LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型

蘇有斌，高 超

（1.朔黃鐵路原平分公司，山西忻州 034100；2.北京伍賀高研科技有限公司，北京 102300）

數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可在不丟失有用信息的情況下，縮短待傳輸數(shù)據(jù)量的實(shí)際存儲(chǔ)空間，從而提高應(yīng)用信息的處理、存儲(chǔ)與傳輸效率值。同時(shí)，其也可以按照既定算法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重組處理，以此降低傳輸數(shù)據(jù)參量的冗余化程度。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)壓縮手段包括無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種[1-2]。其中，有損壓縮方法允許存在一定程度的保真度損失值，而無(wú)損壓縮則主要面向可辨樣式的數(shù)據(jù)信息參量，可在維持發(fā)送方與接收方數(shù)據(jù)理解能力的同時(shí)，建立必要的信息解編碼機(jī)制。

LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備是一種重要的通信數(shù)據(jù)壓縮元件，具備較強(qiáng)的信息調(diào)度與優(yōu)化能力[3-4]。然而在信息共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，隨著待傳輸數(shù)據(jù)量的增大，LTE監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用能力會(huì)出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。為解決此問(wèn)題，目標(biāo)檢測(cè)型壓縮算法在嵌入式平臺(tái)的支持下，確定目標(biāo)主機(jī)的實(shí)際存儲(chǔ)能力，再聯(lián)合SSD 檢測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息參量的壓縮與傳輸。然而與此方法匹配的信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度水平過(guò)低，很難提高通信數(shù)據(jù)總量值。為避免上述情況的發(fā)生，該研究建立了新的LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型，通過(guò)通信數(shù)據(jù)流量建模的方式，分析通信任務(wù)的現(xiàn)有傳輸形式，再借助數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)速率優(yōu)化量值的精準(zhǔn)計(jì)算。

1 通信數(shù)據(jù)壓縮優(yōu)化

針對(duì)LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信數(shù)據(jù)壓縮優(yōu)化模型包含LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端搭建、通信數(shù)據(jù)流量建模、壓縮負(fù)載條件確定3 個(gè)處理流程，具體操作方法如下。

1.1 LTE監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端

LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端由兩個(gè)MME 監(jiān)測(cè)主機(jī)和多個(gè)LTE 基站設(shè)備共同組成。其中，MME 監(jiān)測(cè)主機(jī)位于監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端的EPC單元之中，可借助X1、X2、X3、X4 傳輸信道，建立與下端LTE 基站設(shè)備的應(yīng)用連接，一方面接收來(lái)自外接單元的通信數(shù)據(jù)信息，另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)通信數(shù)據(jù)參量存儲(chǔ)形式的整合與規(guī)劃[5-6]。LTE 基站設(shè)備位于監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端的E-UTRAN 單元之中，由于信息共享網(wǎng)絡(luò)壓縮負(fù)載條件的存在，各主機(jī)可借助S 類信道進(jìn)行連接，并可直接深入外接單元之中，獲取其中輸出的通信數(shù)據(jù)信息參量。LTE監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 LTE監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端結(jié)構(gòu)圖

1.2 通信數(shù)據(jù)流量建模

通信數(shù)據(jù)流量建模基于LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)建的通信數(shù)據(jù)傳輸約束條件。一般情況下，可在限定信息壓縮速率兩端極值的同時(shí)，確定信息共享網(wǎng)絡(luò)所具備的壓縮負(fù)載條件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)已輸出數(shù)據(jù)源信號(hào)的合理化保護(hù)[7-8]。一般來(lái)說(shuō)，已成型的通信數(shù)據(jù)流量建模條件受數(shù)據(jù)輸出量、數(shù)據(jù)輸入量、移動(dòng)終端信道傳輸帶寬三項(xiàng)物理量的直接影響。數(shù)據(jù)輸出量ξ和數(shù)據(jù)輸入量λ是兩項(xiàng)互為相反關(guān)系的壓縮速率計(jì)算條件，隨著LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端環(huán)境的不斷完善，上述兩項(xiàng)物理量的表現(xiàn)實(shí)值也會(huì)隨之增大。移動(dòng)終端信道傳輸帶寬可表示為χ，在單位傳輸時(shí)長(zhǎng)中，該項(xiàng)物理量越大，最終計(jì)算所得的通信數(shù)據(jù)流量建模條件也就越完善。聯(lián)立上述物理量，可將通信數(shù)據(jù)流量建模條件表示為：

