数据通信下的物联网交互技术研究论文

摘要:

 随着现代船用电子信息系统的发展，各电子设备之间及与设备与信息中心的数据交互越加频繁，交互量越来越大，传统的基于无线通信架构的数据通信系统已经越来越不能满足海上大量数据的交互性能要求。物联网是一种全新的互联结构，其数据采集﹑传输是基于RFID射频技术﹑传感器技术及无线传感网络技术，能够高效的对船用通信数据进行处理。本文研究海上无线通信网络与物联网结构，提出基于物联网结构的拥塞算法，极大提高了海上通信网络系统容量。

关键词:

 物联网;拥塞控制;无线通信

引言

　　船用电子信息系统应用类型越来越多，如海上气象检测系统﹑船舶跟踪识别系统﹑船舶避碰系统及信息中心等，其对数据传输及处理量呈指数级增加，如何高效的对大数据进行通信传输﹑处理关系着整个船舶电子设备的运行效率。传统的海上数据通信有基于3G，4G无线通信网络，光纤网络及无线局域网络3种，随着采集数据类型及数据量的增加，已经越来越不能满足海上大量数据的交互要求。物联网是一种全新的互联结构，其数据采集﹑传输是基于RFID射频技术﹑传感器技术及无线传感网络技术[1]，能够高效的对船用通信数据进行处理。本文研究现有的海上无线数据通信架构，重点研究数据通信中的拥塞控制算法，对现有的先入先出(FIFO)进行改进，提出一种新的加权平均队列算法，有效平衡船用电子设备的网络带宽资源，提高其利用率。

1基于无线局域网的物联网结构

　　基于海上无线局域网的物联网结构采用RFID射频芯片对船舶电子设备进行数据采集，在物联网结构中对这些数据进行融合，最后将数据进行分装并发送至无线局域网，同时通过无线局域网中的路由器与VPND虚拟网络进行连接[2]。基于海上无线局域网物联网数据平台结构如图1所示。基于海上无线局域网物联网数据平台分为以下3个区域:1)A为核心交换区，通过区域无线局域网与运营服务商进行连接，并对数据进行分组转化，在整个网络中处于核心地位。2)B为物联网接入区，将A区传输的数据在物联网中进行接入，必须要保证的是数据接口的统一及各种软硬件的兼容性。3)C为基于VPND虚拟网络的控制平台，为船舶各电子设备提供服务。

2基于物联网通信的拥塞控制算法

　　2.1基于TCP/IP协议的带宽控制本文的海上数据通信利用TCP/IP协议，在传输层面对TCP包的大小及数量进行控制，具体的有分组调度控制﹑队列管理控制及拥塞控制等。在基于TCP/IP传输中，首先需要确定对方CPU﹑内存等处理能力，也即一次能处理的信息数据块大小，然后对发送及接收信号的窗口进行调节，改变信号传输率及TCP包的大小，对通信流量进行控制。在此，每次信号传输之前需要对窗口进行设置，以控制传输速率与流量[3]。基于TCP/IP协议物联网拥塞控制主要包含以流量限制、传输恢复、初始化限额启动及失败重传4个步骤。在每个阶段，对传输窗口大小都有不同的调节机制来调节网络带宽﹑传输速率及一次性传输信息量大小;同时，需要保证一定的网络带宽利用率，本文通过在接收端和发送端增加缓进行控制。在海上物联网通信系统中，通过构建以太网络对流量进行控制策略如下:1)数据链路层。数据链路层为TCP/IP协议最底层，通过流量控制﹑纠错控制﹑重传机制及握手机制来确保双方通信的畅通及准确。2)网络层。网络层位于TCP/IP协议的中间层，通常的网络控制策略有分组调度策略﹑虚拟电路分组管理策略﹑分组排队策略等。3)传输层。传输层位于TCP/IP协议上层，如上所述，控制方法有拥塞控制流量策略﹑带宽控制策略﹑缓存队列控制等。

　　2.2拥塞控制算法

　　海上物联网通信中的拥塞控制算法通过中心监控设备对船用各电子设备的数据交互进行监控，整个算法包括以下3个核心模块:1)管控中心控制模块管控中心控制模块通过监控中心对船用电子设备的数据传输﹑接收及处理等信息进行统计分析，对出现数据通信阻塞的节点进行管理。管理中心控制模块需要充分利用现有的网络带宽资源，周期性(每180s)与各监控设备进行连接，当各应用层发生故障时，则对其进行置位[4]。2)算法初始及启动模块由管控中心对算法模块进行初始化及启动，具体步骤如下:①首先进行通信网络状态及性能测试，管控中心获取物联网数据通信各网管的数据传输信息，每30s进行一次测试，统计数据报的延迟时间来调整窗口的大小，避免拥塞。②对船用各电子设备进行负载均衡，通过统计计算网格参数，如数据传输时间﹑窗口调整延迟﹑数据处理时间等动态信息，并通过负载均衡算法进行动态调整。3)发送模快本文算法主要通过发送端对发送流量的控制进行拥塞管理，具体是将发送模块置于通信网络的各处网格中，通过ALC对实际系统访问控制列表进行流量的控制。