基于高性能同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)的MAC層信道調(diào)度方法

江 南

（湖南大學(xué)物理與微電子學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

信道作為一種動(dòng)態(tài)化的信號(hào)傳輸媒介，主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信或者電磁控制等行業(yè)中，搭配相應(yīng)的處理技術(shù)，為人們的生產(chǎn)生活提供了極大的便利條件[1]。MAC層的信道在日常調(diào)度工作中與基礎(chǔ)信道存在一定的差異，MAC層通常屬于媒體介入的控制層，與OSI模型內(nèi)部的數(shù)據(jù)鏈路直接關(guān)聯(lián)，在一定程度上可以提升數(shù)據(jù)幀的傳輸速度和質(zhì)量，同時(shí)也可以形成一個(gè)定向的防護(hù)機(jī)制，在確保傳輸數(shù)據(jù)、信號(hào)安全的基礎(chǔ)上，形成循環(huán)調(diào)度網(wǎng)[2]。參考文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]為傳統(tǒng)隨機(jī)森林算法信道調(diào)度方法及傳統(tǒng)TCNNBiLSTM網(wǎng)絡(luò)信道調(diào)度方法，這一類方法在進(jìn)行信道調(diào)度處理的過程中雖然具有速度快、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢(shì)，但是常易受外部因素的影響，形成不同程度的調(diào)度誤差，無形中增加了信號(hào)傳輸過程中信道整體的壓力，對(duì)跳頻干擾、通信中斷等問題的處理效果也會(huì)降低，給信道調(diào)度工作造成阻礙[5]。

因此，該文對(duì)基于高性能同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)的MAC層信道調(diào)度方法進(jìn)行了分析與研究。與基礎(chǔ)的電纜接入方式不同的是，同軸電纜接入可以更快更好地將所屬區(qū)域的信道緊密關(guān)聯(lián)在一起，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)化的執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)，為日常信號(hào)的傳輸與接收提供便利，也進(jìn)一步推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，具有發(fā)展意義[3]。

1 構(gòu)建MAC層信道同軸電纜接入調(diào)度方法

1.1 信道分集劃定

通常情況下，為提高日常工作的處理效率及質(zhì)量，電力站或者相關(guān)系統(tǒng)會(huì)設(shè)定多個(gè)信道進(jìn)行信號(hào)的傳輸與接收，無形中擴(kuò)大了標(biāo)定的覆蓋區(qū)域，雖然可以為生產(chǎn)生活提供便利，但是一定程度上也增加了工作量。傳統(tǒng)的信道一般是以種類、地域、等級(jí)甚至傳輸距離等因素進(jìn)行劃分的，可以完成預(yù)設(shè)的調(diào)度目標(biāo)，但是較易出現(xiàn)偏差，且會(huì)形成較大的工作量，增加工作人員潛在壓力[6]。甚至存在一部分電網(wǎng)，在日常的調(diào)度任務(wù)及目標(biāo)方面并未對(duì)其做出具體劃歸，導(dǎo)致在利用信道進(jìn)行調(diào)度的過程中對(duì)電網(wǎng)造成了或多或少的損害，影響后續(xù)的調(diào)度工作。

所以可以對(duì)信道分集劃定，采用科學(xué)的方式確保其工作效率。根據(jù)信道傳輸信號(hào)的用途構(gòu)建對(duì)應(yīng)的服務(wù)等級(jí)，形成虛擬對(duì)稱信道，隨后計(jì)算出虛擬信道外的空閑幀，具體如公式（1）所示。

式中：F為虛擬信道外的空閑幀；φ為信道覆蓋區(qū)域；x1和x2分別為預(yù)設(shè)信號(hào)傳遞距離和實(shí)測(cè)信號(hào)傳遞距離；e為堆疊距離；i為運(yùn)行頻率。