其中，r↓代表信息壓縮速率的最小邊界值，r↑代表信息壓縮速率的最大邊界值，I代表信息共享網(wǎng)絡(luò)中的通信數(shù)據(jù)速率壓縮權(quán)限，yˉ代表LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端所能承載的通信數(shù)據(jù)均值量。

1.3 壓縮負(fù)載條件

壓縮負(fù)載條件也叫通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化條件，可在通信數(shù)據(jù)流量建模條件的支持下，確定通信數(shù)據(jù)信息在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際壓縮量。從實(shí)用性角度來(lái)看，該項(xiàng)物理量可隨LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端連接能力的改變而出現(xiàn)變化，且在信息共享網(wǎng)絡(luò)中，該項(xiàng)物理量越大，最終計(jì)算所得的速率優(yōu)化量數(shù)值也就越大，反之則越小[9-10]。假設(shè)在LTE 監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端的作用下，ΔT1、ΔT2分別代表兩個(gè)不同的通信數(shù)據(jù)壓縮處理時(shí)長(zhǎng)，且隨著實(shí)際壓縮速率值的增大，上述兩項(xiàng)物理量的平均數(shù)值始終為。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)的壓縮負(fù)載條件定義為：

其中，i0代表數(shù)據(jù)壓縮速率的最小優(yōu)化權(quán)限，in代表數(shù)據(jù)壓縮速率的最大優(yōu)化權(quán)限，n代表信息共享網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)壓縮速率值優(yōu)化次數(shù)，x代表隨機(jī)選取的通信數(shù)據(jù)壓縮速率系數(shù)。

2 壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型

在LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用下，按照通信任務(wù)分析、數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)選取、速率優(yōu)化量計(jì)算的處理流程，實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型的順利應(yīng)用。

2.1 通信任務(wù)分析

通信任務(wù)是描述LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)用能力的必要數(shù)值約束條件[11-12]，可在已知壓縮負(fù)載條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)既定結(jié)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化值，判定現(xiàn)有通信數(shù)據(jù)流量建模條件是否能與計(jì)算所得的速率優(yōu)化量結(jié)果相匹配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的合理化維護(hù)。規(guī)定信息共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所能承載的最小數(shù)據(jù)通信系數(shù)為s0、最大數(shù)據(jù)通信系數(shù)為sn。在由上述兩項(xiàng)物理量所限定的數(shù)據(jù)值域空間內(nèi)，與通信數(shù)據(jù)壓縮速率所匹配的信息優(yōu)化傳感能力越強(qiáng)，最終所能定義的網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)也就越明確，反之則越模糊。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將基于LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信任務(wù)條件定義為：

其中，Emin代表與LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備匹配的通信數(shù)據(jù)下限壓縮權(quán)限值，Emax代表與LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備匹配的通信數(shù)據(jù)上限壓縮權(quán)限值，t代表極大值條件下的通信數(shù)據(jù)壓縮處理時(shí)間，t′代表極小值條件下的通信數(shù)據(jù)壓縮處理時(shí)間。

2.2 數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)選取

基于LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)由ARM+FPGA、ARM+ASIC、ARM+GPU 3 種連接形式共同組成。其中，ARM+FPGA 型數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)所支持的信息流量最大，可在LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用下，將傳輸數(shù)據(jù)的壓縮速率值限定在最小值與中間極限值之間，從而避免非合理優(yōu)化行為的產(chǎn)生[13-14]。ARM+ASIC 型數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)所支持的信息流量相對(duì)較大，可在LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用下，將傳輸數(shù)據(jù)的壓縮速率值限定在中間極限值與最大值之間，從而抑制通信數(shù)據(jù)壓縮速率過(guò)量行為的產(chǎn)生。ARM+GPU 型數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)所支持的信息流量最小，可在LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用下，將傳輸數(shù)據(jù)的壓縮速率值限定在最大值與最小值之間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信數(shù)據(jù)壓縮速率值的合理化控制。詳細(xì)的數(shù)據(jù)壓縮平臺(tái)選取原理如下：1）ARM+FPGA 型信息流量最大，將壓縮速率值限定在最小值與中間極限值之間，抑制非合理優(yōu)化行為；2）ARM+ASIC 型信息流量較大，將壓縮速率值限定在中間極限值與最大值之間，抑制通信數(shù)據(jù)壓縮速率過(guò)量行為；3）ARM+GPU 型信息流量最小，將壓縮速率值限定在最大值與最小值之間，合理控制通信數(shù)據(jù)壓縮速率值

