舒松

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

0 引言

移動物聯(lián)網(wǎng)的傳輸穩(wěn)定性影響著5G時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)點組網(wǎng)過程具有較大的變動性，如果能將無線傳感功能和網(wǎng)點組網(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，傳輸過程中加入實時反饋的評估環(huán)節(jié)，隨時隨地發(fā)現(xiàn)破壞數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的問題，隨時隨地進行解決。還能在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中對惡意攻擊進行防范。傳統(tǒng)算法對信號傳輸中突然信號減弱的現(xiàn)象沒有進行針對性地解決處理，而是將它直接歸結(jié)為傳輸抖動現(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 移動物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸算法設(shè)計

1.1 設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)鏈

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在傳輸過程中如果被后續(xù)數(shù)據(jù)覆蓋住，在同一個傳輸周期內(nèi)就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)鏈節(jié)點部署是隨機分散的，由網(wǎng)鏈上的中級節(jié)點負責(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。針對傳輸網(wǎng)鏈線路抖動和覆蓋數(shù)據(jù)現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計閾值控制數(shù)據(jù)傳輸節(jié)奏，設(shè)網(wǎng)鏈上信號接收節(jié)點為a，信號干擾比為X。

公式中，P表示節(jié)點的當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸功率，Pa表示在節(jié)點a上當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓β?。maxg表示干擾信號的因素分布函數(shù)的最大值。由于要將集中影響因素都算在內(nèi)，信號端口發(fā)出的移動信號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衰減、網(wǎng)鏈傳輸中的線信號衰減我們都要在同一個算法中考慮清楚。按照傳輸?shù)捻樞蛐?，信號干擾的數(shù)值要高于會對傳輸造成影響的標(biāo)定數(shù)值。

1.2 網(wǎng)鏈控制節(jié)點穩(wěn)定

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

1.3 可控節(jié)點失效狀態(tài)處理

增加節(jié)點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傳輸?shù)墓β氏膩硖嵘锫?lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸時功率消耗是持續(xù)不斷的，觸發(fā)次數(shù)一旦超過負荷閾值物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點的可控狀態(tài)時空，補充節(jié)點填補功率消耗的傳輸能量，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)鏈滿足最大負荷閾值的功率損耗，但此時節(jié)點依舊處于臨界狀態(tài)[3]，也就是說一旦功率損耗在此時突然加大，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)計的算法下的降噪平均值，當(dāng)初始節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸時，能耗保持在最低水平，當(dāng)y滿足可控狀態(tài)的時候，不會再出現(xiàn)可控節(jié)點失效狀態(tài)，備用的能量補充可有效控制能量損耗導(dǎo)致的傳輸受限現(xiàn)象。

2 實驗

為了測試本文設(shè)計的算法是否能夠起到穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔茫O(shè)計了本次實驗，設(shè)計供節(jié)點分布的網(wǎng)絡(luò)矩形，發(fā)送信號的端口和來接收信號的端口設(shè)置一致。采用5G信號進行實驗，與傳統(tǒng)算法進行對比，檢驗兩種算法穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/p>

2.1 實驗步驟

節(jié)點分布區(qū)域為2000/2000的矩形區(qū)域，發(fā)送端點在矩形區(qū)域的左下角設(shè)置，接收端口在矩形對角線另一端。設(shè)置發(fā)射信號大于節(jié)點噪聲干擾的可承受的最大范圍。在信號集中發(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)

在一個信號傳輸周期內(nèi)，記錄噪聲閾值內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸時，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)擁擠程度，通過本文算法計算出節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)時的受限次數(shù)，節(jié)點個數(shù)1200個完全滿足日常物聯(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)實驗中不再改動，以保證仿真實驗的對比數(shù)據(jù)有效。

2.2 實驗結(jié)果分析

測試網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在一個傳輸周期內(nèi)的擁擠時間，首先將傳統(tǒng)算法1和傳統(tǒng)算法2的節(jié)點移動平均速度設(shè)置為每秒30米的初始模式，考慮到白噪聲對信號傳輸?shù)母蓴_，本文設(shè)計的算法對白噪聲的干擾有很好的減弱能力。擴大了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸抖動監(jiān)控范圍。

如圖1所示，傳統(tǒng)算法的網(wǎng)絡(luò)擁擠時間在閾值范圍內(nèi)較低，一旦信號傳輸強度超過閾值，網(wǎng)絡(luò)擁塞時間就會變長并且恢復(fù)時間不固定。本文設(shè)計的算法在多途徑傳輸信號的前提下穩(wěn)定信號的傳輸，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，并且能夠精準(zhǔn)識別并優(yōu)化傳輸途徑的穩(wěn)定性。隨著節(jié)點運動的不斷加快，網(wǎng)鏈的減少損耗能力不斷增強，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩讲]有出現(xiàn)明顯擁塞現(xiàn)象。以上實驗結(jié)果證明本文設(shè)計的算法的網(wǎng)絡(luò)擁擠時間低于傳統(tǒng)算法。

圖1 網(wǎng)絡(luò)擁擠時間測試

3 結(jié)語

本文通過融合節(jié)點連接網(wǎng)鏈和削弱噪聲對信號的干擾兩點重新設(shè)計了移動物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定算法。但此次算法設(shè)計由于個人對物聯(lián)網(wǎng)的研究經(jīng)驗有限，還存在很多不足之處。希望在接下來的研究中可以針對網(wǎng)鏈的抖動頻率和數(shù)據(jù)的傳輸帶寬等方面進一步研究穩(wěn)定物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的新算法。