基于大数据的网络通信系统改进
梁凯 张银克
关键词： 大数据; 网络通信系统; 通信速度; 通信成本; 通信质量; 转信路由
中图分类号： TN914?34; TP311 ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号： 1004?373X（2019）04?0109?03
Improvement of network communication system based on big data
LIANG Kai， ZHANG Yinke
（Informatization Technology Center， Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang 471026， China）
Abstract： In allusion to the problems of slow communication speed， high cost， and poor communication quality existing in current network communication systems， an improved method of a network communication system based on big data is proposed. The hardware platform and software system of the system are designed by analyzing the requirements of the network communication system， so as to determine the composition of the communication system. The operating system of the system is determined according to the hardware platform of the system， so as to realize architecture design of the network communication system. The signal transmit routing control of the system is designed to improve the communication quality. On this basis， the connection circuit and reset circuit of the system are designed to ensure the normal operation of the system and realize improvement of the network communication system based on big data. The experimental results show that the system designed by the proposed method has a fast communication speed， low communication energy consumption， and low data packet loss rate during the communication process.
Keywords： big data; network communication system; communication speed; communication cost; communication quality; signal transmit routing
网络技术的成熟使得网络通信方式层出不穷，各种通信方式之间信息互通问题成为相关专家学者研究的重点[1]。搭建适用于各种通信手段的网络通信系统作为实现通信方式之间信息互通的主要手段，对其研究不断深入[2]。无线网络、有线网络以及卫星作为当前应用最为广泛的信息通信传输手段，但在很多时候，电台和有线电话的使用仍发挥着自身特有的重要地位。通过设计一个基于大数据的网络通信系统，能够实现无线网络、有线网络、卫星、电台、有线电话等通信方式之间信息互通。随着通信方式的发展，对该课题的研究逐渐成为相关专家学者研究的重点。当前广泛应用的网络通信系统无法保证信息互通过程中信息的准确性和完整性，影响通信系统性能[3]。
随着研究内容的深入，已产生一些较为成熟的理论和应用。文献[4]提出一种基于CAN总线的通信网络系统的设计方法，但这种方法设计的系统对信息的传输速度较慢，影响通信系统性能。文献[5]提出一种基于北斗卫星的网络通信系统设计方法，但这种方法在通信过程中，数据的丢包率较高，影响传输数据的准确性。文献[6]提出一种基于存储转发机制的网络通信系统设计方法，但这种方法设计的系统受数据传输速度的影响，导致网络通信系统效率较差。为此，本文提出一种基于大数据的网络通信系统设计方法。1 ?基于大數据的网络通信系统改进
1.1 ?网络通信系统总体设计
通过分析网络通信系统需求，对系统的硬件平台和软件系统进行设计。其中硬件平台的总体设计见图1。
通过图1看出，S3C2410模块是整个网络系统硬件平台的核心模块，利用该模块在实现ARM核控制的同时，丰富外围资源。存储模块主要由64 MB的NAND FLASH和SDRAM存储器模块组成。通信模块主要是由串口和以太网接口模块组成，利用以太网接口模块构建网络通信系统信息传输的通道[7]。利用RS 232芯片实现UART接口与用户主机之间的串口通信，通过JTAG接口实现系统的调试与维护，通过总线扩展实现系统总线的可扩展性。设计的基于大数据的网络通信系统采用Linux 2.6版本作为操作系统的内核，并通过GNU工作链实现程序的编码等功能。为实现系统硬件平台设计，利用S3C2410实现以太网接口电路设计。以太网芯片采用16位以太网控制器CS8900A，其包括片上RAM，10Base?T传输和接收信号的滤波器。该芯片具有使用灵活的优点，能够提高系统的性能[8]。
