大数据下的网络通信系统架构设计范文

摘要：探讨大数据背景下的网络通信技术，展开大数据网络通信系统的架构设计。进一步分析FPGA平台下的验证、实现方法及结果。

关键词：大数据；网络通信；系统架构

1引言

网络通信技术的高速发展，充分显现了传统网络通信技术与信息飞速发展时代需求的不符，由于网络通信系统管理信息化是社会发展的必经之路，这就要求大数据技术应用于网络通信系统是必然趋势。大数据技术是网络通信建设的重要组成，为新时期的网络系统架构提供基础。网络通信系统的产生与信息化技术的发展息息相关，积极建设并充分应用大数据及物联网等技术，保障系统数据的有效分析，解决网络卡顿的现象，能够最大程度满足用户的服务需求。

2大数据技术及网络通信系统

2.1大数据技术

大数据技术是近些年兴起的网络技术，实现对海量数据的处理，利于改善传统数据处理方法[1-6]，是经济高速发展下的产物。大数据技术将计算机信息技术作为基础，使传统行业与大数据技术深度融合，对社会各项因素更新、调整，实现经济转型目标。大数据技术的产生，进一步发挥互联网技术的优势。大数据技术基于云计算理念，云计算为大数据的基础，具有开放性，实现数据的分析与整合，在数据下观察需求间的关系，是互联网技术发展的飞跃，对提升社会生产力具有重要推动作用。新时期各个领域需要不断融合大数据技术，以保障在激烈的市场竞争中永远保持强有力的技术实力。

2.2网络通信系统

传统电力行业网络通信系统采取分布式方式，现代网络通信系统采取智能通信系统，智能通信系统是建立在分布式系统之上，对分布式系统进行优化升级，更新设备、数据分析方法以及通信方式。传统分布式网络通信系统示意见图1，智能化网络通信系统示意见图2。网络通信系统服务质量为新时期理念，在大数据技术的发展下，融合计算机技术及网络技术、通信技术、数据库技术，实现网络及数据的现代化及智能化管理。网络通信系统服务质量是计算机及网络技术发展的衍生物，随着社会不断发展与时代接轨，网络服务持续优化才可在社会发展中体现其价值，从而提升用户体验要求。网络通信系统服务环境相对复杂，资源参数设置难度较大，提供网络服务面临一定风险，相关工作的开展可能面临网络资源缺失、通信线路阻塞等问题，此类问题的发生直接导致用户服务无法满足，甚至引发不良后果，大大降低了服务质量。网络通信系统中量度指标的可用性及网络服务吞吐率等决定服务的安全性及可靠性。

3大数据网络通信系统架构设计

随着网络通信系统用户量的不断递增，网络服务业务量迅速增加，保障网络系统正常运行、解决网络延迟以及防止数据丢失等现象已成为现阶段亟待解决的主要问题。在保障用户正常开展网络工作的前提下，建设基于大数据技术的网络通信系统架构极为重要。

3.1NOC系统架构

NOC系统架构是在网络通信多核系统上建立，路由及报文实现数据交换。NOC系统架构含有多个资源节点，通过网络将资源节点衔接，针对不同资源节点，利用互联网搭建通信通道，资源节点进行实时数据传输，将数据传输至目的节点。NOC系统构架在建设过程中，在局域网上展开拓扑结构及通信协议两个方面的优化。拓扑结构为NOC系统通信节点提供资源的静态连接方式，拓扑结构在网络延时及吞吐率、功耗方面具有一定影响。普遍拓扑结构包括网络结构及环面结构等，其中二维环面结构具有对称性，拓展性良好，易于设计。二维环面结构通信协议为系统通信双方约定，其中含有通信时序及数据交换技术等环节。为保障设计结构的合理性，利用OSI协议作为基础，在全局时钟下进行同步握手协议及数据分包等，搭建NOC通信协议。