由此得出空閑幀，對(duì)虛擬信道內(nèi)側(cè)與外側(cè)的范圍等效劃分，構(gòu)建分集源，標(biāo)記信道為VC1、VC2以及VC3，對(duì)信道的運(yùn)行狀態(tài)與用途進(jìn)行設(shè)定。這部分需要注意的是，不同頻率的調(diào)度信道雖然處于同一穩(wěn)定的調(diào)度頻道上，但是相互之間仍然存在差異，為避免出現(xiàn)較大的調(diào)度偏差，需要在程序中安裝一個(gè)感應(yīng)器，設(shè)定具體的感應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，在合理的范圍之內(nèi)將VC1、VC2以及VC3這3個(gè)調(diào)度信道調(diào)整至同一覆蓋范圍，同時(shí)確保同一類的信道的頻率一致，下卸數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源形成關(guān)聯(lián)，能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)信道的數(shù)據(jù)信息做出處理，形成多信源的狀態(tài)，完成信道的分集劃定，為后續(xù)的信道調(diào)度處理奠定基礎(chǔ)[7]。

1.2 均衡負(fù)載信源獲取及調(diào)度節(jié)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)信道的分集劃定，設(shè)定VC1的信源周期，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，設(shè)定VC2、VC3的信源周期。但是后續(xù)2個(gè)信道由于信源的初始預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以及承接標(biāo)準(zhǔn)不一致，因此需要設(shè)定對(duì)應(yīng)的調(diào)度間距，形成循環(huán)性的調(diào)度結(jié)構(gòu)，將對(duì)應(yīng)的調(diào)度程序及指令設(shè)定在體系中，針對(duì)實(shí)際的信道調(diào)度需求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基礎(chǔ)的信道指標(biāo)參數(shù)的劃定，見表1。

表1 信源指標(biāo)參數(shù)劃定表

結(jié)合表1的設(shè)定、信道的實(shí)際應(yīng)用情況及執(zhí)行需求，對(duì)相關(guān)的指標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)定、調(diào)整。此時(shí)，利用專業(yè)設(shè)備選擇一個(gè)數(shù)據(jù)包，利用布設(shè)的節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比例，根據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換范圍構(gòu)建不同種類的數(shù)據(jù)傳輸模塊，與信道調(diào)度的模式相符合，在一定程度上可以減少信道調(diào)度過程中存在的誤差。與此同時(shí)，還需要將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)模塊根據(jù)特定的格式轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)壓縮包，壓縮成信號(hào)并通過信道傳輸，測(cè)定出此時(shí)信道的負(fù)載值，如公式（2）所示。

式中：D為信道的負(fù)載值；?為VC1均值幀數(shù)；η為傳送幀數(shù)；?為堆疊區(qū)域?yàn)閭鬏斨芷?；R為單向傳輸距離。

結(jié)合得出的信道負(fù)載值和同軸電纜接入技術(shù)，測(cè)定出下行碼變動(dòng)速率，具體如圖1所示。

圖1 信道下行碼變動(dòng)速率圖示

從圖1可以了解到在不同的負(fù)載波動(dòng)環(huán)境之下信道傳輸下行碼的變動(dòng)速率，還需要根據(jù)變動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)度節(jié)點(diǎn)的布設(shè)。此時(shí)可以采用高性能同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)，先在預(yù)設(shè)的信道覆蓋范圍之內(nèi)接入一個(gè)動(dòng)態(tài)化的感應(yīng)器，標(biāo)記重點(diǎn)感應(yīng)位置，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的布設(shè)，再與路由器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，營(yíng)造穩(wěn)定的信道傳輸環(huán)境，同時(shí)完成對(duì)節(jié)點(diǎn)的調(diào)整和布設(shè)[4]。

1.3 同軸電纜接入網(wǎng)MAC層信道調(diào)度模型設(shè)計(jì)

利用布設(shè)在信道內(nèi)的調(diào)度節(jié)點(diǎn)獲取實(shí)時(shí)信息之后，根據(jù)MAC層信道的執(zhí)行模式，對(duì)實(shí)際的單向傳輸頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，接入認(rèn)知無線電跳頻程序，將信道調(diào)度Agent和電磁環(huán)境相融合，形成動(dòng)態(tài)化的交叉點(diǎn)[8]，根據(jù)實(shí)際電磁環(huán)境的變化調(diào)整此時(shí)調(diào)度節(jié)點(diǎn)的布設(shè)位置，形成多層級(jí)、多目標(biāo)的接入結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與信道相互交叉對(duì)應(yīng)。再結(jié)合同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)一步完善信道的傳輸模式，優(yōu)化模型的結(jié)構(gòu)，具體如下：可以先測(cè)定出與信道關(guān)聯(lián)的行為庫(kù)中的迭代數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的種類及屬性做出劃分，形成多層級(jí)的信道調(diào)度任務(wù)或者目標(biāo)，隨后采用特定的格式對(duì)數(shù)據(jù)及信息壓縮，完成之后保持信道處于運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)包以及信息的傳輸，具體如圖2所示。

