王智

（牡丹江大學(xué)，黑龍江 牡丹江157011）

目前，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)此重傳機(jī)制無(wú)法保證全部數(shù)據(jù)包都能夠傳輸?shù)侥康牡?，系統(tǒng)之間信息的交換缺乏確定性、完整性及因果性。所以如何解決由于網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題為主要研究?jī)?nèi)容。在研究過(guò)程中，大部分假設(shè)丟包及時(shí)延的發(fā)生都滿足隨機(jī)分布的需求，但是此種假設(shè)并不滿足實(shí)際的通信過(guò)程的需求，并且無(wú)法充分展現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)連接控制系統(tǒng)的功能，所以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到了多重限制[1]。為了能夠?qū)碚撗芯拷Y(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，要?jiǎng)?chuàng)建包含被控對(duì)象和通信網(wǎng)絡(luò)廣義對(duì)象數(shù)學(xué)模型?；跀?shù)學(xué)通信本質(zhì)，模擬通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)態(tài)模型，并且對(duì)其分析與設(shè)計(jì)。根據(jù)相應(yīng)的隊(duì)列理論，創(chuàng)建通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模型。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

使用RS 接口雖然能夠有效實(shí)現(xiàn)外圍儀表設(shè)備通信，但是在通信結(jié)點(diǎn)比較多的時(shí)候，就會(huì)受到接口數(shù)量等的限制，那么為了能夠有效實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池批量的檢測(cè)，就實(shí)現(xiàn)了電力調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)圖1，通過(guò)圖1 可以看出來(lái)，電力調(diào)度檢測(cè)系統(tǒng)中的主控計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)/串口適配器利用RJ 接口與交換機(jī)進(jìn)行連接，從而能夠成為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)使用客戶服務(wù)器模式，利用TCP 面向連接可靠傳輸實(shí)現(xiàn)通信。其中的數(shù)據(jù)收集使用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)巡檢儀微處理器都能夠有效檢測(cè)單組的電池，收集數(shù)據(jù)利用串口到以太網(wǎng)串口適配器中傳輸，適配器通過(guò)轉(zhuǎn)換之后TCP 數(shù)據(jù)就會(huì)對(duì)以太網(wǎng)交付。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠提供分布式處理環(huán)境，使用何種通信算法及模型，對(duì)數(shù)據(jù)收集實(shí)時(shí)性具有密切的聯(lián)系。

圖1 電力調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模型的設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)碚摻Y(jié)果實(shí)現(xiàn)仿真驗(yàn)證，其重要內(nèi)容就是實(shí)現(xiàn)包括調(diào)度系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)的廣義對(duì)象數(shù)字模型的創(chuàng)建，根據(jù)數(shù)據(jù)通信的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)全面的分析，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)態(tài)模型的模擬，基于此實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的分析與設(shè)計(jì)。根據(jù)流體流理論，使數(shù)據(jù)通信作為流體實(shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建，給出使用AQM策略網(wǎng)絡(luò)的微分方程。利用對(duì)壘理論創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模型，其研究的主要目的就是能夠?yàn)榱藙?chuàng)建電力調(diào)度系統(tǒng)，并且為數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)態(tài)模型的創(chuàng)建提供基礎(chǔ)。那么，本節(jié)就以電力系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)各種干擾作為干擾數(shù)據(jù)流，使用隊(duì)列方法創(chuàng)建并且分析電力調(diào)度系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模型[2]。本文主要對(duì)隊(duì)列輸出速度、數(shù)據(jù)到達(dá)率、丟包率、輸出鏈路寬度和隊(duì)列長(zhǎng)度的聯(lián)系進(jìn)行全面研究，數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)包的方式實(shí)現(xiàn)的，也就是假如全新數(shù)據(jù)到達(dá)之后緩沖區(qū)就不能夠?qū)⑷繑?shù)據(jù)都容納，而且數(shù)據(jù)包還會(huì)出現(xiàn)丟失的問(wèn)題。在此種情況中，不僅要將隊(duì)列長(zhǎng)度隨機(jī)變化進(jìn)行展現(xiàn)，還要使其能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)際需求進(jìn)行有效滿足。如果信道干擾流和過(guò)程數(shù)據(jù)以先進(jìn)先出策略處于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緩沖隊(duì)列中進(jìn)行發(fā)送等待，如果隊(duì)列已經(jīng)滿員，那么數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，此隊(duì)列模型的原理詳見(jiàn)圖2。

圖2 隊(duì)列模型的原理

其中的y（t）指的是t 時(shí)間的電力調(diào)度數(shù)據(jù)，Sy（t）指的是t時(shí)間定理調(diào)度數(shù)據(jù)流到達(dá)的速率，Sd（t）指的是t 時(shí)間干擾流到達(dá)的速率。假設(shè)Bw屬于輸出鏈路帶寬，并且在t 時(shí)間中的輸出速率能夠?qū)崿F(xiàn)鏈路寬帶約束。其輸出隊(duì)列的長(zhǎng)度改變就是一種離散隨機(jī)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，利用t 時(shí)間的期望值描述隊(duì)列近似，利用隊(duì)列平衡關(guān)系表示，隊(duì)列的長(zhǎng)度要有效實(shí)現(xiàn)以下公式的需求：