3.2NOC系统架构的设计

首先在结构设计层面，NOC通信系统架构中含有资源节点、通信节点以及网络结构等。资源节点有预先设置好的IP地址，设计主要针对资源节点完成设计连接、网络链路建立以及通信节点设置，并对设计指标及投资成本进行研究及比较。例如建设架构为5×5二维环面网络结构（图3），该网络结构具有哈密尔顿性及哈密尔顿连通性，实现嵌入式网络建设，可进一步进行网络拓扑。NOC架构含有25个路由节点及RNI接口，路由器地址自（0,0）过渡到（4,4），在资源节点持续增加的情况下实现网络拓展。其次在路由器设计层面，路由器具有数据储存、报文交换等功能，其性能决定NOC网络架构功能，设置完备的路由器包括输入缓存及路由选择等模块。路由器在接收上节点的数据包后将其缓存，并判断数据地址是否正确，在通道中发出转发信号，使通道处于空闲状态，仲裁模块予以应答，开放输出通道中，数据包将数据承载于输入通道中。最后在路由仲裁设计层面，片上网络与传统总线网络相比具有较大优势，比如通信带宽高、数据吞吐量大等。片上网络在处理数据及信号时，会发生同一路由节点争夺信号的问题。这就需要设计仲裁模块解决此问题，并分段返回准许信号。利用NOC轮循调度仲裁机制，在调度器的循环作用下实现服务，使其具有公平及灵活等特点。路由数据传输示意见图4。

4FPGA平台下的验证及实现

4.1验证

仿真与验证功能是检测设计是否准确的重要手段，从而对所设计的网络系统不断改进及修正[7-10]，对组件的逻辑功能及通信架构的功能进行判断，是NOC通信架构设计相对完善的验证方式。在验证过程中，常规下FPGA设计验证流程包括功能验证、时序验证2个层面，功能验证为Modelsim、VCS及EDA等软件模拟电路行为；时序验证则是在FPGA及CPLD等编程器实现设计功能并搭建系统环境，以此实现对系统测试及向量验证，观察其是否满足设计要求及使用标准。功能验证是设计有效功能的验证方案，建立数据吞吐量不同的通信网络交换测试，并保障其功能完整性，实现无阻塞点对点通信验证。验证路由逻辑算法及链路连通性等功能，从而判断NOC通信架构的传输正确性。在设计多节点并行通信验证中，需观察验证构架读写时序及轮循调度路由仲裁是否满足标准要求。通过利用FPGA平台展开时序验证，与功能验证类似时序验证将数据储存ROM作为资源IP，并展开NOC通信架构加载测试，在原基础上增加UART传输过程，节点中的串口数据在PC端读取，并在实际对比中输出结果，在仿真平台下观察是否满足预期结果，并将此作为判断时序的参考依据。

4.2物理实现

在FPGA物理实现过程中，利用FPGA平台完成电路综合，该系统物理实现利用18046组合运算器、15134逻辑寄存器以及21650储存单元，整个系统占据FPGA平台资源的少部分储存量，最高时钟频率达到118.55MHz，满足预定的设计标准。大数据网络技术通信系统设计为实现网络设计，在大数据网络通信架构设计中还需不断研究现阶段尚未达到的理想结果。大数据背景下的网络通信系统设计数据服务层，实现网络通信及数据共享功能，此层面实现各类数据共享、各类数据交换，为主系统提供数据统计及数据分析等服务。大数据背景下的网络通信系统设计融合层，实现各类数据交换，前置交换层实现数据融合交换。

5结语

网络通信系统的产生与发展是基于信息技术。针对大数据技术的应用现状，将大数据技术应用于网络通信系统构建中，对通信网络发展将起到积极的推动作用。系统架构在设计过程中，利用FPGA平台对网络架构进行验证，明确相关物理实现标准，所设计的架构满足标准，具有良好的实用性。在未来的研究中仍需不断深入，比如探讨综合电力通信管理系统技术更新方法，并强化对拓扑的分析，解决入库及操作量问题，实现电力通信的架构统一性、自主可控性，使电力系统通信网络更加稳定及可靠。

参考文献

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作者：李琦 金翠 单位：内蒙古电力经济技术研究院