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摘要：探討大數據背景下的網絡通信技術，展開大數據網絡通信系統的架構設計。進一步分析FPGA平臺下的驗證、實現方法及結果。

關鍵詞：大數據；網絡通信；系統架構

1引言

網絡通信技術的高速發展，充分顯現了傳統網絡通信技術與信息飛速發展時代需求的不符，由于網絡通信系統管理信息化是社會發展的必經之路，這就要求大數據技術應用于網絡通信系統是必然趨勢。大數據技術是網絡通信建設的重要組成，為新時期的網絡系統架構提供基礎。網絡通信系統的產生與信息化技術的發展息息相關，積極建設并充分應用大數據及物聯網等技術，保障系統數據的有效分析，解決網絡卡頓的現象，能夠最大程度滿足用戶的服務需求。

2大數據技術及網絡通信系統

2.1大數據技術

大數據技術是近些年興起的網絡技術，實現對海量數據的處理，利于改善傳統數據處理方法[1-6]，是經濟高速發展下的產物。大數據技術將計算機信息技術作為基礎，使傳統行業與大數據技術深度融合，對社會各項因素更新、調整，實現經濟轉型目標。大數據技術的產生，進一步發揮互聯網技術的優勢。大數據技術基于云計算理念，云計算為大數據的基礎，具有開放性，實現數據的分析與整合，在數據下觀察需求間的關系，是互聯網技術發展的飛躍，對提升社會生產力具有重要推動作用。新時期各個領域需要不斷融合大數據技術，以保障在激烈的市場競爭中永遠保持強有力的技術實力。

2.2網絡通信系統

傳統電力行業網絡通信系統采取分布式方式，現代網絡通信系統采取智能通信系統，智能通信系統是建立在分布式系統之上，對分布式系統進行優化升級，更新設備、數據分析方法以及通信方式。傳統分布式網絡通信系統示意見圖1，智能化網絡通信系統示意見圖2。網絡通信系統服務質量為新時期理念，在大數據技術的發展下，融合計算機技術及網絡技術、通信技術、數據庫技術，實現網絡及數據的現代化及智能化管理。網絡通信系統服務質量是計算機及網絡技術發展的衍生物，隨著社會不斷發展與時代接軌，網絡服務持續優化才可在社會發展中體現其價值，從而提升用戶體驗要求。網絡通信系統服務環境相對復雜，資源參數設置難度較大，提供網絡服務面臨一定風險，相關工作的開展可能面臨網絡資源缺失、通信線路阻塞等問題，此類問題的發生直接導致用戶服務無法滿足，甚至引發不良后果，大大降低了服務質量。網絡通信系統中量度指標的可用性及網絡服務吞吐率等決定服務的安全性及可靠性。

3大數據網絡通信系統架構設計

隨著網絡通信系統用戶量的不斷遞增，網絡服務業務量迅速增加，保障網絡系統正常運行、解決網絡延遲以及防止數據丟失等現象已成為現階段亟待解決的主要問題。在保障用戶正常開展網絡工作的前提下，建設基于大數據技術的網絡通信系統架構極為重要。

3.1NOC系統架構

NOC系統架構是在網絡通信多核系統上建立，路由及報文實現數據交換。NOC系統架構含有多個資源節點，通過網絡將資源節點銜接，針對不同資源節點，利用互聯網搭建通信通道，資源節點進行實時數據傳輸，將數據傳輸至目的節點。NOC系統構架在建設過程中，在局域網上展開拓撲結構及通信協議兩個方面的優化。拓撲結構為NOC系統通信節點提供資源的靜態連接方式，拓撲結構在網絡延時及吞吐率、功耗方面具有一定影響。普遍拓撲結構包括網絡結構及環面結構等，其中二維環面結構具有對稱性，拓展性良好，易于設計。二維環面結構通信協議為系統通信雙方約定，其中含有通信時序及數據交換技術等環節。為保障設計結構的合理性，利用OSI協議作為基礎，在全局時鐘下進行同步握手協議及數據分包等，搭建NOC通信協議。

