基于MAC协议的数控设备远程监控数据自动多信道传输

0 引言

信道传输方法的研究对于数据分析有重要意义，目前提出的传输方法在传输效率上难以达到人们的要求，尤其是应用数控设备网络化监控程序中，取得的监控效果较差[1,2]。本文根据数控设备网络化远程监控数据的特点和用户需求，构建了数据自动多信道传输模型和干扰模型，制定合适的多信道传输分配方法，不仅能够实现数据的自动传输，还能选择最安全的传输路径，提升数据传输速度，扩大传输数据量，并保证传输通道的稳定，使数据不被窃取和损坏，具有广阔的发展前景和应用领域。

1 数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输模型构建

1.1 数据自动多信道传输干扰程度

由于数控设备网络化远程监控数据传输环境复杂，传输节点分布密集，易受其他信号的干扰[3]。因此本文通过构建数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输干扰模型，计算多信道传输中各传输支路的受干扰程度，选择最安全的传输途径，保证数据质量和传输的稳定性[4]。

假设R表示多信道传输支路上负载的数据，h表示传输支路中的根节点，j表示多信道感知到的干扰电平，通过计算节点间数据的传输距离和干扰电平，得出各传输通道的干扰程度，其干扰程度计算方法如式(1)所示。

式(1)中，U表示干扰程度；d表示节点间数据的传输距离；v表示数据的传输速度；e表示干扰系数；r表示多信道中的干扰因子[5]。

通过计算各传输支路的干扰程度，U值越大说明干扰程度越强，U值越小说明干扰程度越弱，对比每个传输支路的干扰程度[6]，选择干扰程度最小的支路进行数控设备网络化远程监控数据的传输，不仅提高了数据传输效率，且能保证数据的完整性和传输稳定性。

1.2 自动多信道传输分配

面向数控设备网络化远程监控数据的种类多、数量大、计算方式复杂，采用网络拓扑集中处理全部监测数据，并进行自动多信道传输[7]。MAC协议传输如图1所示。

图1 MAC协议

由于MAC协议最大仅支持16信道，假设在网络拓扑结构中，相邻传输节点的最大总数为t，且满足以下关系式：

根据上述关系式可以推出，Kt-K1≥2t-2，此外由于信道的分配范围为1～16，推算可得t的值小于等于8，故可以计算出相邻传输节点间的最大总数应小于8[8]。

当相邻传输节点间的最大总数应小于8时，各支路节点信道的分配方法如下所示：

数据输入：假设某一信道的传输节点数为Q，Q=1，2，3，4，…，16，则偶数信道集合为：{2，4，6，8，10，12，14，16}，奇数信道集合为{1，3，5，7，9，11，13，15}。

数据输出：记相邻传输节点间的最大总数最大的支路为Y，相邻传输节点间的最大总数最小的支路为y，根据式(5)的计算结果决定信道分配。

式(2)中，E表示节点深度，E值为2时选择偶数信道，E值为1时选用奇数信道，且根据相邻传输节点间总数选择奇数信道或偶数信道中相应号码的信道[9]。

在完成信道分配计算后，需将分配结果通过网络拓扑实行到多信道传输中每一个传输支路和传输节点，并采用MAC协议通用帧的特别格式，允许每个节点携带32字节的信标载荷，其信标包含信标级数、通用帧级数等重要内容[10]。通过网络向各个组成部分发送信标帧，以保证各个传输节点与总协调器同步，使多信道的运行成本降到最低，并采用信标网络通信，减少节点的消耗，保证正常的数据传输。

由起始节点发出，由根节点向下转发，各传播节点接到信标后，解析信标内容，自动启动节点信道，赋予整个网络拓扑结构自动化，实现数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输[11]。信道分配信标载荷格式如图2所示。

图2 信道分配信标载荷格式

1.3 构建数据自动多信道传输模型

节点是构成多信道传输的最小单元，数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输支路终端采用多接口节点，使节点可连接两个或两个以上的传输支路[12]。构建多接口节点的模型如图3所示。

图3 多接口节点的模型

在构建数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输模型时，首先假设多信道传输的数[13]控设备网络化远程监控数据从节点A开始传输，直到节点M传输结束。F（C，D）是以A节点为根节点的树，C表示所有多信道中的传输节点，D表示节点的传输接口。以第i个节点ai为例，ai节点通过传输接口和连接线，形成以ai为根的树，树中连接的其他节点将数控设备网络化远程监控数据传输给ai，并等待传输节点采集数据，且传输节点在传输时消耗一定的能量，其在发送数据和接收数据时消耗的能量计算法如式(3)所示。

在式(3)中，W表示节点传输数据所消耗的能量；Np表示多信道中所有的传输节点数量；Ns表示多信道中参与数据传输的传输节点数量。可以看出节点的消耗量与传输数据量和工作节点数量有关[14]。