在此基础上，为保证系统通信质量，对系统的转信路由控制进行设计。其作为系统通信过程中数据的交换机，通过转信方式实现系统的综合组网。系统中网络通信控制器能够实现通信协议与标准协议之间的转换，即实现通信系统终端数据与IP数据之间的转换[9]。还需对数据的传输路由进行控制，确定网络通信的信道。
在设计的过程中，通过固定路由表对通信路由进行控制。用户对通信的路由表进行设置，系统根据设置的路由表寻找通信信道，从而实现转信传输。根据设置的路由表，网络通信系统会有多个通信信道，需要根据信道的优先顺序进行排列使用[10]。
1.2 ?系统的电路设计
系统主要包括控制器S3C2410、以太网控制器CS8900A以及网络通信协议栈W3100A以及网络接口。其中W3100A与控制器S3C2410利用I2C接口模式进行连接。I2C接口模式连接示意图如图2a）所示。其中引脚RX_CLK，RXDV，RXD[0：3]以及COL实现通信信号数据的接收，TX_CLK，TXE，TXD[0：3]实现信号信号的输出。在系统中，采用PULES的J0011型变压器，其内部结果如图2b）所示。该变压器集成了BJ 45接头，在降低电路复杂度的同时，提高信号传输的可靠性。复位电路作为系统的重要电路，对其进行设计时，W3100A的复位引脚为高电平有效，则在对系统复位电路进行设计过程中，要求能够同时产生高、低两路复位信号，见图2c）。
通过对基于大数据的网络通信系统中电路连接、以太网变压器结构及系统复位电路进行设计，完成网络通信系统实现电路设计，保证系统正常运行。2 ?实验结果与分析
为了证明所提基于大数据的网络通信系统设计方法的有效性和可行性，从系统的通信时延、系统能耗以及系统通信过程中数据的丢包率等方面进行分析，实验过程中采用Windows 2007作为实验操作系统，利用Matlab对实验过程进行模拟，得到的结果如下所述。实验过程中，利用不同方法设计的系统进行网络通信，确定不同方法设计系统的通信时延。通过实验得到结果见表1。
通过表1看出，本文系统的通信时延最短。所提方法设计的系统在进行网络通信的过程中，利用嵌入式Linux操作系统进行通信，其具有操作简单，通信速度较快的优点，使得所提方法设计的系统通信时延最短。在通信实验的基础上，通过采集系统通信过程中的能耗数据，确定系统能耗。得到的结果见表2。
通过表2可知，采用所提方法设计的系统进行网络通信，通信的能耗最少。所提方法设计的系统在进行网络通信的过程中，对通信的信道进行选取，减少了传输距离，降低了传输过程中使用的能耗，使得设计的系统进行网络通信的能耗较少。在进行网络通信的过程中，分别利用不同方法设计的系统进行数据传输，确定数据的丢包率，并将每10次的实验数据为一组，确定系统丢包率范围。通过实验，得到的结果见图3。由图3知，本文系统进行网络通信过程中，数据丢包率在2%～5%之间;文献[5]系统进行网络通信过程中，数据的丢包率在3%～10%之间;文献[6]系统进行网络通信过程中，数据的丢包率在2%～9%之间。说明所提方法设计的系统通信过程中，数据的丢包率较低，较好地保证了通信质量。3 ?結 ?论
针对当前网络通信系统存在的通信质量差、速度慢且成本高的问题，提出一种基于大数据的网络通信系统设计方法。实验结果表明，所提方法能够有效缓解当前方法存在的不足，为该课题的深入研究发展提供依据。
注：本文通讯作者为张银克。
参考文献
[1] 陈绍东，宋亮，卜春霞.网络通信能量资源优化调度仿真研究[J].计算机仿真，2016，33（3）：235?238.
CHEN Shaodong， SONG Liang， BU Chunxia. Simulation of optimal scheduling for network communication energy resources [J]. Computer simulation， 2016， 33（3）： 235?238.
[2] 都文和，陈晨.基于PWM的可见光通信系统设计[J].电视技术，2016，40（11）：50?53.
DU Wenhe， CHEN Chen. Design of visible communication system based on PWM [J]. Video engineering， 2016， 40（11）： 50?53.
[3] 杨舰，谢广智.电梯无线召唤通信系统设计与实现[J].计算机工程与应用，2016，52（16）：238?243.
YANG Jian， XIE Guangzhi. Design and implementation of elevator wireless hall?call communication system [J]. Computer engineering and applications， 2016， 52（16）： 238?243.
[4] 陈燕呢，谢斌，刘柯，等.电动拖拉机CAN总线通信网络系统设计[J].农机化研究，2017，39（9）：233?238.
CHEN Yanni， XIE Bin， LIU Ke， et al. Design of CAN bus communication network system on electric tractor [J]. Journal of agricultural mechanization research， 2017， 39（9）： 233?238.
[5] 颜晓星，车明，高小娟.基于北斗卫星的可靠远程通信系统设计[J].计算机工程，2017，43（3）：62?68.
YAN Xiaoxing， CHE Ming， GAO Xiaojuan. Design of reliable remote communication system based on BeiDou satellite [J]. Computer engineering， 2017， 43（3）： 62?68.
