)傳遞的方式和NB-IoT 機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方法，完善數(shù)據(jù)召測(cè)模型，進(jìn)而提高模型的數(shù)據(jù)處理速率和安全性。

基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的核心為數(shù)據(jù)傳輸方式和NB-IoT 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，多道并行程序的數(shù)據(jù)傳輸方式是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，召測(cè)模型的多道并行程序傳輸?shù)膬啥朔謩e為處理器和NB-IoT 算法的接收端[4-5]。

多道并行程序數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程為識(shí)別處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)程，并且根據(jù)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類，因?yàn)閿?shù)據(jù)程序具有唯一性，數(shù)據(jù)在多道并行程序轉(zhuǎn)換時(shí)，以每個(gè)數(shù)據(jù)程序的標(biāo)碼進(jìn)行不同格式的數(shù)據(jù)封裝傳輸[6-7]。

本文采用的數(shù)據(jù)傳輸方式為多道并行通道傳輸方式，提高了數(shù)據(jù)召測(cè)模型傳輸數(shù)據(jù)的速率。傳輸參數(shù)計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：Ii表示消耗電流；ak表示并行數(shù)據(jù)特征量；bk表示程序數(shù)據(jù)特征量；pi表示消耗功率；ε 表示參數(shù)閾值；δE表示傳輸參數(shù)。

根據(jù)傳輸參數(shù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)定傳輸機(jī)制。基于NBIoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型傳輸機(jī)制如圖1所示。

圖1 基于NB?IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型傳輸機(jī)制

觀察圖1 可知，NB-IoT 技術(shù)在充分考慮到多道并行程序數(shù)據(jù)的傳輸格式和傳輸節(jié)點(diǎn)封裝的并行后，能夠有效完成通信數(shù)據(jù)的傳輸，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多通道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)操作[8]。

根據(jù)式（1）導(dǎo)出程序數(shù)據(jù)量為：

式中w 表示數(shù)據(jù)程序總量。

并行數(shù)據(jù)特征量導(dǎo)出公式為：

基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型通過(guò)有條理的調(diào)度，執(zhí)行錄入模型內(nèi)的進(jìn)程，根據(jù)不同的進(jìn)程選擇不同的數(shù)據(jù)多道并行運(yùn)行程序，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，避免模型在運(yùn)算過(guò)程中因?yàn)槎嗟啦⑿蟹绞狡茐母鱾€(gè)數(shù)據(jù)的格式，使數(shù)據(jù)失效，不具備運(yùn)算基礎(chǔ)。在完成信息導(dǎo)出后，得到基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型計(jì)算公式如下：

式中M 為求得的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型。

基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型如圖2所示。

圖2 基于NB?IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型

模型內(nèi)的線程指的是數(shù)據(jù)調(diào)度的最小單位，線程分為5 個(gè)不同的狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)代表著模型內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸狀態(tài)，有利于工作人員對(duì)模型內(nèi)部計(jì)算進(jìn)行檢查[9]。多道并行程序運(yùn)行進(jìn)程如圖3 所示。

圖3 多道并行程序運(yùn)行進(jìn)程

一個(gè)完整的多道并行程序由多個(gè)進(jìn)程組成，一個(gè)進(jìn)程又由許多的線程組成，所以線程是模型運(yùn)算的核心。

為了提高基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的工作效率，在多道并行程序的運(yùn)行環(huán)境內(nèi)增加了計(jì)算機(jī)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的匹配包，目的是縮短節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)的識(shí)別時(shí)間，加快數(shù)據(jù)的召測(cè)速度。匹配包示意圖如圖4所示。

