基于千兆網(wǎng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信程序設(shè)計(jì)

丁江鈺 陳偉

摘要：雷達(dá)是集中現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)先進(jìn)成果的一個(gè)電子系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于微電子技術(shù)及各種電子器件的迅猛發(fā)展，使雷達(dá)的各分機(jī)及體系結(jié)構(gòu)不斷更新，雷達(dá)的數(shù)字化推進(jìn)迅猛并將繼續(xù)向雷達(dá)前端推進(jìn)。雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用持續(xù)向前發(fā)展，極大地提高了雷達(dá)的性能并顯著擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。數(shù)字化推進(jìn)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展使雷達(dá)數(shù)據(jù)變的越來(lái)越多。本設(shè)計(jì)針對(duì)氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的變的越來(lái)越龐大的問(wèn)題展開(kāi)設(shè)計(jì)，利用低成本的網(wǎng)線來(lái)高速傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù)，能夠完成時(shí)時(shí)傳輸大部分的雷達(dá)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用UDP協(xié)議編寫，利用UDP的優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)快速傳輸。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá);數(shù)據(jù)傳輸;UDP

隨著雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展及數(shù)字化推進(jìn)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展使雷達(dá)數(shù)據(jù)變的越來(lái)越多。由雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件到雷達(dá)IQ數(shù)據(jù)文件大小不斷變大。雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件只有70多兆字節(jié)而雷達(dá)的IQ數(shù)據(jù)現(xiàn)在卻達(dá)到了500兆字節(jié)以上。雷達(dá)數(shù)據(jù)的常見(jiàn)傳輸分成3種：外場(chǎng)傳輸多采采用光導(dǎo)纖維傳輸，雷達(dá)基數(shù)據(jù)采用網(wǎng)線傳輸，雷達(dá)IQ數(shù)據(jù)采用PCI總線傳輸。千兆網(wǎng)卡已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，網(wǎng)線傳輸有著很多其他傳輸方式所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)：（1）網(wǎng)線相對(duì)于光纖與PCI，總線的成本更低廉。（2）連接方便。光纖需要光電轉(zhuǎn)換器來(lái)連接，PCI總線要用專門的接口。（3）網(wǎng)線相對(duì)于PCI總線傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。更適合中程距離傳輸。

1千兆網(wǎng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信程序設(shè)計(jì)

1.1 程序構(gòu)架

接收端：

輸入存儲(chǔ)的文件名字。

使用socket（）來(lái)建立一個(gè)UDP socket，第二個(gè)參數(shù)為SOCK_DGRAM。

初始化sockaddr_in結(jié)構(gòu)的變量，并賦值。

設(shè)置套接字。

使用bind（）把上面的socket和定義的IP地址和端口綁定。這里檢查bind（）是否執(zhí)行成功，如果有錯(cuò)誤就退出。這樣可以防止服務(wù)程序重復(fù)運(yùn)行的問(wèn)題。

使用recvfrom（）進(jìn)入等待狀態(tài)，等待發(fā)送端發(fā)送文件情況。

進(jìn)入循環(huán)程序，使用recvfrom（）進(jìn)入等待狀態(tài)，直到接收到發(fā)送端發(fā)送的文件內(nèi)的數(shù)據(jù)，就處理收到的數(shù)據(jù)，并向發(fā)送端發(fā)送反饋信息。

處理接收到的數(shù)據(jù)。

關(guān)閉套接字。

發(fā)送端：

輸入發(fā)送的文件名

輸入接收端的IP地址。

使用socket（）來(lái)建立一個(gè)UDP socket，第二個(gè)參數(shù)為SOCK_DGRAM。

初始化sockaddr_in結(jié)構(gòu)的變量，并賦值。

使用sendto（）發(fā)送文件情況。

進(jìn)入循環(huán)程序，使用sendto（）發(fā)送文件數(shù)據(jù)。并接收接收端的反饋信息。

關(guān)閉套接字。

2驗(yàn)證

2.1驗(yàn)證方法

選擇雷達(dá)文件傳輸并記錄發(fā)送時(shí)間與接收時(shí)間。用公式：。計(jì)算出本設(shè)計(jì)的傳輸速度。為了能更加準(zhǔn)確的測(cè)量出傳送速度。我們多次測(cè)量同一文件的發(fā)送時(shí)間，并用他們的速度平均速度為傳輸速度。對(duì)一雷達(dá)文件測(cè)試先連接通用機(jī)一和通用機(jī)二從通用機(jī)一傳輸雷達(dá)文件到通用機(jī)二傳輸3次并記錄發(fā)送時(shí)間和接收時(shí)間。之后連接通用機(jī)二到通用機(jī)一再傳輸雷達(dá)文件3次并記錄發(fā)送時(shí)間和接收時(shí)間，打開(kāi)兩邊文件記錄文件大小，使用校驗(yàn)程序統(tǒng)計(jì)出誤碼個(gè)數(shù)并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)處理分析。之后更換雷達(dá)文件重復(fù)前面的步驟。多次驗(yàn)證不同的雷達(dá)數(shù)據(jù)。

2.2 雷達(dá)基數(shù)據(jù)的驗(yàn)證

測(cè)試?yán)走_(dá)基數(shù)據(jù)文件大小75497KB。通用機(jī)一傳雷達(dá)基數(shù)據(jù)給通用機(jī)二均速度為88.4MB/s，通用機(jī)二傳雷達(dá)數(shù)據(jù)給通用機(jī)一平均速度為55.2MB/s

