基于NoC架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法研究

黎 楓

（廣西華僑學校，廣西 南寧 530007）

0 引言

目前，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的運行對信號的傳輸帶寬與及時性要求較高，并且在通信過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題也隨之產(chǎn)生，嚴重影響網(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)域面臨的重大問題[1]。通過采用高效的網(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[2]中利用深度強化學習技術(shù)設(shè)計了一種網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾決策方法，對原有的抗干擾算法進行一定程度的優(yōu)化，但是在實際應用中抗干擾性能比較差，信噪比仍舊較高，沒有從根本上解決網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾問題，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

1.1 網(wǎng)絡(luò)通信入侵干擾信號分布獲取

在對通信網(wǎng)絡(luò)進行檢測時，為達到其抗干擾效果，避免通信信號受外界干擾因素影響，需要先對干擾信號特征進行分析，然后區(qū)分正常通信信號和干擾信號，進而確定網(wǎng)絡(luò)通信信道中干擾信號分布情況。本文以小波系數(shù)能量守恒定律為理論依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)通信入侵干擾信號的分布進行定位，整個過程如下。

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

式中，d表示網(wǎng)絡(luò)通信信號長度；s表示網(wǎng)絡(luò)通信信號時間序列；表示網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中第n幀的信號值。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信信號中短時能量值，計算網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時刻的平均過零率，其計算公式為

式中，G表示網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時刻的通信信號平均過零率[3]。設(shè)定 為網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時刻的短時能量閾值， 為網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時刻的通信信號平均過零率閾值，當時判定通信信號為未受干擾的信號，反之則判定網(wǎng)絡(luò)通信信號為干擾信號[4]。將干擾信號進行小波分解，計算網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號小波系數(shù)能量值和時間序列能量值，其計算公式為

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)線接到計算機上，利用交換機對網(wǎng)絡(luò)通信信道IP地址進行自動分配，以此為基礎(chǔ)建立網(wǎng)絡(luò)通信信號模型，對定位到的干擾信號進行分析和描述。采用NoC架構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)通信信道模型的拓撲結(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)通信頻帶的擴展是由一個相對獨立的序列碼實現(xiàn)的，所以假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中每個通信節(jié)點發(fā)射的信號載波頻率處于SFG頻段，網(wǎng)絡(luò)通信信道接收陣元的發(fā)射信號M由K和 兩個負交調(diào)制在線性調(diào)頻信號組成，對于定位到的各類干擾的網(wǎng)絡(luò)通信信源傳輸信號，其網(wǎng)絡(luò)通信二階相移特征表達式為

1.3 網(wǎng)絡(luò)通信信道的抗干擾調(diào)制預處理

以網(wǎng)絡(luò)通信信道模型為基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)通信信道中干擾信號調(diào)制進行預處理，通過傅里葉變換對網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號進行時頻分解。然后對網(wǎng)絡(luò)通信信道抗干擾調(diào)制的功率譜密度進行計算，其計算公式為

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表示濾波器的擴頻帶寬；Z表示干擾信號的擴頻碼的長度；A表示干擾信號中的正信號；T表示干擾信號中的負信號；d表示網(wǎng)絡(luò)通信路徑歸一化幅度；r表示網(wǎng)絡(luò)通信路徑時間延遲[6]。最后以相位注定原理為理論依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號進行擴頻碼處理，得到網(wǎng)絡(luò)通信信號離散譜，根據(jù)離散譜對網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號進行解擴處理，由此實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)通信信道的抗干擾調(diào)制預處理。

網(wǎng)絡(luò)通信信道中存在帶寬噪聲干擾和碼間干擾，對網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號進行降噪處理，其降噪過程如下：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：

1.4 設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)路由機制

為了避免因網(wǎng)絡(luò)通信負載過重而導致通信信號堆積設(shè)計一個路由機制。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中每一個節(jié)點都要維護各自的路由表，假設(shè)源節(jié)點F上有N個已經(jīng)降噪處理完的信號需要達到節(jié)點B ，利用以下四個步驟對源節(jié)點上的 個已經(jīng)降噪處理完的信號進行路由分配。

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

步驟二：對源節(jié)點F到目的節(jié)點B的所有交換節(jié)點的擁塞等級進行評估。

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

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

2 實驗論證分析

為驗證此次提出方法的可行性和有效性，設(shè)計對比實驗。實驗以某網(wǎng)絡(luò)為實驗環(huán)境，該網(wǎng)絡(luò)通信頻率為1 365 423 GHz。實驗將通信交調(diào)參數(shù)設(shè)定為55.26 dB，網(wǎng)絡(luò)通信擴頻碼速度為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。在以上實驗環(huán)境和參數(shù)設(shè)計下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時刻的短時能量閾值為5.213，網(wǎng)絡(luò)通信信道在某一時刻的通信信號平均過零率閾值為26.15%，網(wǎng)絡(luò)通信干擾信號共5 000個。對網(wǎng)絡(luò)通信信道進行抗干擾調(diào)制預處理和降噪處理，最后利用設(shè)計的通信網(wǎng)絡(luò)路由機制對網(wǎng)絡(luò)通信信號進行路由節(jié)點分配。實驗以通信信號信噪比作為檢驗兩種方法的指標，信噪比表示網(wǎng)絡(luò)通信信號中含噪情況，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)規(guī)范要求網(wǎng)絡(luò)通信信號信噪比不得超過0.5 dB。實驗利用GGRE軟件對8個網(wǎng)絡(luò)通信信道的通信信號信噪比進行計算，利用電子表格對數(shù)據(jù)進行記錄，具體情況如表1所示。

表1 兩種方法應用后網(wǎng)絡(luò)通信信號信噪比對比（dB）

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，應用設(shè)計方法網(wǎng)絡(luò)通信信號信噪比較低，基本可以控制在0.1 dB以下，可有效保證網(wǎng)絡(luò)通信信號的有效性和完整性；而應用傳統(tǒng)方法網(wǎng)絡(luò)通信信號信噪比最高為1.681 dB，不僅超出網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)規(guī)范要求，而且還遠遠高于設(shè)計方法。因此，此次設(shè)計方法采用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)計層次化，細分各個結(jié)構(gòu)的通信任務(wù)，確保網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。實驗結(jié)果證明，此次設(shè)計方法能有效降低網(wǎng)絡(luò)通信過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

此次利用NoC架構(gòu)設(shè)計了一個新的網(wǎng)絡(luò)通信干擾方法，通過實驗驗證了該方法具有良好的抗干擾效果，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)方法的優(yōu)化和創(chuàng)新，解決了網(wǎng)絡(luò)通信干擾問題，對保證網(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)實意義。由于此次僅考慮了帶寬噪聲干擾和碼間干擾對網(wǎng)絡(luò)通信影響，沒有考慮白噪聲，其提出的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾方法存在一些不足之處，今后會結(jié)合白噪聲對網(wǎng)絡(luò)通信干擾的影響，對此次提出的網(wǎng)絡(luò)通信抗干擾思路進行優(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。■