電子科技論文數據通信下的物聯網交互技術

　　電子信息系統(tǒng)是由計算機、有/無線通信設備、處理設備、控制設備及相關的配套設備、設施（含網絡）等的電子設備構成的，按一定應用目的和規(guī)則對信息進行采集、加工、存儲、傳輸、檢索等處理的人機系統(tǒng)。本文是一篇電子科技論文范文，主要論述了數據通信下的物聯網交互技術研究。

　　摘要:隨著現代船用電子信息系統(tǒng)的發(fā)展，各電子設備之間及與設備與信息中心的數據交互越加頻繁，交互量越來越大，傳統(tǒng)的基于無線通信架構的數據通信系統(tǒng)已經越來越不能滿足海上大量數據的交互性能要求。物聯網是一種全新的互聯結構，其數據采集﹑傳輸是基于RFID射頻技術﹑傳感器技術及無線傳感網絡技術，能夠高效的對船用通信數據進行處理。本文研究海上無線通信網絡與物聯網結構，提出基于物聯網結構的擁塞算法，極大提高了海上通信網絡系統(tǒng)容量。

　　關鍵詞:物聯網,擁塞控制,無線通信

　　引言

　　船用電子信息系統(tǒng)應用類型越來越多，如海上氣象檢測系統(tǒng)﹑船舶跟蹤識別系統(tǒng)﹑船舶避碰系統(tǒng)及信息中心等，其對數據傳輸及處理量呈指數級增加，如何高效的對大數據進行通信傳輸﹑處理關系著整個船舶電子設備的運行效率。傳統(tǒng)的海上數據通信有基于3G，4G無線通信網絡，光纖網絡及無線局域網絡3種，隨著采集數據類型及數據量的增加，已經越來越不能滿足海上大量數據的交互要求。物聯網是一種全新的互聯結構，其數據采集﹑傳輸是基于RFID射頻技術﹑傳感器技術及無線傳感網絡技術[1]，能夠高效的對船用通信數據進行處理。本文研究現有的海上無線數據通信架構，重點研究數據通信中的擁塞控制算法，對現有的先入先出(FIFO)進行改進，提出一種新的加權平均隊列算法，有效平衡船用電子設備的網絡帶寬資源，提高其利用率。

　　1基于無線局域網的物聯網結構

　　基于海上無線局域網的物聯網結構采用RFID射頻芯片對船舶電子設備進行數據采集，在物聯網結構中對這些數據進行融合，最后將數據進行分裝并發(fā)送至無線局域網，同時通過無線局域網中的路由器與VPND虛擬網絡進行連接[2]?；诤Ｉ蠠o線局域網物聯網數據平臺結構如圖1所示?；诤Ｉ蠠o線局域網物聯網數據平臺分為以下3個區(qū)域:1)A為核心交換區(qū)，通過區(qū)域無線局域網與運營服務商進行連接，并對數據進行分組轉化，在整個網絡中處于核心地位。2)B為物聯網接入區(qū)，將A區(qū)傳輸的數據在物聯網中進行接入，必須要保證的是數據接口的統(tǒng)一及各種軟硬件的兼容性。3)C為基于VPND虛擬網絡的控制平臺，為船舶各電子設備提供服務。

　　2基于物聯網通信的擁塞控制算法

　　2.1基于TCP/IP協(xié)議的帶寬控制本文的海上數據通信利用TCP/IP協(xié)議，在傳輸層面對TCP包的大小及數量進行控制，具體的有分組調度控制﹑隊列管理控制及擁塞控制等。在基于TCP/IP傳輸中，首先需要確定對方CPU﹑內存等處理能力，也即一次能處理的信息數據塊大小，然后對發(fā)送及接收信號的窗口進行調節(jié)，改變信號傳輸率及TCP包的大小，對通信流量進行控制。在此，每次信號傳輸之前需要對窗口進行設置，以控制傳輸速率與流量[3]?；赥CP/IP協(xié)議物聯網擁塞控制主要包含以流量限制、傳輸恢復、初始化限額啟動及失敗重傳4個步驟。在每個階段，對傳輸窗口大小都有不同的調節(jié)機制來調節(jié)網絡帶寬﹑傳輸速率及一次性傳輸信息量大小;同時，需要保證一定的網絡帶寬利用率，本文通過在接收端和發(fā)送端增加緩進行控制。在海上物聯網通信系統(tǒng)中，通過構建以太網絡對流量進行控制策略如下:1)數據鏈路層。數據鏈路層為TCP/IP協(xié)議最底層，通過流量控制﹑糾錯控制﹑重傳機制及握手機制來確保雙方通信的暢通及準確。2)網絡層。網絡層位于TCP/IP協(xié)議的中間層，通常的網絡控制策略有分組調度策略﹑虛擬電路分組管理策略﹑分組排隊策略等。3)傳輸層。傳輸層位于TCP/IP協(xié)議上層，如上所述，控制方法有擁塞控制流量策略﹑帶寬控制策略﹑緩存隊列控制等。