[6] 陈卫民，陈志刚，崔芳，等.一种基于混合社区的移动机会网络数据传输机制[J].计算机工程与科学，2016，38（11）：2202?2208.
CHEN Weimin， CHEN Zhigang， CUI Fang， et al. A packet transmission mechanism based on hybrid social groups in mobile opportunistic networks [J]. Computer engineering and science， 2016， 38（11）： 2202?2208.
[7] 缪竟鸿，王薇，武志刚，等.基于STM32F103的无主机通信系统的设计[J].科学技术与工程，2017，17（4）：223?229.
MIAO Jinghong， WANG Wei， WU Zhigang， et al. Design of non?central?switch calling system based on STM32F103 [J]. Science technology and engineering， 2017， 17（4）： 223?229.
[8] 何晓冬.强干扰环境下网络情报数据滤波通信系统设计[J].计算机测量与控制，2016，24（10）：162?164.
HE Xiaodong. Design of network intelligence data filtering and communication system in strong interference environment [J]. Computer measurement & control， 2016， 24（10）： 162?164.
[9] 王纪强，吴晨，宋文杰，等.地震救援现场应急通信体系研究[J].地震工程学报，2017，39（z1）：214?219.
WANG Jiqiang， WU Chen， SONG Wenjie， et al. Research on emergency communication system for earthquake rescue site [J]. China earthquake engineering journal， 2017， 39（S1）： 214?219.
[10] 陈飞，徐年，李伟.江苏地震应急指挥车VOIP网络的设计与实现[J].地震工程学报，2016，38（z2）：236?239.
CHEN Fei， XU Nian， LI Wei. Design and implementation of VOIP network for earthquake emergency command vehicle of Jiangsu province [J]. China earthquake engineering journal， 2016， 38（S2）： 236?239.
关键词： 大数据; 网络通信系统; 通信速度; 通信成本; 通信质量; 转信路由
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Improvement of network communication system based on big data
LIANG Kai， ZHANG Yinke
（Informatization Technology Center， Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang 471026， China）
Abstract： In allusion to the problems of slow communication speed， high cost， and poor communication quality existing in current network communication systems， an improved method of a network communication system based on big data is proposed. The hardware platform and software system of the system are designed by analyzing the requirements of the network communication system， so as to determine the composition of the communication system. The operating system of the system is determined according to the hardware platform of the system， so as to realize architecture design of the network communication system. The signal transmit routing control of the system is designed to improve the communication quality. On this basis， the connection circuit and reset circuit of the system are designed to ensure the normal operation of the system and realize improvement of the network communication system based on big data. The experimental results show that the system designed by the proposed method has a fast communication speed， low communication energy consumption， and low data packet loss rate during the communication process.
