基于單片機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 震，蓋昊宇，朱 煉

(安徽工商職業(yè)學(xué)院 應(yīng)用工程學(xué)院，安徽 合肥 231131)

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和并行讀寫的安全性與有效性處理受到人們更多的關(guān)注。結(jié)合數(shù)據(jù)并行讀寫過程的控制算法和信道均衡控制設(shè)計(jì)，構(gòu)建并優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)，能夠提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性[1]。因此，研究優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)，在提高物聯(lián)網(wǎng)的傳輸穩(wěn)定性和可靠性方面具有重要意義。

在傳統(tǒng)方法中，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫方法主要有失真偏移補(bǔ)償方法、基于DSP的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、基于VIX和PLC傳輸控制的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[2-4]，上述方法對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫控制算法進(jìn)行優(yōu)化，通過空間間隔采樣，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫過程設(shè)計(jì)。但傳統(tǒng)方法進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的輸出穩(wěn)定性較低，誤碼率較高。

針對(duì)上述問題，本文提出基于單片機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。首先采用負(fù)載均衡調(diào)度的方法構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的信號(hào)均衡模型，然后計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)輸出的最佳均衡匹配特征量，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的參數(shù)進(jìn)行融合分析。采用平行互質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)分析方法獲得物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道的均衡控制集，結(jié)合反饋調(diào)節(jié)跟蹤控制方法，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)傳輸調(diào)度模型，根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的模糊檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫和優(yōu)化控制，最后采用單片機(jī)完成對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

1 數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信道模型和參數(shù)分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信道模型

為了實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的信號(hào)均衡模型，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信道參數(shù)分布，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的參數(shù)測(cè)量模型[5]，采用負(fù)載均衡調(diào)度的方法，在信號(hào)的輸入端，得到各物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的支路信號(hào)G(V，r)。 計(jì)算第k條物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信道的位移參數(shù)，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸?shù)姆答佌{(diào)節(jié)模型為

(1)

式中，θ0和Δ2個(gè)參數(shù)分別表示最大值物理節(jié)點(diǎn)部署空間參數(shù)信息，w(k)表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)均衡指數(shù)函數(shù)。采用K-最短路徑算法，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的輸出離散序列為

(2)

式中，τn(t)表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)離散度，an(t)表示高并發(fā)讀寫數(shù)據(jù)樣本分布集。根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，完成對(duì)信道響應(yīng)估計(jì)，得到低時(shí)延場(chǎng)景的端到端時(shí)延為

(3)

式中，cn(t)是第n條物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道上的振蕩幅值[6]，Ns表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信道多徑時(shí)延參數(shù)，得到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃p系數(shù)為

(4)

式中，ai和τi分別是源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的輸出采樣幅值和傳輸時(shí)延參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，歸納傳輸數(shù)據(jù)聚合物理節(jié)點(diǎn)集合規(guī)律，并分析衰減系數(shù)的分布情況，然后根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信號(hào)的偏移向量[7]，采用時(shí)延控制的方法，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的信道模型如下：

(5)

1.2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的參數(shù)融合分析

采用分塊間隔均衡采樣方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)采樣和高并發(fā)讀寫傳輸控制，計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道的沖激響應(yīng)[8-10]，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)輸出的最佳均衡匹配特征量描述為

(6)

式中，hi表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道的沖激響應(yīng)參數(shù)。在數(shù)據(jù)信息融合的基礎(chǔ)上，提取物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫信道的匹配特征量，得到網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性加權(quán)系數(shù)：

(7)

(8)

(9)

式中，MT/N表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸?shù)某轭^間隔，其中M和N為整數(shù)?；谖锢砉?jié)點(diǎn)資源消耗調(diào)度，結(jié)合功率博弈分析與信息融合的方法,得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸?shù)墓β室蛩卅胻h，以此得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸?shù)姆祷刂禐閜(l+1), 空間增益調(diào)度值hmin(l), 采用信道鏈路增益?zhèn)鬏?，得到物?lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫數(shù)據(jù)融合模型：

(10)

根據(jù)功能性的差異值[11]，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)融合控制，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度。

