基于NoC架構的網絡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，網絡通信系統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生，嚴重影響網絡通信效果，因此，網絡通信抗干擾成為目前網絡通信領域面臨的重大問題[1]。通過采用高效的網絡通信抗干擾方法，才能確保網絡系統可在強烈的干擾環境下穩定傳輸數據，發揮其數據傳遞的功能。文獻[2]中利用深度強化學習技術設計了一種網絡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絡通信抗干擾問題，為此提出基于NoC架構的網絡通信抗干擾方法研究。

1 基于NoC架構的網絡通信抗干擾方法設計

1.1 網絡通信入侵干擾信號分布獲取

在對通信網絡進行檢測時，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，然后區分正常通信信號和干擾信號，進而確定網絡通信信道中干擾信號分布情況。本文以小波系數能量守恒定律為理論依據，對網絡通信入侵干擾信號的分布進行定位，整個過程如下。

首先假設網絡通信信號中短時能量為H，其公式表示為

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

式中，G表示網絡通信信道在某一時刻的通信信號平均過零率[3]。設定 為網絡通信信道在某一時刻的短時能量閾值， 為網絡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，反之則判定網絡通信信號為干擾信號[4]。將干擾信號進行小波分解，計算網絡通信干擾信號小波系數能量值和時間序列能量值，其計算公式為

1.2 基于NoC架構的網絡通信信道模型

網絡通信信道電纜選用異軸電纜，將DGFG網線接到計算機上，利用交換機對網絡通信信道IP地址進行自動分配，以此為基礎建立網絡通信信號模型，對定位到的干擾信號進行分析和描述。采用NoC架構建立網絡通信信道模型的拓撲結構，共包括三層通信信道協議棧，如圖1所示。

圖1 基于NoC架構的網絡通信信道模型結構圖

正常情況下網絡通信頻帶的擴展是由一個相對獨立的序列碼實現的，所以假設網絡中每個通信節點發射的信號載波頻率處于SFG頻段，網絡通信信道接收陣元的發射信號M由K和 兩個負交調制在線性調頻信號組成，對于定位到的各類干擾的網絡通信信源傳輸信號，其網絡通信二階相移特征表達式為

1.3 網絡通信信道的抗干擾調制預處理

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

式中，V表示通信網絡功率譜密度值；T表示碼間干擾下網絡通信帶寬；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表示網絡通信路徑歸一化幅度；r表示網絡通信路徑時間延遲[6]。最后以相位注定原理為理論依據，對網絡通信干擾信號進行擴頻碼處理，得到網絡通信信號離散譜，根據離散譜對網絡通信干擾信號進行解擴處理，由此實現對網絡通信信道的抗干擾調制預處理。

網絡通信信道中存在帶寬噪聲干擾和碼間干擾，對網絡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架構的網絡通信信道模型中，忽略白噪聲的影響，利用式（7）表示網絡通信信道中接收的干擾信號：

1.4 設計通信網絡路由機制

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

步驟一：確定源節點F到目的節點B的所有交換節點的擁塞情況。

步驟二：對源節點F到目的節點B的所有交換節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點到達目的節點最短的交換節點B作為下一跳節點。

步驟四：確定源節點F到目的節點B的總跳數，設定閾值，如果計算的源節點F到目的節點B的總跳數超過設定閾值，則等待下一段時間轉到步驟一，如果計算的源節點F到目的節點B的總跳數未超過設定閾值，則該條路徑作為降噪處理后網絡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，設計對比實驗。實驗以某網絡為實驗環境，該網絡通信頻率為1 365 423 GHz。實驗將通信交調參數設定為55.26 dB，網絡通信擴頻碼速度為3.465 Mcps，等效信噪比為24.36 dB，網絡通信信息速度為69.45 bps。在以上實驗環境和參數設計下構建網絡通信信道模型，設定網絡通信信道在某一時刻的短時能量閾值為5.213，網絡通信信道在某一時刻的通信信號平均過零率閾值為26.15%，網絡通信干擾信號共5 000個。對網絡通信信道進行抗干擾調制預處理和降噪處理，最后利用設計的通信網絡路由機制對網絡通信信號進行路由節點分配。實驗以通信信號信噪比作為檢驗兩種方法的指標，信噪比表示網絡通信信號中含噪情況，網絡通信技術規范要求網絡通信信號信噪比不得超過0.5 dB。實驗利用GGRE軟件對8個網絡通信信道的通信信號信噪比進行計算，利用電子表格對數據進行記錄，具體情況如表1所示。

表1 兩種方法應用后網絡通信信號信噪比對比（dB）

從表1中數據可以看出，應用設計方法網絡通信信號信噪比較低，基本可以控制在0.1 dB以下，可有效保證網絡通信信號的有效性和完整性；而應用傳統方法網絡通信信號信噪比最高為1.681 dB，不僅超出網絡通信技術規范要求，而且還遠遠高于設計方法。因此，此次設計方法采用NoC架構技術，利用該技術構建網絡通信信道模型，將網絡通信信道架構設計層次化，細分各個結構的通信任務，確保網絡通信質量。實驗結果證明，此次設計方法能有效降低網絡通信過程中噪聲干擾的影響，相比傳統方法更適用于網絡通信抗干擾。

3 結束語

此次利用NoC架構設計了一個新的網絡通信干擾方法，通過實驗驗證了該方法具有良好的抗干擾效果，實現了對傳統方法的優化和創新，解決了網絡通信干擾問題，對保證網絡通信有效傳輸，降低帶寬噪聲干擾和碼間干擾對網絡通信影響，提高網絡通信質量具有重要的現實意義。由于此次僅考慮了帶寬噪聲干擾和碼間干擾對網絡通信影響，沒有考慮白噪聲，其提出的網絡通信抗干擾方法存在一些不足之處，今后會結合白噪聲對網絡通信干擾的影響，對此次提出的網絡通信抗干擾思路進行優化和完善，為網絡通信技術發展和創新提供有利的理論支撐。■