移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定算法研究

舒松

（長江職業(yè)學(xué)院機(jī)電汽車學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引言

移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的傳輸穩(wěn)定性影響著5G時(shí)代的通信信息傳輸效率，物聯(lián)網(wǎng)傳輸穩(wěn)定性有幾大影響因素，如果能有效地將影響因素中的不利因素規(guī)避掉，就可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)點(diǎn)組網(wǎng)過程具有較大的變動(dòng)性，如果能將無線傳感功能和網(wǎng)點(diǎn)組網(wǎng)結(jié)合在一起就能保證傳輸?shù)陌踩訹1]。在物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中要預(yù)防病毒和黑客的惡意攻擊，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定算法側(cè)重于穩(wěn)定技術(shù)的提升，而事實(shí)上網(wǎng)絡(luò)安全問題也要重視起來。改善物聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性可以從改變傳輸方案入手，傳輸過程中加入實(shí)時(shí)反饋的評(píng)估環(huán)節(jié)，隨時(shí)隨地發(fā)現(xiàn)破壞數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的問題，隨時(shí)隨地進(jìn)行解決。還能在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中對(duì)惡意攻擊進(jìn)行防范。傳統(tǒng)算法對(duì)信號(hào)傳輸中突然信號(hào)減弱的現(xiàn)象沒有進(jìn)行針對(duì)性地解決處理，而是將它直接歸結(jié)為傳輸抖動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定方案都是只能解決一種影響因素，現(xiàn)有的傳輸容量下可以滿足傳輸需求，但隨著數(shù)據(jù)逐漸要在多種環(huán)境下進(jìn)行傳輸，需要研究出可以多途徑穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃惴ā?/p>

1 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸算法設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)鏈

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在傳輸過程中如果被后續(xù)數(shù)據(jù)覆蓋住，在同一個(gè)傳輸周期內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)鏈節(jié)點(diǎn)部署是隨機(jī)分散的，由網(wǎng)鏈上的中級(jí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量[2]，質(zhì)量良好就繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)傳輸?shù)闹噶畛霈F(xiàn)下滑就終止數(shù)據(jù)傳輸。由于網(wǎng)鏈的傳輸容量受限，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中如果出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致傳輸工作被迫中斷。因此傳輸網(wǎng)鏈最好可以避免傳輸數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象發(fā)生。針對(duì)傳輸網(wǎng)鏈線路抖動(dòng)和覆蓋數(shù)據(jù)現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計(jì)閾值控制數(shù)據(jù)傳輸節(jié)奏，設(shè)網(wǎng)鏈上信號(hào)接收節(jié)點(diǎn)為a，信號(hào)干擾比為X。

公式中，P表示節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸功率，Pa表示在節(jié)點(diǎn)a上當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓β省axg表示干擾信號(hào)的因素分布函數(shù)的最大值。由于要將集中影響因素都算在內(nèi)，信號(hào)端口發(fā)出的移動(dòng)信號(hào)在傳播過程中的損耗、數(shù)據(jù)傳輸中受到的噪聲干擾的信號(hào)衰減、網(wǎng)鏈傳輸中的線信號(hào)衰減我們都要在同一個(gè)算法中考慮清楚。按照傳輸?shù)捻樞蛐?，信?hào)干擾的數(shù)值要高于會(huì)對(duì)傳輸造成影響的標(biāo)定數(shù)值。

1.2 網(wǎng)鏈控制節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定

為了避免數(shù)據(jù)傳輸突然中斷，算法中數(shù)據(jù)要多途徑進(jìn)行傳輸。但是其中一條途徑出現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)傳輸受限的現(xiàn)象，其他途徑雖然能保證傳輸不中斷，但承擔(dān)了多于一個(gè)線路的傳輸內(nèi)容，就會(huì)降低傳輸穩(wěn)定性。針對(duì)這種原因?qū)е碌牟环€(wěn)定現(xiàn)象，需要無感信號(hào)重新連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)鏈鏈路處于抖動(dòng)狀態(tài)，第5次觸發(fā)時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于滿足穩(wěn)定分布狀態(tài)，此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸在傳輸周期內(nèi)的狀態(tài)是穩(wěn)定的，當(dāng)觸發(fā)次數(shù)超過負(fù)荷閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)傳輸受限的情況。將傳輸途徑中最先進(jìn)入受限狀態(tài)的線路進(jìn)行剔除處理，當(dāng)某個(gè)路徑突然出現(xiàn)傳輸受干擾的情況，功率高的節(jié)點(diǎn)馬上對(duì)被干擾路徑進(jìn)行信號(hào)支援，以便被干擾路徑出現(xiàn)信號(hào)中斷。