2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫控制

2.1 物聯(lián)網(wǎng)傳輸信道均衡控制

在計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道的沖激響應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用隨機(jī)序列擴(kuò)頻方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的自適應(yīng)控制，在擴(kuò)頻信道中采用相鄰幀補(bǔ)償?shù)姆椒?，采用平行互質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)分析[12]，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的輸出轉(zhuǎn)換協(xié)議：

(11)

式中，ETX′表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的自適應(yīng)參數(shù)，ETX′表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道相鄰幀補(bǔ)償系數(shù)。采用最小二乘法得到相互匹配的DOA參數(shù)，定義為i，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的參數(shù)分布，確定Source節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為N，物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的鏈路層傳輸信號(hào)為Sx，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)輸出的參數(shù)：

(12)

根據(jù)均衡值和特均衡向量分布，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)調(diào)制的權(quán)值wBLCMV：

(13)

式中，C=[c1,c2,…，cg]表示物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的調(diào)制參數(shù)。利用自相關(guān)和互相關(guān)矩陣匹配分析的方法，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)目臻g信道增益：

(14)

(15)

式中，ASM為物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸?shù)墓摹?/p>

2.2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫輸出

在擴(kuò)頻信道中采用相鄰幀補(bǔ)償?shù)姆椒?，?shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的參數(shù)測(cè)量[14]，擴(kuò)頻信道傳輸閾值描述為

(16)

式中，物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)時(shí)間間隔為Tf,cj

(17)

式中，tnow是物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的采樣時(shí)間，Tp是低信噪比和小快拍下往返時(shí)延，Tdelay是分集均衡配置的時(shí)延。采用擴(kuò)展互質(zhì)子陣列聚合的方法，得到覆蓋度為

(18)

式中，bj為過程噪聲，Tv為物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的輸出時(shí)延誤差。根據(jù)接收的入射信號(hào)數(shù)據(jù)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的傳輸負(fù)載模型描述為

(19)

結(jié)合反饋調(diào)節(jié)跟蹤控制方法，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)傳輸調(diào)度模型[15]，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)控制的通信負(fù)載，由此得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)控制的迭代形式：

E(V)=(k1-k2)PAOMDV+(k1k2)(Pd-Pe)2

(20)

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

式中，k1是物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)傳輸概率，k2為路由沖突點(diǎn)。綜合上述分析結(jié)果，通過碼元調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)恼`碼補(bǔ)償，然后根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的模糊檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的優(yōu)化控制，從而得到數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的優(yōu)化輸出為

(21)

式中，ω(t)為物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的自適應(yīng)加權(quán)系數(shù)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

在上述算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，得到設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)架構(gòu)，結(jié)合總線加載模塊、信息處理模塊、時(shí)鐘電路模塊、人機(jī)交互模塊以及接收控制模塊等共同實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

4 仿真測(cè)試分析

為了測(cè)試本文方法在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫控制的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真測(cè)試。設(shè)定物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫傳輸信道帶寬為12.6 dB，空間增益為24 dB，干擾信噪比為-25 dB，物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫帶寬BGG=100=120 kHz，采樣頻率為1.57 kHz，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫性能測(cè)試，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫采樣(圖3)。

以圖3的數(shù)據(jù)為輸入，將本文方法與文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]的傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的輸出結(jié)果(圖4)。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫采樣 圖4 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫輸出

分析圖4得知，本文方法進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的輸出穩(wěn)定性較好，其穩(wěn)定性始終保持在0.8以上。測(cè)試誤碼率，得到對(duì)比結(jié)果(表1)。

表1 物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫誤碼率測(cè)試結(jié)果 %

分析表1得知，本文方法進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫控制的誤碼率較低，其誤碼率最高僅為0.203%。

5 結(jié) 論

通過構(gòu)建優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫模型，結(jié)合并行讀寫的控制算法和信道均衡控制設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為此，本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫的參數(shù)分布，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)調(diào)制的權(quán)值，利用自相關(guān)和互相關(guān)矩陣融合的方法，得到物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)目臻g信道增益，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫控制，并利用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析可知，本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性較好、誤碼較低，有效提高了物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)高并發(fā)讀寫和控制能力。