圖4 匹配包示意圖

在NB-IoT 技術(shù)集成的數(shù)據(jù)召測(cè)模型中，NB-IoT 機(jī)制能夠很好地縮短多道并行程序的數(shù)據(jù)召測(cè)模型的計(jì)算時(shí)間。NB-IoT 方法接收到通道傳來(lái)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成功后，啟用NB-IoT 機(jī)制，將數(shù)據(jù)合理地分配到計(jì)算機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)被同一時(shí)間分割為許多的小數(shù)據(jù)包，在一定程度上緩解了計(jì)算機(jī)處理器的存儲(chǔ)空間，并且有利于數(shù)據(jù)的調(diào)用與集成。最后模型通過(guò)計(jì)算將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴暾?qǐng)數(shù)據(jù)的接收站，完成數(shù)據(jù)的傳遞。

通過(guò)以上分析可以得出，基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的結(jié)構(gòu)特性既可以完成處理數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題，也解決了模型內(nèi)緩存進(jìn)程過(guò)多的問(wèn)題。

2 基于NB?IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)流程

通過(guò)研究，本文建立了基于NB-IoT 的多道并行程序召測(cè)模型，為了更加清晰地簡(jiǎn)述模型的特點(diǎn)和運(yùn)算過(guò)程，本文進(jìn)一步完成基于NB-IoT 的多道并行程序召測(cè)模型的流程分析研究，具體流程如圖5 所示，分為3 個(gè)步驟。

圖5 多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型工作流程

Step1：將NB-IoT 的多道并行程序召測(cè)模型連入計(jì)算機(jī)內(nèi)并進(jìn)行初始運(yùn)行，確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境與模型的運(yùn)算環(huán)境相符合。初始實(shí)驗(yàn)完成后，實(shí)現(xiàn)召測(cè)模型的環(huán)境下載，為模型的運(yùn)算奠定基礎(chǔ)。運(yùn)行環(huán)境初始化后工作人員將信息錄入召測(cè)模型中，完成身份驗(yàn)證，等待進(jìn)行數(shù)據(jù)的召測(cè)工作，如果身份驗(yàn)證不通過(guò)，那么模型將不具備任何功能。

Step2：多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型在運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)器識(shí)別功能一直開啟，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的格式和數(shù)據(jù)運(yùn)行通道的狀態(tài)，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，要立即修復(fù)，因?yàn)殄e(cuò)誤狀態(tài)下不能對(duì)多道并行程序數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)反映操作。

Step3：通過(guò)模型將程序數(shù)據(jù)進(jìn)行BMS 反饋，轉(zhuǎn)換模型可識(shí)別程序數(shù)據(jù)格式，通過(guò)NB-IoT 技術(shù)對(duì)程序數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，召測(cè)結(jié)果將在計(jì)算機(jī)屏幕上輸出。

NB-IoT 技術(shù)性能并不是通過(guò)處理器的負(fù)載強(qiáng)度表現(xiàn)的，而是通過(guò)對(duì)處理器負(fù)載數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)值計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中采用開放式線程算法，將各個(gè)緩存排隊(duì)的進(jìn)程進(jìn)行任務(wù)解壓，解壓到規(guī)定的線程數(shù)量范圍內(nèi)，為處理器清理出很大的數(shù)據(jù)內(nèi)存空間，從而使處理器高效運(yùn)行。

基于NB-IoT 的多道并行程序召測(cè)模型在運(yùn)算過(guò)程中對(duì)程序的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)采用數(shù)據(jù)多核計(jì)算原則，減少了模型計(jì)算的復(fù)雜度，提高模型的運(yùn)行速率。因?yàn)楸疚难芯康恼贉y(cè)模型采用多道并行程序，并且考慮到了處理器計(jì)算數(shù)據(jù)的飽和節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸端口的帶寬大小和多道并行程序的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，使得召測(cè)模型的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算速率快于其他模型?；贜B-IoT 的多道并行程序召測(cè)模型結(jié)合了多個(gè)新型技術(shù)和算法，因此在模型計(jì)算過(guò)程中，每個(gè)算法出現(xiàn)故障和錯(cuò)誤都會(huì)對(duì)模型的召測(cè)結(jié)果有影響。