当数据从传输节点始端A传输到终端B时，算是一次完整的传输活动。在每一次的完整活动中，任意传输节点a接收的数据量X1和发送的数据量X2之间的关系表达为：

式(4)中，n表示在单次完整数据传输中采集的数控设备网络化远程监控数据总量[15]，由此得到的数据自动多信道传输模型为：

式(5)中，k表示码元速率。至此完成数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输方法的设计。为验证该模型在数据传输中的性能，进行仿真对比实验。

2 实验结果与分析

本文在结束以上传输方法研究后，整合远程监控数据自动化多信道传输效果信息，并将效果信息录入实验研究系统中，对比本文传输方法的传输性能，并设置相应的实验环境如表1所示。

表1 实验参数1

在表1中，根据实验参数表信息标定传输数据环境。本文实验操作选择MATLAB软件进行数据计算，掌控基础数据传输程度。在构建网络化远程监控数据的信道传输平台后优化内部传输机制，并匹配相应的数据存储空间，确保数据的完整性存储。同时构建信道传输节点图调节传输节点内部信息：

1.自治实现社区治理融合有序。社区事务自治，才能发挥主人翁的主体性和自觉性。通过“社区工作者+党员+义工+社工+居民”，实现自治“人人参与”；通过建立完善群众意见会、议题讨论会、议事决策会、群众评议会和财务公开、事务公开、责任公开的“四会三公开”制度，实现自治参与有规则；通过落实“三事分流”原则，人人参与、共同协商，实行“自己的事情自己做、小区的事情小区办、大家的事情大家商量大家办”。

图4 信道传输节点图

标记存储的数据信息，根据数据信息的管理模式进行数据任务分配。调整多信道中的数据传输交流方式，将联系较为密切的监控数据信息集中于统一的流通通道中等待空间后续传输处理。将联系密切程度较低的数据传输至管控中心中进行数据管控，增强数据的传输可行性，在达到数据传输标准后，操控监控数据信息，获取精准的信息数据结果。

根据获取的数据信息调配传输空间状态，按照传输状态操控软件计算数据，取得初始传输结果信息。根据取得的初始传输结果信息进行数据整合处理，完善内部操作机制。在实验的过程中不断调试计算软件性能，确保数据的精准运算，构建网络传输模式如图5所示。

图5 网络传输模式图

设置内部联络系统，将数控设备网络化远程监控数据与内部信道相连接，在连接的同时时刻监控连接空间的状态，并添加内部检验装置查询数控数据的存在模式，标定模式位置信息，获取相应的操作数据。

2.1 数据网络吞吐量对比

为验证本文研究方法的性能，以基于5G无线网络中基于多播技术的机群通信数据传输（文献[3]方法）、基于MTConnect的数控设备网络化监控系统Agent架构（文献[4]方法）作为对比方法，将获取的数据网络吞吐量结果数据进行对比。网络吞吐量可以测试信道传输数据的速率，吞吐量越大说明传输效率越高。通过仿真平台测试的实验结果如图6所示。

图6 数据网络吞吐量对比图

根据图6实验结果可以分析出，本文方法的网络吞吐量大于对比两种传输方法的网络吞吐量。由于本文传输方法在传输的同时时刻保持数据间的联系，管理不同传输信道的内部信息差异，并将差异数据记录至中心空间中，保证数据传输的通畅度。在信道整合的过程中调整数据传输状态，获取良好的传输信息，并及时反映外部操作空间位置，便于追踪网络信号信息，提升数据传输的网络吞吐量。

2.2 网络传输延迟对比

在实现上述实验研究操作后，整合操作的数据信息，设置二次对比实验操作，并调节信道信息，将信道信息与数据传输模式相结合，并审核此时的信息状态，查找数据简化信息，并标定信道内容，设置实验参数如表2所示。

表2 实验参数2

利用表2信息管理内部传输数据信道空间，将实验内部系统调整至最佳模式，并查询中心管理操作信息数据，将查找的数据原则与内部检验数据相匹配，及时调节数据的传输方式，获取良好的数据结果。对网络传输延迟进行对比，得到实验结果对比图如图7所示。

图7 网络传输延迟对比图

根据图7所示，文献[3]、文献[4]方法的网络传输延迟高于1s，本文数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输方法的网络传输延迟低于0.50s，低于对比的两种传输方法。造成此种差异的原因在于本文传输方法利用多信道的内部传输机制进行数据传输，减少不必要的操作麻烦，同时转变操作机制，节省操作所需时间，时刻检验传输的数据信息，确保数据的传输安全性，具有较高的数据操作能力，网络传输延迟较短。

综上所述，本文传输方法具有良好的数据传输效果，能够在一定程度上提升传输的效率，优化内部传输机制，具备较高的研究价值。

3 结语

本文在传统数控设备网络化远程监控数据自动多信道传输方法的基础上提出一种基于MAC协议的数控设备远程监控数据自动多信道传输方法，整合了信道传输信息，将获取的信道传输信息与传输通道相结合，缓解内部远程监控数据的传输压力，扩展传输通道，方便数据的流转，提升数据的传输效率。实验结果表明，本文传输方法的传输效果明显优于传统传输方法的传输效果。