3.2NOC系統架構的設計

首先在結構設計層面，NOC通信系統架構中含有資源節點、通信節點以及網絡結構等。資源節點有預先設置好的IP地址，設計主要針對資源節點完成設計連接、網絡鏈路建立以及通信節點設置，并對設計指標及投資成本進行研究及比較。例如建設架構為5×5二維環面網絡結構（圖3），該網絡結構具有哈密爾頓性及哈密爾頓連通性，實現嵌入式網絡建設，可進一步進行網絡拓撲。NOC架構含有25個路由節點及RNI接口，路由器地址自（0,0）過渡到（4,4），在資源節點持續增加的情況下實現網絡拓展。其次在路由器設計層面，路由器具有數據儲存、報文交換等功能，其性能決定NOC網絡架構功能，設置完備的路由器包括輸入緩存及路由選擇等模塊。路由器在接收上節點的數據包后將其緩存，并判斷數據地址是否正確，在通道中發出轉發信號，使通道處于空閑狀態，仲裁模塊予以應答，開放輸出通道中，數據包將數據承載于輸入通道中。最后在路由仲裁設計層面，片上網絡與傳統總線網絡相比具有較大優勢，比如通信帶寬高、數據吞吐量大等。片上網絡在處理數據及信號時，會發生同一路由節點爭奪信號的問題。這就需要設計仲裁模塊解決此問題，并分段返回準許信號。利用NOC輪循調度仲裁機制，在調度器的循環作用下實現服務，使其具有公平及靈活等特點。路由數據傳輸示意見圖4。

4FPGA平臺下的驗證及實現

4.1驗證

仿真與驗證功能是檢測設計是否準確的重要手段，從而對所設計的網絡系統不斷改進及修正[7-10]，對組件的邏輯功能及通信架構的功能進行判斷，是NOC通信架構設計相對完善的驗證方式。在驗證過程中，常規下FPGA設計驗證流程包括功能驗證、時序驗證2個層面，功能驗證為Modelsim、VCS及EDA等軟件模擬電路行為；時序驗證則是在FPGA及CPLD等編程器實現設計功能并搭建系統環境，以此實現對系統測試及向量驗證，觀察其是否滿足設計要求及使用標準。功能驗證是設計有效功能的驗證方案，建立數據吞吐量不同的通信網絡交換測試，并保障其功能完整性，實現無阻塞點對點通信驗證。驗證路由邏輯算法及鏈路連通性等功能，從而判斷NOC通信架構的傳輸正確性。在設計多節點并行通信驗證中，需觀察驗證構架讀寫時序及輪循調度路由仲裁是否滿足標準要求。通過利用FPGA平臺展開時序驗證，與功能驗證類似時序驗證將數據儲存ROM作為資源IP，并展開NOC通信架構加載測試，在原基礎上增加UART傳輸過程，節點中的串口數據在PC端讀取，并在實際對比中輸出結果，在仿真平臺下觀察是否滿足預期結果，并將此作為判斷時序的參考依據。

4.2物理實現

在FPGA物理實現過程中，利用FPGA平臺完成電路綜合，該系統物理實現利用18046組合運算器、15134邏輯寄存器以及21650儲存單元，整個系統占據FPGA平臺資源的少部分儲存量，最高時鐘頻率達到118.55MHz，滿足預定的設計標準。大數據網絡技術通信系統設計為實現網絡設計，在大數據網絡通信架構設計中還需不斷研究現階段尚未達到的理想結果。大數據背景下的網絡通信系統設計數據服務層，實現網絡通信及數據共享功能，此層面實現各類數據共享、各類數據交換，為主系統提供數據統計及數據分析等服務。大數據背景下的網絡通信系統設計融合層，實現各類數據交換，前置交換層實現數據融合交換。

5結語

網絡通信系統的產生與發展是基于信息技術。針對大數據技術的應用現狀，將大數據技術應用于網絡通信系統構建中，對通信網絡發展將起到積極的推動作用。系統架構在設計過程中，利用FPGA平臺對網絡架構進行驗證，明確相關物理實現標準，所設計的架構滿足標準，具有良好的實用性。在未來的研究中仍需不斷深入，比如探討綜合電力通信管理系統技術更新方法，并強化對拓撲的分析，解決入庫及操作量問題，實現電力通信的架構統一性、自主可控性，使電力系統通信網絡更加穩定及可靠。

參考文獻

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作者：李琦 金翠 單位：內蒙古電力經濟技術研究院