Keywords： big data; network communication system; communication speed; communication cost; communication quality; signal transmit routing
网络技术的成熟使得网络通信方式层出不穷，各种通信方式之间信息互通问题成为相关专家学者研究的重点[1]。搭建适用于各种通信手段的网络通信系统作为实现通信方式之间信息互通的主要手段，对其研究不断深入[2]。无线网络、有线网络以及卫星作为当前应用最为广泛的信息通信传输手段，但在很多时候，电台和有线电话的使用仍发挥着自身特有的重要地位。通过设计一个基于大数据的网络通信系统，能够实现无线网络、有线网络、卫星、电台、有线电话等通信方式之间信息互通。随着通信方式的发展，对该课题的研究逐渐成为相关专家学者研究的重点。当前广泛应用的网络通信系统无法保证信息互通过程中信息的准确性和完整性，影响通信系统性能[3]。
随着研究内容的深入，已产生一些较为成熟的理论和应用。文献[4]提出一种基于CAN总线的通信网络系统的设计方法，但这种方法设计的系统对信息的传输速度较慢，影响通信系统性能。文献[5]提出一种基于北斗卫星的网络通信系统设计方法，但这种方法在通信过程中，数据的丢包率较高，影响传输数据的准确性。文献[6]提出一种基于存储转发机制的网络通信系统设计方法，但这种方法设计的系统受数据传输速度的影响，导致网络通信系统效率较差。为此，本文提出一种基于大数据的网络通信系统设计方法。1 ?基于大數据的网络通信系统改进
1.1 ?网络通信系统总体设计
通过分析网络通信系统需求，对系统的硬件平台和软件系统进行设计。其中硬件平台的总体设计见图1。
通过图1看出，S3C2410模块是整个网络系统硬件平台的核心模块，利用该模块在实现ARM核控制的同时，丰富外围资源。存储模块主要由64 MB的NAND FLASH和SDRAM存储器模块组成。通信模块主要是由串口和以太网接口模块组成，利用以太网接口模块构建网络通信系统信息传输的通道[7]。利用RS 232芯片实现UART接口与用户主机之间的串口通信，通过JTAG接口实现系统的调试与维护，通过总线扩展实现系统总线的可扩展性。设计的基于大数据的网络通信系统采用Linux 2.6版本作为操作系统的内核，并通过GNU工作链实现程序的编码等功能。为实现系统硬件平台设计，利用S3C2410实现以太网接口电路设计。以太网芯片采用16位以太网控制器CS8900A，其包括片上RAM，10Base?T传输和接收信号的滤波器。该芯片具有使用灵活的优点，能够提高系统的性能[8]。在此基础上，为保证系统通信质量，对系统的转信路由控制进行设计。其作为系统通信过程中数据的交换机，通过转信方式实现系统的综合组网。系统中网络通信控制器能够实现通信协议与标准协议之间的转换，即实现通信系统终端数据与IP数据之间的转换[9]。还需对数据的传输路由进行控制，确定网络通信的信道。
在设计的过程中，通过固定路由表对通信路由进行控制。用户对通信的路由表进行设置，系统根据设置的路由表寻找通信信道，从而实现转信传输。根据设置的路由表，网络通信系统会有多个通信信道，需要根据信道的优先顺序进行排列使用[10]。
1.2 ?系统的电路设计
系统主要包括控制器S3C2410、以太网控制器CS8900A以及网络通信协议栈W3100A以及网络接口。其中W3100A与控制器S3C2410利用I2C接口模式进行连接。I2C接口模式连接示意图如图2a）所示。其中引脚RX_CLK，RXDV，RXD[0：3]以及COL实现通信信号数据的接收，TX_CLK，TXE，TXD[0：3]实现信号信号的输出。在系统中，采用PULES的J0011型变压器，其内部结果如图2b）所示。该变压器集成了BJ 45接头，在降低电路复杂度的同时，提高信号传输的可靠性。复位电路作为系统的重要电路，对其进行设计时，W3100A的复位引脚为高电平有效，则在对系统复位电路进行设计过程中，要求能够同时产生高、低两路复位信号，见图2c）。
通过对基于大数据的网络通信系统中电路连接、以太网变压器结构及系统复位电路进行设计，完成网络通信系统实现电路设计，保证系统正常运行。2 ?实验结果与分析为了证明所提基于大数据的网络通信系统设计方法的有效性和可行性，从系统的通信时延、系统能耗以及系统通信过程中数据的丢包率等方面进行分析，实验过程中采用Windows 2007作为实验操作系统，利用Matlab对实验过程进行模拟，得到的结果如下所述。实验过程中，利用不同方法设计的系统进行网络通信，确定不同方法设计系统的通信时延。通过实验得到结果见表1。
通过表1看出，本文系统的通信时延最短。所提方法设计的系统在进行网络通信的过程中，利用嵌入式Linux操作系统进行通信，其具有操作简单，通信速度较快的优点，使得所提方法设计的系统通信时延最短。在通信实验的基础上，通过采集系统通信过程中的能耗数据，确定系统能耗。得到的结果见表2。通过表2可知，采用所提方法设计的系统进行网络通信，通信的能耗最少。所提方法设计的系统在进行网络通信的过程中，对通信的信道进行选取，减少了传输距离，降低了传输过程中使用的能耗，使得设计的系统进行网络通信的能耗较少。在进行网络通信的过程中，分别利用不同方法设计的系统进行数据传输，确定数据的丢包率，并将每10次的实验数据为一组，确定系统丢包率范围。通过实验，得到的结果见图3。由图3知，本文系统进行网络通信过程中，数据丢包率在2%～5%之间;文献[5]系统进行网络通信过程中，数据的丢包率在3%～10%之间;文献[6]系统进行网络通信过程中，数据的丢包率在2%～9%之间。说明所提方法设计的系统通信过程中，数据的丢包率较低，较好地保证了通信质量。3 ?結 ?论针对当前网络通信系统存在的通信质量差、速度慢且成本高的问题，提出一种基于大数据的网络通信系统设计方法。实验结果表明，所提方法能够有效缓解当前方法存在的不足，为该课题的深入研究发展提供依据。
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