基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法研究

黎 楓

（廣西華僑學(xué)校，廣西 南寧 530007）

0 引言

目前，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)信號(hào)的傳輸帶寬與及時(shí)性要求較高，并且在通信過(guò)程中容易受到外界因素的干擾，各種各樣的通信安全隱患問(wèn)題也隨之產(chǎn)生，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)通信效果，因此，網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾成為目前網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域面臨的重大問(wèn)題[1]。通過(guò)采用高效的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法，才能確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可在強(qiáng)烈的干擾環(huán)境下穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)揮其數(shù)據(jù)傳遞的功能。文獻(xiàn)[2]中利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾決策方法，對(duì)原有的抗干擾算法進(jìn)行一定程度的優(yōu)化，但是在實(shí)際應(yīng)用中抗干擾性能比較差，信噪比仍舊較高，沒(méi)有從根本上解決網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾問(wèn)題，為此提出基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法研究。

1 基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法設(shè)計(jì)

1.1 網(wǎng)絡(luò)通信入侵干擾信號(hào)分布獲取

在對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為達(dá)到其抗干擾效果，避免通信信號(hào)受外界干擾因素影響，需要先對(duì)干擾信號(hào)特征進(jìn)行分析，然后區(qū)分正常通信信號(hào)和干擾信號(hào)，進(jìn)而確定網(wǎng)絡(luò)通信信道中干擾信號(hào)分布情況。本文以小波系數(shù)能量守恒定律為理論依據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信入侵干擾信號(hào)的分布進(jìn)行定位，整個(gè)過(guò)程如下。

首先假設(shè)網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)中短時(shí)能量為H，其公式表示為

式中，d表示網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)長(zhǎng)度；s表示網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)時(shí)間序列；表示網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中第n幀的信號(hào)值。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)中短時(shí)能量值，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時(shí)刻的平均過(guò)零率，其計(jì)算公式為

式中，G表示網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時(shí)刻的通信信號(hào)平均過(guò)零率[3]。設(shè)定 為網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時(shí)刻的短時(shí)能量閾值， 為網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時(shí)刻的通信信號(hào)平均過(guò)零率閾值，當(dāng)時(shí)判定通信信號(hào)為未受干擾的信號(hào)，反之則判定網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)為干擾信號(hào)[4]。將干擾信號(hào)進(jìn)行小波分解，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號(hào)小波系數(shù)能量值和時(shí)間序列能量值，其計(jì)算公式為

1.2 基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信信道模型

網(wǎng)絡(luò)通信信道電纜選用異軸電纜，將DGFG網(wǎng)線接到計(jì)算機(jī)上，利用交換機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信信道IP地址進(jìn)行自動(dòng)分配，以此為基礎(chǔ)建立網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)模型，對(duì)定位到的干擾信號(hào)進(jìn)行分析和描述。采用NoC架構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)通信信道模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，共包括三層通信信道協(xié)議棧，如圖1所示。

圖1 基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信信道模型結(jié)構(gòu)圖

正常情況下網(wǎng)絡(luò)通信頻帶的擴(kuò)展是由一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的序列碼實(shí)現(xiàn)的，所以假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)載波頻率處于SFG頻段，網(wǎng)絡(luò)通信信道接收陣元的發(fā)射信號(hào)M由K和 兩個(gè)負(fù)交調(diào)制在線性調(diào)頻信號(hào)組成，對(duì)于定位到的各類(lèi)干擾的網(wǎng)絡(luò)通信信源傳輸信號(hào)，其網(wǎng)絡(luò)通信二階相移特征表達(dá)式為

1.3 網(wǎng)絡(luò)通信信道的抗干擾調(diào)制預(yù)處理

以網(wǎng)絡(luò)通信信道模型為基礎(chǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信信道中干擾信號(hào)調(diào)制進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)傅里葉變換對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分解。然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信信道抗干擾調(diào)制的功率譜密度進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為

式中，V表示通信網(wǎng)絡(luò)功率譜密度值；T表示碼間干擾下網(wǎng)絡(luò)通信帶寬；X表示濾波器的擴(kuò)頻帶寬；Z表示干擾信號(hào)的擴(kuò)頻碼的長(zhǎng)度；A表示干擾信號(hào)中的正信號(hào)；T表示干擾信號(hào)中的負(fù)信號(hào)；d表示網(wǎng)絡(luò)通信路徑歸一化幅度；r表示網(wǎng)絡(luò)通信路徑時(shí)間延遲[6]。最后以相位注定原理為理論依據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻碼處理，得到網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)離散譜，根據(jù)離散譜對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信信道的抗干擾調(diào)制預(yù)處理。

