移動物聯網數據傳輸穩定算法研究

舒松

（長江職業學院機電汽車學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

移動物聯網的傳輸穩定性影響著5G時代的通信信息傳輸效率，物聯網傳輸穩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避掉，就可以提高數據傳輸的穩定性。物聯網的網點組網過程具有較大的變動性，如果能將無線傳感功能和網點組網結合在一起就能保證傳輸的安全性[1]。在物聯網的數據傳輸中要預防病毒和黑客的惡意攻擊，傳統的網絡數據傳輸的穩定算法側重于穩定技術的提升，而事實上網絡安全問題也要重視起來。改善物聯網的穩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節，隨時隨地發現破壞數據傳輸穩定性的問題，隨時隨地進行解決。還能在數據傳輸的過程中對惡意攻擊進行防范。傳統算法對信號傳輸中突然信號減弱的現象沒有進行針對性地解決處理，而是將它直接歸結為傳輸抖動現象。當下物聯網的穩定方案都是只能解決一種影響因素，現有的傳輸容量下可以滿足傳輸需求，但隨著數據逐漸要在多種環境下進行傳輸，需要研究出可以多途徑穩定數據傳輸的算法。

1 移動物聯網數據傳輸算法設計

1.1 設計數據傳輸網鏈

物聯網的網絡節點在傳輸過程中如果被后續數據覆蓋住，在同一個傳輸周期內就會出現數據丟失的現象，物聯網的網鏈節點部署是隨機分散的，由網鏈上的中級節點負責控制數據傳輸的質量[2]，質量良好就繼續傳輸數據。發送數據時傳輸的指令出現下滑就終止數據傳輸。由于網鏈的傳輸容量受限，數據傳輸的過程中如果出現故障就會導致傳輸工作被迫中斷。因此傳輸網鏈最好可以避免傳輸數據中斷現象發生。針對傳輸網鏈線路抖動和覆蓋數據現象的發生，設計閾值控制數據傳輸節奏，設網鏈上信號接收節點為a，信號干擾比為X。

公式中，P表示節點的當前的數據傳輸功率，Pa表示在節點a上當前數據傳輸的功率。maxg表示干擾信號的因素分布函數的最大值。由于要將集中影響因素都算在內，信號端口發出的移動信號在傳播過程中的損耗、數據傳輸中受到的噪聲干擾的信號衰減、網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。按照傳輸的順序性，信號干擾的數值要高于會對傳輸造成影響的標定數值。

1.2 網鏈控制節點穩定

為了避免數據傳輸突然中斷，算法中數據要多途徑進行傳輸。但是其中一條途徑出現了節點傳輸受限的現象，其他途徑雖然能保證傳輸不中斷，但承擔了多于一個線路的傳輸內容，就會降低傳輸穩定性。針對這種原因導致的不穩定現象，需要無感信號重新連接各個節點。網鏈鏈路處于抖動狀態，第5次觸發時，節點處于滿足穩定分布狀態，此時數據傳輸在傳輸周期內的狀態是穩定的，當觸發次數超過負荷閾值時，節點出現傳輸受限的情況。將傳輸途徑中最先進入受限狀態的線路進行剔除處理，當某個路徑突然出現傳輸受干擾的情況，功率高的節點馬上對被干擾路徑進行信號支援，以便被干擾路徑出現信號中斷。

1.3 可控節點失效狀態處理

增加節點的抗噪聲能力可以有效的提高數據傳輸的穩定性，抗噪聲的能力由傳輸路徑的工作能力和信號傳輸的功率消耗來提升，物聯網在數據傳輸時功率消耗是持續不斷的，觸發次數一旦超過負荷閾值物聯網的節點的可控狀態時空，補充節點填補功率消耗的傳輸能量，則數據傳輸的網鏈滿足最大負荷閾值的功率損耗，但此時節點依舊處于臨界狀態[3]，也就是說一旦功率損耗在此時突然加大，數據傳輸的立刻打破穩定狀態[4-5]。所以此時一定要保證能耗保持在最低水平：

網鏈中的傳輸周期為t，tp是一個傳輸周期的傳輸數據，y是最大閾值，d是在本文設計的算法下的降噪平均值，當初始節點進行數據傳輸時，能耗保持在最低水平，當y滿足可控狀態的時候，不會再出現可控節點失效狀態，備用的能量補充可有效控制能量損耗導致的傳輸受限現象。

2 實驗

為了測試本文設計的算法是否能夠起到穩定數據傳輸的作用，設計了本次實驗，設計供節點分布的網絡矩形，發送信號的端口和來接收信號的端口設置一致。采用5G信號進行實驗，與傳統算法進行對比，檢驗兩種算法穩定數據傳輸的性能。

2.1 實驗步驟

節點分布區域為2000/2000的矩形區域，發送端點在矩形區域的左下角設置，接收端口在矩形對角線另一端。設置發射信號大于節點噪聲干擾的可承受的最大范圍。在信號集中發出的情況下，數據傳輸發生擁堵現象，信號傳輸途徑為5條，仿真參數如下表：

表1 仿真參數

在一個信號傳輸周期內，記錄噪聲閾值內數據傳輸時，物聯網的數據擁擠程度，通過本文算法計算出節點傳輸數據時的受限次數，節點個數1200個完全滿足日常物聯網數據傳輸的需求，傳輸能量設置為ERTRU=100，CDFI=100，傳輸能量在后續實驗中不再改動，以保證仿真實驗的對比數據有效。

2.2 實驗結果分析

測試網絡數據在一個傳輸周期內的擁擠時間，首先將傳統算法1和傳統算法2的節點移動平均速度設置為每秒30米的初始模式，考慮到白噪聲對信號傳輸的干擾，本文設計的算法對白噪聲的干擾有很好的減弱能力。擴大了物聯網數據傳輸抖動監控范圍。

如圖1所示，傳統算法的網絡擁擠時間在閾值范圍內較低，一旦信號傳輸強度超過閾值，網絡擁塞時間就會變長并且恢復時間不固定。本文設計的算法在多途徑傳輸信號的前提下穩定信號的傳輸，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，并且能夠精準識別并優化傳輸途徑的穩定性。隨著節點運動的不斷加快，網鏈的減少損耗能力不斷增強，數據傳輸的途徑并沒有出現明顯擁塞現象。以上實驗結果證明本文設計的算法的網絡擁擠時間低于傳統算法。

圖1 網絡擁擠時間測試

3 結語

本文通過融合節點連接網鏈和削弱噪聲對信號的干擾兩點重新設計了移動物聯網數據傳輸穩定算法。但此次算法設計由于個人對物聯網的研究經驗有限，還存在很多不足之處。希望在接下來的研究中可以針對網鏈的抖動頻率和數據的傳輸帶寬等方面進一步研究穩定物聯網傳輸數據的新算法。