結(jié)合圖2模型的調(diào)度結(jié)構(gòu)，可以獲取基礎(chǔ)的調(diào)度結(jié)果，接下來關(guān)聯(lián)行為庫(kù)，在不同的信道環(huán)境下，利用接入網(wǎng)技術(shù)測(cè)定出實(shí)際的反饋回報(bào)值，將其控制在0.25～0.55。但是這部分需要對(duì)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過濾和處理，結(jié)合實(shí)際得出的反饋回報(bào)值對(duì)信道內(nèi)部集中調(diào)度的空間進(jìn)行標(biāo)記與承接，形成一個(gè)循環(huán)式的調(diào)度流程。

圖2 同軸電纜接入網(wǎng)MAC層信道調(diào)度模型結(jié)構(gòu)圖示

此時(shí)需要確保調(diào)度信道與同軸電纜的運(yùn)行頻率一致，測(cè)算出單向的調(diào)度距離，促使信道處于穩(wěn)定的調(diào)度狀態(tài)。然后二次調(diào)整信道的運(yùn)行頻率，轉(zhuǎn)換接入的信號(hào)，根據(jù)用途進(jìn)行劃定，再根據(jù)同軸覆蓋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)階段式的調(diào)度，完成模型的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

1.4 同軸優(yōu)化處理實(shí)現(xiàn)調(diào)度

利用模型進(jìn)行初期的通信信號(hào)的調(diào)度，設(shè)定自動(dòng)化的調(diào)度周期，采用布設(shè)好的信道調(diào)度節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)信息，使用高性能同軸電纜接入技術(shù)，對(duì)信道中傳輸?shù)耐ㄐ判盘?hào)進(jìn)行追蹤標(biāo)記，并逐漸形成循環(huán)式的調(diào)度結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。

從圖3可以了解到循環(huán)式的調(diào)度原理。與此同時(shí)，根據(jù)信道傳輸范圍的變化，調(diào)整布設(shè)的節(jié)點(diǎn)，并重新搭接同軸電纜，進(jìn)行位置的轉(zhuǎn)換標(biāo)記，在不同的端口進(jìn)行同軸電纜接入，構(gòu)建動(dòng)態(tài)化的調(diào)度模式，再結(jié)合調(diào)度模型測(cè)定出實(shí)際的單向調(diào)度頻率，針對(duì)MAC層分化調(diào)度，完成處理。

2 方法測(cè)試

該測(cè)試主要是對(duì)基于高性能同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)的MAC層信道調(diào)度方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與研究?？紤]最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)可靠，選擇A電力站作為測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象，參考文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]，設(shè)定傳統(tǒng)隨機(jī)森林算法信道調(diào)度方法測(cè)試組、傳統(tǒng)TCNN-BiLSTM網(wǎng)絡(luò)信道調(diào)度測(cè)試組以及該文所設(shè)計(jì)的高性能同軸電纜接入網(wǎng)信道調(diào)度測(cè)試組。測(cè)試以對(duì)比的形式進(jìn)行分析，比照分析得出的測(cè)試結(jié)果后，結(jié)合信道調(diào)度的實(shí)際需求及標(biāo)準(zhǔn)搭建相應(yīng)的測(cè)試環(huán)境。

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

結(jié)合信道的執(zhí)行傳輸需求及標(biāo)準(zhǔn)搭建測(cè)試環(huán)境。選擇A電力站的Simulink平臺(tái)進(jìn)行測(cè)定，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的單向調(diào)度耗時(shí)為1.55 s，應(yīng)答干擾頻率變動(dòng)比為0.37，設(shè)置超快跳頻調(diào)度程序綜合跳速為1×15 hop/s，信道共標(biāo)定4條，采用多模式多目標(biāo)的傳輸方式，且設(shè)定為雙向傳輸，調(diào)度傳輸速率為1.5 Mbit/s，信號(hào)轉(zhuǎn)換調(diào)制方式為2FSK。根據(jù)上述獲取設(shè)定的數(shù)據(jù)信息，測(cè)算出調(diào)度跳頻，如公式（3）所示。