2.3 速率優(yōu)化量計(jì)算

速率優(yōu)化量計(jì)算是LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型搭建的末尾設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可在已知通信任務(wù)分析需求的基礎(chǔ)上，確定與LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)的信息轉(zhuǎn)碼條件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信數(shù)據(jù)壓縮速率數(shù)值的合理控制。在不考慮其他干擾條件的情況下，速率優(yōu)化量計(jì)算結(jié)果同時(shí)受到壓縮平臺(tái)處置權(quán)限、通信數(shù)據(jù)單位傳輸速率值兩項(xiàng)物理量的影響[15-16]。假設(shè)壓縮平臺(tái)處置權(quán)限表示為h′，在既定LTE 監(jiān)測(cè)環(huán)境中，隨著該項(xiàng)物理量數(shù)值的增大，整個(gè)信息共享網(wǎng)絡(luò)也會(huì)逐漸趨于完善。通信數(shù)據(jù)單位傳輸速率值常表示為μ，該項(xiàng)物理值的應(yīng)用穩(wěn)定性能力相對(duì)較高，不會(huì)隨通信數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（3），可將速率優(yōu)化量計(jì)算結(jié)果表示為：

其中，j′代表壓縮平臺(tái)環(huán)境中的通信數(shù)據(jù)傳輸權(quán)限量，代表既定的通信數(shù)據(jù)壓縮傳輸均值量。至此，完成各項(xiàng)理論應(yīng)用條件的計(jì)算與處理，在信息共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境始終保持穩(wěn)定的情況下，實(shí)現(xiàn)LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型的順利應(yīng)用。

3 實(shí)用能力檢測(cè)

為驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型的實(shí)際應(yīng)用性能，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。以LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別將實(shí)驗(yàn)組（該文模型）、對(duì)照組（傳統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)型壓縮模型）控制主機(jī)接入該原件設(shè)備之中，在相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，分析各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)干預(yù)指標(biāo)的具體變化情況。

單位時(shí)間內(nèi)，LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備所能承載的通信數(shù)據(jù)總量能夠反映模型主機(jī)所具備的傳輸應(yīng)用能力。一般情況下，單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)信息承載量越大，模型主機(jī)所具備的傳輸應(yīng)用能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。表1 記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組通信數(shù)據(jù)承載量的具體變化情況。

表1 通信數(shù)據(jù)承載量對(duì)比表

分析表1 可知，實(shí)驗(yàn)組通信數(shù)據(jù)承載量在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，始終保持階梯狀上升的變化趨勢(shì)，全局最大值達(dá)到了9.4×1012T；對(duì)照組通信數(shù)據(jù)承載量則始終保持下降與上升交替出現(xiàn)的變化趨勢(shì)，全局最大值僅能達(dá)到6.7×1012T，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，下降了2.7×1012T。綜上可知，應(yīng)用該文模型可提升LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備所能承載的通信數(shù)據(jù)總量，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)模型主機(jī)所具備傳輸應(yīng)用能力的目標(biāo)。

信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度能夠描述信息共享網(wǎng)絡(luò)所具備的數(shù)據(jù)傳輸能力。一般情況下，轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度越高，共享網(wǎng)絡(luò)所具備的數(shù)據(jù)傳輸能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。表2 記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度數(shù)值的具體變化情況。

表2 信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度對(duì)比表

分析表2 可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度始終保持相對(duì)穩(wěn)定的波動(dòng)變化趨勢(shì)，全局最大值達(dá)到了85.00%。對(duì)照組信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度則始終保持不斷下降的變化趨勢(shì)，全局最大值僅能達(dá)到70.21%，與實(shí)驗(yàn)組極大值相比，下降了14.79%。綜上可知，應(yīng)用該文模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度的提升，能夠促進(jìn)信息共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能力的穩(wěn)定增強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)型壓縮算法相比，文中設(shè)計(jì)的新型通信數(shù)據(jù)壓縮速率優(yōu)化數(shù)字模型可在提升LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備所能承載通信數(shù)據(jù)總量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息轉(zhuǎn)載準(zhǔn)確度的促進(jìn)，能夠有效保障LTE 監(jiān)測(cè)設(shè)備通信數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用能力。在監(jiān)測(cè)移動(dòng)終端等設(shè)備元件的作用下，建立必要的壓縮負(fù)載條件，并可借助通信任務(wù)分析條件，計(jì)算得到精準(zhǔn)的速率優(yōu)化量結(jié)果。