由數(shù)據(jù)可以看出傳輸速度都在30兆字節(jié)每秒。認(rèn)為是可以時(shí)時(shí)傳輸文件。

2.3 雷達(dá)IQ數(shù)據(jù)的驗(yàn)證

雷達(dá)IQ數(shù)據(jù)的傳輸是本次設(shè)計(jì)程序的重點(diǎn)目標(biāo)，雷達(dá)IQ數(shù)據(jù)由于實(shí)際需要IQ數(shù)據(jù)的傳輸要求的帶寬十分巨大，即1.2MHZ*32*2的速率，大約要70多兆每秒的速度才能達(dá)到無(wú)延遲的時(shí)時(shí)傳輸。一般現(xiàn)在的天線轉(zhuǎn)速為12°每秒到18°每秒，那么天線轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為20秒到30秒的時(shí)間。那么只要能在20秒內(nèi)完成雷達(dá)IQ傳輸?shù)模覀兙涂梢哉J(rèn)為我們達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸?shù)男Ч?。一般我們的常?jiàn)的雷達(dá)IQ的大小為500MB左右，那么我們的速度至少應(yīng)該達(dá)到25MB每秒以上。

雷達(dá)IQ文件1：雷達(dá)的轉(zhuǎn)速為14度每秒，文件大小為458兆字節(jié)。從通用機(jī)一傳雷達(dá)IQ文件到通用機(jī)二。測(cè)得的傳輸雷達(dá)IQ文件的平均速度速度為88.7兆字節(jié)每秒。平均用時(shí)5.16秒傳輸完，用7秒存入硬盤。最小速度為82.2兆每秒，用時(shí)5.57秒傳輸完，用7秒存入硬盤。都小于20秒鐘。我們可以認(rèn)為達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸文件的效果。從通用機(jī)二傳輸雷達(dá)IQ文件到通用機(jī)一。測(cè)得傳輸雷達(dá)IQ文件的平均速度為51.8兆字節(jié)每秒。平均用時(shí)8.84秒，用9秒存入硬盤。最小速度為51.5兆字節(jié)每秒，用時(shí)8.86秒。用9秒存入硬盤。都小于20秒鐘。我們可以認(rèn)為達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸文件的效果。

雷達(dá)IQ文件2：雷達(dá)的轉(zhuǎn)速為14.3度每秒，文件大小為458兆字節(jié)。從通用機(jī)一傳雷達(dá)IQ文件到通用機(jī)二。測(cè)得的傳輸雷達(dá)IQ文件的平均速度速度為87.9兆字節(jié)每秒。平均用時(shí)5.21秒傳輸完，用7秒存入硬盤。最小速度為85.6兆每秒，用時(shí)5.37秒傳輸完，用7秒存入硬盤。都小于20秒鐘。我們可以認(rèn)為達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸文件的效果。從通用機(jī)二傳輸雷達(dá)IQ文件到通用機(jī)一。測(cè)得傳輸雷達(dá)IQ文件的平均速度為51.4兆字節(jié)每秒。平均用時(shí)8.91秒，用9秒存入硬盤。最小速度為51.2兆字節(jié)每秒，用時(shí)8.95秒。用9秒存入硬盤。都小于20秒鐘。我們可以認(rèn)為達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸文件的效果。

雷達(dá)IQ文件3：雷達(dá)的轉(zhuǎn)速為14.8度每秒，文件大小為456兆字節(jié)。從通用機(jī)一傳雷達(dá)IQ文件到通用機(jī)二。測(cè)得的傳輸雷達(dá)IQ文件的平均速度速度為89.9兆字節(jié)每秒。平均用時(shí)5.07秒傳輸完，用7秒存入硬盤。最小速度為89.1兆每秒，用時(shí)5.11秒傳輸完，用7秒存入硬盤。都小于20秒鐘。我們可以認(rèn)為達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸文件的效果。從通用機(jī)二傳輸雷達(dá)IQ文件到通用機(jī)一。測(cè)得傳輸雷達(dá)IQ文件的平均速度為52.7兆字節(jié)每秒。平均用時(shí)8.652秒，用9秒存入硬盤。最小速度為52.0兆字節(jié)每秒，用時(shí)8.79秒。用9秒存入硬盤。都小于20秒鐘。我們可以認(rèn)為達(dá)到了時(shí)時(shí)傳輸文件的效果。

由數(shù)據(jù)采集資料可以看出本設(shè)計(jì)的誤碼率為百分之零。是因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)雖然才用了UDP這種被稱為不可靠的傳輸協(xié)議，但我們傳輸?shù)氖谴笥?4K的文件，為了保證文件傳輸之后能正常使用不會(huì)出現(xiàn)大量的誤碼。我們?cè)谏蠈又屑尤氲闹匕l(fā)機(jī)制，使文件傳輸基本不會(huì)出現(xiàn)誤碼。那么這樣做是否就和TCP傳輸一樣，這樣不就失去了UDP的優(yōu)點(diǎn)甚至還不如TCP？當(dāng)然回答是否定的。TCP是三次握手機(jī)制的重發(fā)，在傳每一個(gè)包的時(shí)候都會(huì)之間相互詢問(wèn)等待，這樣浪費(fèi)的大量的時(shí)間和系統(tǒng)資源。本程序采用的是每發(fā)送了N個(gè)包之后發(fā)送收端才會(huì)收到接收端的反饋信息剛剛發(fā)送的N個(gè)數(shù)據(jù)中有沒(méi)有丟包的？如果有就會(huì)重新發(fā)所丟的包。這樣減少了大量的時(shí)間。從而加快了速度的同時(shí)減少了丟包率和誤包率。

3結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用網(wǎng)線傳輸?shù)姆绞絹?lái)完成IQ數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)傳輸。初步實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)高速網(wǎng)絡(luò)傳輸。

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