3 實(shí)驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的有效性，與傳統(tǒng)召測(cè)模型（多核集群系統(tǒng)下的召測(cè)模型和日志數(shù)據(jù)下的召測(cè)模型）進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1 所示。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)參數(shù)，選擇本文研究的基于NB-IoT的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型與傳統(tǒng)的基于日志數(shù)據(jù)的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型、基于多核集群系統(tǒng)的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證模型運(yùn)行過(guò)程不同病毒的入侵量，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

根據(jù)表2 可知，選用了6 種病毒進(jìn)行入侵，基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型能夠很好地抵擋外來(lái)病毒入侵，傳統(tǒng)模型對(duì)于外來(lái)入侵病毒雖然也具備一定的抵御，但是相對(duì)抵御能力較低。對(duì)于本文選擇的6 種病毒，基于NB-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型的平均抵御率都能夠達(dá)到90%，而傳統(tǒng)召測(cè)模型從整體來(lái)看，抵御能力較差。

表2 病毒入侵檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

召測(cè)模型以NB-IoT 技術(shù)和多道并行程序數(shù)據(jù)的通信機(jī)制為核心，因此具備較強(qiáng)的擴(kuò)展性、降低數(shù)據(jù)通信開銷、實(shí)現(xiàn)通信和計(jì)算重疊、CPU 的高效利用以及提高計(jì)算機(jī)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算速度等優(yōu)勢(shì)。

因?yàn)楸疚慕⒌幕贜B-IoT 的多道并行程序數(shù)據(jù)模型在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享存儲(chǔ)的條件下采用跨語(yǔ)言的通信協(xié)議，在原有的程度上簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳遞程序，減少了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)緩存進(jìn)程的排隊(duì)數(shù)量，數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中需要的節(jié)點(diǎn)也減少，達(dá)到了降低數(shù)據(jù)通信開銷的結(jié)果。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)召測(cè)模型多道并行程序原則性強(qiáng)，數(shù)據(jù)擴(kuò)展能力弱，為了解決問(wèn)題，本文建立的模型采用NB-IoT 技術(shù)，具有數(shù)據(jù)分析能力和平衡負(fù)載能力。

數(shù)據(jù)分析能力為數(shù)據(jù)的擴(kuò)展提供應(yīng)用基礎(chǔ)，NB-IoT技術(shù)的平衡負(fù)載功能對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)共享的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)并行粒度分化，與多道并行程序的處理方式相符合，提高了多道并行程序數(shù)據(jù)召測(cè)模型對(duì)數(shù)據(jù)代碼的擴(kuò)展能力。

模型安全系數(shù)如圖6 所示。

圖6 模型安全系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖6 可知，本文研究的召測(cè)模型安全系數(shù)始終在0.9～1.0 之間，多核集群系統(tǒng)下的召測(cè)模型安全系數(shù)在0.8～0.9 之間波動(dòng)，日志數(shù)據(jù)下的召測(cè)模型在0.7～0.8 之間波動(dòng)。由此可見，本文研究的召測(cè)模型安全系數(shù)更高。

多道并行程序的特點(diǎn)就是同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)的通信以及處理，NB-IoT 技術(shù)將各個(gè)單線程串行起來(lái)，在同一時(shí)間維度下，完成多進(jìn)程的多道并行程序數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和計(jì)算的重疊操作，提高數(shù)據(jù)召測(cè)的效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文首先分析NB-IoT 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，然后根據(jù)多道并行程序的通信方式和數(shù)據(jù)召測(cè)機(jī)制，建立基于NB-IoT 的多道并行程序的數(shù)據(jù)召測(cè)模型，最后分別分析數(shù)據(jù)召測(cè)模型的流程和優(yōu)勢(shì)，確保基于NB-IoT 的多道并行程序的數(shù)據(jù)召測(cè)模型的性能。本文研究的新型數(shù)據(jù)召測(cè)模型，一方面可以在保證計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信安全的基礎(chǔ)上達(dá)到計(jì)算機(jī)處理器高度引擎的效果，另一方面可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>