如果數(shù)據(jù)包能夠進(jìn)行單包傳送，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度要比隊(duì)列緩存長(zhǎng)，就回導(dǎo)致整包丟失。本文在研究過(guò)程中利用Droptail 數(shù)據(jù)丟包策略，如果隊(duì)列長(zhǎng)度滿足最大值，是最新的數(shù)據(jù)包全部丟失[8]，那么t 時(shí)間的丟包速率就通過(guò)以下公式進(jìn)行表示：

利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)精準(zhǔn)定位，采樣的間隔具備良好的一致性。通過(guò)圖1 可以看出來(lái)，主控計(jì)算機(jī)是利用以太網(wǎng)串口適配器使數(shù)據(jù)收集指令到電池巡檢儀中發(fā)送，其以指令從電池收集帶電流、溫度、電壓等數(shù)據(jù)，以外網(wǎng)串口適配器再將巡檢儀收集數(shù)據(jù)到主控計(jì)算機(jī)中返回。通過(guò)以上模型可以了解到，基于緩沖隊(duì)列不滿的背景下，收集線程能夠得到最大程度開(kāi)發(fā)，并且能夠有效保證數(shù)據(jù)收集周期的一致性。信號(hào)量具備方便且有效的進(jìn)程同步處理機(jī)制，但是因?yàn)榇罅客讲僮鞣稚⒌剿行枰L問(wèn)的臨界資源進(jìn)程中，不僅為系統(tǒng)管理炯偉麻煩，而且還會(huì)由于使用不當(dāng)導(dǎo)致出現(xiàn)無(wú)法檢測(cè)的錯(cuò)誤。管理實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及能夠?yàn)椴l(fā)進(jìn)程進(jìn)行執(zhí)行操作的定義，此種操作能夠?qū)艹虜?shù)據(jù)及進(jìn)程進(jìn)行同步。基于此特點(diǎn)，對(duì)類(lèi)似管程功能類(lèi)進(jìn)行定義，從而能夠有效實(shí)現(xiàn)三種線程對(duì)于兩級(jí)隊(duì)列互斥及同步。

一般，模擬方法包括特卡羅法和跟蹤驅(qū)動(dòng)法，跟蹤驅(qū)動(dòng)法屬于利用輸入相關(guān)統(tǒng)計(jì)量，通過(guò)模型驗(yàn)算對(duì)結(jié)果進(jìn)行觀察，其屬于確定性模型。特卡羅法指的是先實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分布，之后利用分布產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，從而將模型進(jìn)行輸入得到結(jié)果。圖3 為通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模型的仿真流程：

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模型的仿真流程

3 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模型的仿真

以創(chuàng)建的數(shù)據(jù)傳輸模型為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真，假如輸出鏈路帶寬為100kbps，輸出隊(duì)列緩沖區(qū)的長(zhǎng)度為200kb，網(wǎng)絡(luò)干擾波流形是一種方波，能夠?qū)崿F(xiàn)斜波形式定周期采樣數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行仿真，圖4 為網(wǎng)絡(luò)干擾的影響。

圖4 網(wǎng)絡(luò)干擾的影響

利用模擬仿真表示，在本文所研究模型中的數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列長(zhǎng)度不斷變化，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔是時(shí)變性，并且其中的數(shù)據(jù)具有丟失的情況。為了對(duì)輸出鏈路帶寬進(jìn)行全面的分析，緩沖區(qū)長(zhǎng)度對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸影響較大，寬帶從0-300kbs 的過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)延時(shí)及丟包率降低，以此表示本文所設(shè)計(jì)的模型能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)最大流量和緩沖區(qū)長(zhǎng)度對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸具有一定的影響：如果網(wǎng)絡(luò)隊(duì)列長(zhǎng)度最大，那么就回降低延時(shí)或者丟包的幾率。如果網(wǎng)絡(luò)隊(duì)列長(zhǎng)度最小，那么就會(huì)使延時(shí)及丟包的幾率提高。

因?yàn)楸疚难芯康哪Ｐ托聰?shù)據(jù)和原本數(shù)據(jù)要比緩沖區(qū)域的長(zhǎng)，所以就導(dǎo)致出現(xiàn)在整包丟失的情況，此種也為緩沖區(qū)騰出了大量的空間容納全新的完整數(shù)據(jù)，以此使系統(tǒng)傳輸能力得到了有效的提高。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，也就是使延遲時(shí)間及丟包概率有所降低。和之前研究的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對(duì)比，兩種模型丟包及延時(shí)的發(fā)生情況概率比較差。通過(guò)分析表示，全新模式的丟包及延時(shí)概率比原本的模型要小。

4 結(jié)論

為了能夠使IP 網(wǎng)絡(luò)對(duì)于低速率交互TCP 流傳輸性能得到提高，本文使用隊(duì)列方法，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)模型創(chuàng)建，最后對(duì)模型實(shí)現(xiàn)了仿真對(duì)比，對(duì)本文所研究的動(dòng)態(tài)模型合理性進(jìn)行了有效驗(yàn)證，表示本文所設(shè)計(jì)的模型能夠有效降低延時(shí)概率及丟包率。