基于自适应变异的消息队列异步通信错误检测

张 昇，王 鹏

(吉林大学，吉林 长春 130041)

1 引言

传统消息队列异步通信错误检测方法基本上都是利用单户检测方法，对每个消息队列异步通信错误信号都是单独进行检测的。依据各个异步通信错误信号事先配置到的扩频码数据，再使用配置滤波设备对该系统中错误信号做有关检测[1]。这种方式易于操作，其在传统扩频码异步通信系统中取得了极广泛运用，但其有个弊端就是随着消息队列增加，多址信号干扰程度就会增高，错误检测率将呈现指数模式增长，同时容易受到多址干扰，导致将正确信号归为错误检测结果中，从而降低该系统的消息队列异步通信错误检测能力[2]。

与传统错误检测方法不同，基于自适应变异的消息队列异步通信错误检测是客观存在的，认为消息队列异步通信错误信号不单单是单无线噪声信号，该信号具备极强结构特性。在错误检测流程中，不把消息队列异步通信错误信号当作单纯的无线噪声去解决，而是使用自适应变异方法将含有错误信号进行修改或者去除，增高抗干扰功能。简化消息队列异步通信错误信号修改流程，保证异步通信信号在强噪声干扰下信号错误概率的降低，从而提升消息队列使用效率，提高该系统通信容量与功能。

李贞妮等人[3]根据消息队列异步通信错误检测机制严重影响着片上消息队列的输送推迟与信息数据交互功能，为此采用双模式结合的消息队列片上异步通信错误机制，依据片上消息队列交互错误信号信息的特征，利用不同通信错误机制进行输送，并提出了一种可配置的片上消息队列双模式，结合信息通信错误接口电路，增强路由结点的通用性，高效完成已有异步通信错误信息输送通道单一等问题，实现了基于该通信错误机制的异步片上消息队列，再建立双模式结合下异步通信错误机制片上消息队列错误检测系统。结果表明，该方法具备缩短输送延迟时间，但错误检测效果不佳。孙顺苗等人[4]针对当前消息队列异步通信数据种类繁多与海量，很难及时检测出错误数据，为此采用Storm流检测方法对错误数据进行检测。此方式使用大数据运算框架Storm当作核心，经过外置传感器与异步通信协议得出消息队列运营数据，再根据Kafka当作消息队列把运营数据传输给Storm，并对该数据做统计，发现错误数据并进行检测。结果表明，该方法具备较强运算能力，同时错误概率较低，但很大程度上增加了设备复杂度，导致检测时延较长。

基于此，本文采用自适应变异方法对传输消息队列异步通信错误数据分别进行定时同步，并对无线噪声以及多址干扰等进行分析与修正，最终得出结果验证本文方法，可以有效增强系统抗干扰与时延功能，且错误概率极低，错误检测性能极强。

2 自适应变异下消息队列异步通信流程分析

消息队列是指在事务模式的松合、耦合与可靠的异步通信服务[5]。当中队列是异步通信中暂时保存路由信息数据的地方，其是在信息数据的输送流程中存储信息数据的设备。队列主要作用是供给路由并确保信息数据的输送，假设输送信息数据接收人接收不到，消息队列就会存储信息数据，一直到能够成功接收到为止。消息队列这种功能相似于快递员送快递，若接收人不在家，则快件就会保存在快递公司中，并进行下一次送件，直到接收人收到为止，确保信息数据被传输一次。

消息队列具备以下特征：

1)消息队列是朝向目标的，能够直接把目标放到指定的队列中，接收者能够直接收到目标，不用在信息数据列表中记录与目标间做转换；

2)从功能视角来说，消息队列信息数据库的功能更好，不用利用信息数据库衔接；

3)消息队列具备极强的灵活特性，队列里不仅能够存储对应的若干个相同目标，还能够存放不相同目标，而使用信息数据列表的方法得先做表义，由于不同目标需要用不同的表形式来完成，所以不具备灵活特性。而消息队列更适合在不相同系统之间进行异步通信错误检测。

消息队列异步通信传输流程是信号数据长时间存储的流程，在运作流程中会出现各式各样错误均属于正常现象。本文采用自适应变异方式可以抑制干扰信号，降低错误传输，从而降低异步通信信号错误检测概率。

自适应变异是指异步通信传输流程中，依据异步通信信号信息提取出其数据特点的自动调节检测方法，能够自动检测扩频码、自动检测相位以及自动检测干扰信号等，使其和所检测信号的统计分布、信号成分相适应，以获得最希望的检测效果的流程。根据自适应变异性能对消息队列异步通信错误检测进行分析，该分析步骤主要分为消息队列异步通信错误信号接收、错误检测两部分。其中，信号接收是根据周期的方波脉冲、信号扩频码[6]、信号幅度与经过配置滤波设备等数据，得出异步通信错误；错误检测是依据定时、高斯分布与标准高斯等方面将获取的异步通信错误进行检测，并修正错误。

3 错误信号接收

根据自适应变异下消息队列异步通信错误检测流程[7]，设定该流程中有K个用户，第k个用户输送消息队列异步通信信号为

(1)

其中，bk(t)描述了第k个用户输送的二元异步通信数据信号，bk，i∈+1，-1描述了第k各用户的第i个比特；PT(t)表示幅度数值为1，T表示一个持续周期的方波脉冲，ak(t)表示第k个用户信号扩频码[8]，其是任意独立消息队列，即