　　2.2擁塞控制算法海上物聯網通信中的擁塞控制算法通過中心監(jiān)控設備對船用各電子設備的數據交互進行監(jiān)控，整個算法包括以下3個核心模塊:1)管控中心控制模塊管控中心控制模塊通過監(jiān)控中心對船用電子設備的數據傳輸﹑接收及處理等信息進行統(tǒng)計分析，對出現數據通信阻塞的節(jié)點進行管理。管理中心控制模塊需要充分利用現有的網絡帶寬資源，周期性(每180s)與各監(jiān)控設備進行連接，當各應用層發(fā)生故障時，則對其進行置位[4]。2)算法初始及啟動模塊由管控中心對算法模塊進行初始化及啟動，具體步驟如下:①首先進行通信網絡狀態(tài)及性能測試，管控中心獲取物聯網數據通信各網管的數據傳輸信息，每30s進行一次測試，統(tǒng)計數據報的延遲時間來調整窗口的大小，避免擁塞。②對船用各電子設備進行負載均衡，通過統(tǒng)計計算網格參數，如數據傳輸時間﹑窗口調整延遲﹑數據處理時間等動態(tài)信息，并通過負載均衡算法進行動態(tài)調整。3)發(fā)送?？毂疚乃惴ㄖ饕ㄟ^發(fā)送端對發(fā)送流量的控制進行擁塞管理，具體是將發(fā)送模塊置于通信網絡的各處網格中，通過ALC對實際系統(tǒng)訪問控制列表進行流量的控制。

　　2.3擁塞配置管理

　　當對數據進行分組時，其效率比PVC的發(fā)送速率更高，在其連接處會出現數據擁塞;同樣，當一個信息處理系統(tǒng)對數據的處理速率比其接收數據慢時，也會出現數據擁塞，其核心是通過資源調度策略來對流量進行控制，解決方法有:對TCP包進行分類管理﹑采用緩存隊列等方式，本文采用建立緩存隊列方式，下面進行詳細介紹。隊列調度算法有:先入先出(FIFO)、優(yōu)先隊列(PQ)及定制隊列(CQ)幾種[5]，本文首先詳細介紹先入先出(FIFO)的原理。在此基礎上對其進行改進，提出了一種加權平均隊列算法。FIFO調度算法按照時間的先后順序，也即先進隊列的數據報文在分組轉發(fā)中優(yōu)先傳輸，所以數據包的長度決定了整個隊列的性能，包括整個通信系統(tǒng)的丟包率及通信延遲。發(fā)送端和接收端只有一個端口用于之間的數據傳輸，當隊列達到一定長度時，系統(tǒng)帶寬被完全占用，必須對FIFO隊列進行配置，確保通信暢通。對船舶電子設備按照不同的數據類型及業(yè)務類型設置不同的隊列，使不同類型﹑不同業(yè)務種類的數據進入不同的FIFO隊列，從而可以通過多個端口進行并行傳輸。對FIFO隊列進行改進，目的是使其網絡資源在船舶電子系統(tǒng)得到均衡利用，并對所有數據傳輸信道的延遲進行均衡。具體措施是按照報文的長短對數據報進行劃分，增加不同系統(tǒng)的帶寬負載增加權重系數，加權平均隊列算法對高優(yōu)先權數據報優(yōu)先調度，并分配高于低優(yōu)先級的網絡帶寬;同時，依據各系統(tǒng)的數據通信流量調整其連接會話的優(yōu)先權重系數，使所有系統(tǒng)需要傳輸的數據報文能均值至緩沖隊列中，從而達到平衡各信息系統(tǒng)數據傳輸流量的目的，并使各系統(tǒng)的數據傳輸延遲最小。加權平均隊列原理如圖3所示。假設現在船用電子系統(tǒng)種類為5，那么可以設置5個不同優(yōu)先級別的隊列，其權重系數分別為1，2，3，4，5，假設數據通信總帶寬為15，則各類型數據占用帶寬比分別為115，215，315，415，515，算法可以通過流的抖動及窗口設置實現負載均衡。

　　3擁塞控制算法優(yōu)缺點比較

　　1)FIFO調度算法優(yōu)點:算法復雜度簡單，并不需進行網絡配置。缺點:對于UDP非流控制數據報文，其約束性條件不能滿足帶寬的最大利用。2)優(yōu)先隊列(PQ)算法優(yōu)點:對于實時性要求較高的業(yè)務實時性能較好。缺點:較高優(yōu)先級的數據占用較低優(yōu)先級的帶寬，影響優(yōu)先級低的業(yè)務性能。3)加權平均隊列算法優(yōu)點:對各種不同業(yè)務處理較為平衡，帶寬資源利用率較高。缺點:算法復雜度較高。

　　4結語

　　本文重點對基于物聯網結構的海上通信模型進行研究，對現有的數據擁塞控制算法進行改進，有效提高了網絡帶寬的利用率。
　　電子科技論文發(fā)表期刊推薦《電子科技》創(chuàng)刊于1987年，國家新聞出版總署出版規(guī)范首批A類期刊，陜西省優(yōu)秀期刊。主要刊登高等院校、科研院所、電子行業(yè)企事業(yè)單位等科研機構在電子技術應用、通信工程、計算機科學技術與應用、網絡安全及信息、光電子材料等領域最新的學術、技術論文、工程技術應用研究、教學實踐總結、行業(yè)綜述等稿件。

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