式中：E為調(diào)度跳頻；σ為取信噪比；?為干擾跟蹤頻率；γ為調(diào)制差。

結(jié)合得出的調(diào)度跳頻，在信道對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置一定數(shù)量的調(diào)度節(jié)點(diǎn)，確保各個(gè)信道之間的間隔為1.2 MHz，此時(shí)的干擾跟蹤概率為98%。

針對(duì)同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)的融合后干擾跟蹤概率需要達(dá)到100%，設(shè)定接入輔助的方式為同步接入，運(yùn)行頻率為5.75 MHz，信道傳輸信號(hào)的單向執(zhí)行耗時(shí)為0.45 s。完成測(cè)試環(huán)境的搭建之后，根據(jù)實(shí)際的調(diào)度要求進(jìn)行具體的測(cè)定驗(yàn)證。

2.2 測(cè)試過程及結(jié)果分析

根據(jù)上述搭建的測(cè)試環(huán)境進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試分析?？梢韵壤貌荚O(shè)的節(jié)點(diǎn)獲取基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)和信息，將平臺(tái)中的6組數(shù)據(jù)采用特定的格式轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包的形式。此時(shí)，利用控制系統(tǒng)對(duì)MAC層的信道下達(dá)執(zhí)行傳輸?shù)闹噶?，將?shù)據(jù)包根據(jù)屬性和用途分別設(shè)定在標(biāo)記的對(duì)應(yīng)信道中，利用構(gòu)建的同軸電纜接入網(wǎng)MAC層信道調(diào)度模型，將3組數(shù)據(jù)包二次轉(zhuǎn)換為信號(hào)，利用信道傳輸至對(duì)應(yīng)的位置之上，測(cè)定出傳輸耗時(shí)。如果均保持在1.5 s以內(nèi)，表明傳輸?shù)姆较蛞约奥窂綔?zhǔn)確，隨后進(jìn)行二次傳輸。但需要注意的是，在信道中設(shè)定干擾標(biāo)記點(diǎn)，測(cè)定信道的傳輸速度與質(zhì)量，測(cè)算出最終的誤比特率，如公式（4）所示。

式中：W為誤比特率；為傳輸距離；O為單向調(diào)度頻率；π1和π2分別為定向干擾范圍和動(dòng)態(tài)化干擾范圍。

對(duì)最終得出的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比照分析，見表2。

結(jié)合表2可以完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證：和設(shè)定傳統(tǒng)隨機(jī)森林算法信道調(diào)度方法測(cè)試組、傳統(tǒng)TCNN-BiLSTM網(wǎng)絡(luò)信道調(diào)度測(cè)試組相比，該文所設(shè)計(jì)的高性能同軸電纜接入網(wǎng)信道調(diào)度測(cè)試組最終得出的誤比特率均控制在10%以下，表明在實(shí)際的信道調(diào)度過程中，該方法調(diào)度誤差小、速度快且針對(duì)性強(qiáng)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

表2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，該文對(duì)基于高性能同軸電纜接入網(wǎng)技術(shù)的MAC層信道調(diào)度方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析?？紤]最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)可靠，結(jié)合同軸電纜接入技術(shù)，對(duì)信道進(jìn)行了深層次地設(shè)計(jì)與調(diào)度處理。在復(fù)雜的電力環(huán)境下，可以結(jié)合信道的傳輸規(guī)律及無線電跳頻執(zhí)行耗時(shí)情況調(diào)整信號(hào)的頻率，對(duì)信道中異常的位置快速定位，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)的調(diào)度工作提供參考依據(jù)。與此同時(shí)，該文還針對(duì)同軸電纜的接入現(xiàn)狀，測(cè)定出其等效覆蓋范圍，與所對(duì)接的信道形成搭接之后，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸及信道調(diào)度，整體提升了信道的使用質(zhì)量和效率。