網(wǎng)絡(luò)通信信道中存在帶寬噪聲干擾和碼間干擾，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號(hào)進(jìn)行降噪處理，其降噪過(guò)程如下：在建立的基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信信道模型中，忽略白噪聲的影響，利用式（7）表示網(wǎng)絡(luò)通信信道中接收的干擾信號(hào)：

1.4 設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制

為了避免因網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載過(guò)重而導(dǎo)致通信信號(hào)堆積設(shè)計(jì)一個(gè)路由機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要維護(hù)各自的路由表，假設(shè)源節(jié)點(diǎn)F上有N個(gè)已經(jīng)降噪處理完的信號(hào)需要達(dá)到節(jié)點(diǎn)B ，利用以下四個(gè)步驟對(duì)源節(jié)點(diǎn)上的 個(gè)已經(jīng)降噪處理完的信號(hào)進(jìn)行路由分配。

步驟一：確定源節(jié)點(diǎn)F到目的節(jié)點(diǎn)B的所有交換節(jié)點(diǎn)的擁塞情況。

步驟二：對(duì)源節(jié)點(diǎn)F到目的節(jié)點(diǎn)B的所有交換節(jié)點(diǎn)的擁塞等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

步驟三：選擇擁塞等級(jí)最低，即擁塞情況最好且下一跳節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)最短的交換節(jié)點(diǎn)B作為下一跳節(jié)點(diǎn)。

步驟四：確定源節(jié)點(diǎn)F到目的節(jié)點(diǎn)B的總跳數(shù)，設(shè)定閾值，如果計(jì)算的源節(jié)點(diǎn)F到目的節(jié)點(diǎn)B的總跳數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值，則等待下一段時(shí)間轉(zhuǎn)到步驟一，如果計(jì)算的源節(jié)點(diǎn)F到目的節(jié)點(diǎn)B的總跳數(shù)未超過(guò)設(shè)定閾值，則該條路徑作為降噪處理后網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的通信路徑。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證此次提出方法的可行性和有效性，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以某網(wǎng)絡(luò)為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，該網(wǎng)絡(luò)通信頻率為1 365 423 GHz。實(shí)驗(yàn)將通信交調(diào)參數(shù)設(shè)定為55.26 dB，網(wǎng)絡(luò)通信擴(kuò)頻碼速度為3.465 Mcps，等效信噪比為24.36 dB，網(wǎng)絡(luò)通信信息速度為69.45 bps。在以上實(shí)驗(yàn)環(huán)境和參數(shù)設(shè)計(jì)下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時(shí)刻的短時(shí)能量閾值為5.213，網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時(shí)刻的通信信號(hào)平均過(guò)零率閾值為26.15%，網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號(hào)共5 000個(gè)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信信道進(jìn)行抗干擾調(diào)制預(yù)處理和降噪處理，最后利用設(shè)計(jì)的通信網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)進(jìn)行路由節(jié)點(diǎn)分配。實(shí)驗(yàn)以通信信號(hào)信噪比作為檢驗(yàn)兩種方法的指標(biāo)，信噪比表示網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)中含噪情況，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)規(guī)范要求網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)信噪比不得超過(guò)0.5 dB。實(shí)驗(yàn)利用GGRE軟件對(duì)8個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信信道的通信信號(hào)信噪比進(jìn)行計(jì)算，利用電子表格對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，具體情況如表1所示。

表1 兩種方法應(yīng)用后網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)信噪比對(duì)比（dB）

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用設(shè)計(jì)方法網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)信噪比較低，基本可以控制在0.1 dB以下，可有效保證網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的有效性和完整性；而應(yīng)用傳統(tǒng)方法網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)信噪比最高為1.681 dB，不僅超出網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)規(guī)范要求，而且還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)方法。因此，此次設(shè)計(jì)方法采用NoC架構(gòu)技術(shù)，利用該技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，將網(wǎng)絡(luò)通信信道架構(gòu)設(shè)計(jì)層次化，細(xì)分各個(gè)結(jié)構(gòu)的通信任務(wù)，確保網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此次設(shè)計(jì)方法能有效降低網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中噪聲干擾的影響，相比傳統(tǒng)方法更適用于網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾。

3 結(jié)束語(yǔ)

此次利用NoC架構(gòu)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)通信干擾方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法具有良好的抗干擾效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)方法的優(yōu)化和創(chuàng)新，解決了網(wǎng)絡(luò)通信干擾問(wèn)題，對(duì)保證網(wǎng)絡(luò)通信有效傳輸，降低帶寬噪聲干擾和碼間干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信影響，提高網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于此次僅考慮了帶寬噪聲干擾和碼間干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信影響，沒(méi)有考慮白噪聲，其提出的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法存在一些不足之處，今后會(huì)結(jié)合白噪聲對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信干擾的影響，對(duì)此次提出的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾思路進(jìn)行優(yōu)化和完善，為網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新提供有利的理論支撐。■