1.3 可控節(jié)點(diǎn)失效狀態(tài)處理

增加節(jié)點(diǎn)的抗噪聲能力可以有效的提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，抗噪聲的能力由傳輸路徑的工作能力和信號(hào)傳輸?shù)墓β氏膩硖嵘?，物?lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)功率消耗是持續(xù)不斷的，觸發(fā)次數(shù)一旦超過負(fù)荷閾值物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的可控狀態(tài)時(shí)空，補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)填補(bǔ)功率消耗的傳輸能量，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)鏈滿足最大負(fù)荷閾值的功率損耗，但此時(shí)節(jié)點(diǎn)依舊處于臨界狀態(tài)[3]，也就是說一旦功率損耗在此時(shí)突然加大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧⒖檀蚱品€(wěn)定狀態(tài)[4-5]。所以此時(shí)一定要保證能耗保持在最低水平：

網(wǎng)鏈中的傳輸周期為t，tp是一個(gè)傳輸周期的傳輸數(shù)據(jù)，y是最大閾值，d是在本文設(shè)計(jì)的算法下的降噪平均值，當(dāng)初始節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，能耗保持在最低水平，當(dāng)y滿足可控狀態(tài)的時(shí)候，不會(huì)再出現(xiàn)可控節(jié)點(diǎn)失效狀態(tài)，備用的能量補(bǔ)充可有效控制能量損耗導(dǎo)致的傳輸受限現(xiàn)象。

2 實(shí)驗(yàn)

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的算法是否能夠起到穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔茫O(shè)計(jì)了本次實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)供節(jié)點(diǎn)分布的網(wǎng)絡(luò)矩形，發(fā)送信號(hào)的端口和來接收信號(hào)的端口設(shè)置一致。采用5G信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)算法進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)兩種算法穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/p>

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域?yàn)?000/2000的矩形區(qū)域，發(fā)送端點(diǎn)在矩形區(qū)域的左下角設(shè)置，接收端口在矩形對(duì)角線另一端。設(shè)置發(fā)射信號(hào)大于節(jié)點(diǎn)噪聲干擾的可承受的最大范圍。在信號(hào)集中發(fā)出的情況下，數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生擁堵現(xiàn)象，信號(hào)傳輸途徑為5條，仿真參數(shù)如下表：

表1 仿真參數(shù)

在一個(gè)信號(hào)傳輸周期內(nèi)，記錄噪聲閾值內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)擁擠程度，通過本文算法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的受限次數(shù)，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)1200個(gè)完全滿足日常物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，傳輸能量設(shè)置為ERTRU=100，CDFI=100，傳輸能量在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不再改動(dòng)，以保證仿真實(shí)驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)有效。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

測(cè)試網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在一個(gè)傳輸周期內(nèi)的擁擠時(shí)間，首先將傳統(tǒng)算法1和傳統(tǒng)算法2的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)平均速度設(shè)置為每秒30米的初始模式，考慮到白噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，本文設(shè)計(jì)的算法對(duì)白噪聲的干擾有很好的減弱能力。擴(kuò)大了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸抖動(dòng)監(jiān)控范圍。

如圖1所示，傳統(tǒng)算法的網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)間在閾值范圍內(nèi)較低，一旦信號(hào)傳輸強(qiáng)度超過閾值，網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)間就會(huì)變長并且恢復(fù)時(shí)間不固定。本文設(shè)計(jì)的算法在多途徑傳輸信號(hào)的前提下穩(wěn)定信號(hào)的傳輸，不同頻率的白噪聲干擾都能被分割成不同層次的噪聲干擾信號(hào)，并且能夠精準(zhǔn)識(shí)別并優(yōu)化傳輸途徑的穩(wěn)定性。隨著節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的不斷加快，網(wǎng)鏈的減少損耗能力不斷增強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩讲]有出現(xiàn)明顯擁塞現(xiàn)象。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文設(shè)計(jì)的算法的網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)間低于傳統(tǒng)算法。

圖1 網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)間測(cè)試

3 結(jié)語

本文通過融合節(jié)點(diǎn)連接網(wǎng)鏈和削弱噪聲對(duì)信號(hào)的干擾兩點(diǎn)重新設(shè)計(jì)了移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定算法。但此次算法設(shè)計(jì)由于個(gè)人對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究經(jīng)驗(yàn)有限，還存在很多不足之處。希望在接下來的研究中可以針對(duì)網(wǎng)鏈的抖動(dòng)頻率和數(shù)據(jù)的傳輸帶寬等方面進(jìn)一步研究穩(wěn)定物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的新算法。