(2)

其中，PTc(t)表示幅度数值为1，持续周期为Tc的方波脉冲。扩频比值是N=T/Tc。收到消息队列异步通信信号是

(3)

其中，n(t)表示任意无线噪声，N0/2表示该信号谱功率分布[9]。τk表示第k个用户的任意时延服从[0，T]中的平均分散；∅k=(θk-ωcτk)mod 2π描述了第k个用户的任意送达相位，若ωc≫1(0，2π)时，服从(0，2π)中的平均分散。

第k个用户的第i个比特的配置滤波设备输出结果为

(4)

(5)

下面将利用标号方式，上标(2)代表检测设备的第2阶，也就是通过1阶干扰去除之后得出的结果。其中1阶则表示以前检测情况，上标(1)可以省略不用写，输出结果为

(6)

第2阶经过配置滤波设备输出结果为

(7)

4 信号错误检测

在实际操作流程中，消息队列异步通信错误信号避免不了发生接收到错误问题，为此对第1阶与第2阶配置滤波设备的输出结果进一步分析，若出现错误就将其修正。

第1阶出现接收到消息队列异步通信错误信号存在错误，将其修正为

(8)

当中，0≤ε

利用符号表示方式将式(8)变成

(9)

对于自适应变异流程，假设噪声信号是高斯分布，则错误码率能够用信噪比Q函数运算得出[12]。

(10)

(11)

将上式采用积分方法进行简化，得出式(12)。

(12)

(13)

(14)

(15)

式(15)得出结果是首个用户在干扰删除设备第2阶的得出错误码的概率。第2阶的错误码概率和第1阶错误码概率具有关联联系。

通过以上研究可知：减弱希望检测的用户有关接收信号的干扰；让前1项目的得出判断可靠性比例减少，同时在前1阶信息数据比特预测正确的状况下，依旧不可以抵消全部多址干扰，减少干扰删除的可靠性。从第2阶起始时，各个阶统计数量就不需要独立，前一项目与后一项目的错误具备一定的相关联系，如果用传统方法，则就会大大增加错误检测概率。而利用自适应变异方式自动调节与其相似表达形式变得更加容易，并且错误概率极小。

5 仿真分析

为了验证自适应变异方法对消息队列异步通信错误检测效果，采用对比实验的方式将本文方法与文献[3]方法、文献[4]方法进行对比分析。实验中，则设定异步通信错误信号接收设备为希望信道信息数据，同时每组接收异步通信错误信号具备相等的谱功率分布。该信道参数情况如表1可知。

表1 通信信号信道参数情况

实验使用一种数字调制方法，其参数情况如表2可知。

表2 实验参数情况

依据表2中的实验参数信息情况，获得消息队列异步通信错误情况曲线如图1、图2所示。

图1 不同方法下发8收5错误概率对比情况

图2 不同方法下发8收8错误概率对比情况

图1展示了自适应变异方法与文献[3]、文献[4]方法发8收5情况下消息队列异步通信错误情况(接收信号少于起始送出信号)。能够得出，当网络环境中信噪比是5dB时，所有方法的检测误差基本一致，所有方法都符合基本实际需求。但第一次迭代计算中，信噪比是10dB时，本文方法得出错误概率为10-2，文献方法获得错误概率均为10-1，这是因为使用跟踪方法将起始输出异步通信错误信号扩展到全部方波脉冲信号中，减少多址干扰，提升错误码概率。当第7次迭代计算中，当信噪比是25时，使用自适应变异方法取得错误概率是10-3，文献[3]方法获取错误概率为10-1，而文献[4]方法获取错误概率为10-2。这是因为在运算流程中，跟踪将前一次迭代计算得出的错误信号数据扩展到全部信息数据帧中，降低多址干扰重新构建错误数据的问题，进一步降低错误率，验证本文方法的消息队列异步通信错误检测能力优于文献[3]方法与文献[4]方法。

图2展示发8收8情况下，本文方法与文献方法错误概率比较情况。对比可知，在首次迭代计算信噪比是20dB时，本文方法检测错误概率为10-3，文献[3]方法检测错误概率为10-2，而文献[4]方法检测错误概率为10-1。当第7次迭代计算中，当信噪比是30dB时，本文方法取得错误概率为10-3，文献[3]方法得出错误概率为10-2，而文献[4]方法获得错误概率为10-1，故经过两次迭代计算数据对比情况，本文方法每次迭代计算都小于文献[3]与文献[4]方法错误概率，其异步通信信号错误检测性能极佳。

综上所述，通过接收信号少于或等于起始送出信号迭代计算得出错误概率数据，均能证实本方法检测出错误概率极低，检测结果精准。

6 结论

文中采用自适应变异方法根据自动调节特性设计消息队列异步通信错误检测流程，并依据输送异步通信信号周期与幅值、相位数据情况判定出异步通信错误信号，再经过定时同步与无线噪声、多址干扰等影响该信号进行分析与修正，最后得出错误概率极小。实验结果表明自适应变异方法的有效性，错误概率低、检测性能高，优于文献[3]方法与文献[4]方法。

文中分析用户接收到信号错误检测，前提是理想状态下，接收端口得出的参数均为稳定，在现实中，接收到的异步通信信号是不稳定的，分析接收到参数不稳定对异步通信信号产生影响是今后的主要研究方向。