基于高性能同轴电缆接入网技术的MAC层信道调度方法

江 南

（湖南大学物理与微电子学院，湖南 长沙 410000）

0 引言

信道作为一种动态化的信号传输媒介，主要应用于网络通信或者电磁控制等行业中，搭配相应的处理技术，为人们的生产生活提供了极大的便利条件[1]。MAC层的信道在日常调度工作中与基础信道存在一定的差异，MAC层通常属于媒体介入的控制层，与OSI模型内部的数据链路直接关联，在一定程度上可以提升数据帧的传输速度和质量，同时也可以形成一个定向的防护机制，在确保传输数据、信号安全的基础上，形成循环调度网[2]。参考文献[3]和文献[4]为传统随机森林算法信道调度方法及传统TCNNBiLSTM网络信道调度方法，这一类方法在进行信道调度处理的过程中虽然具有速度快、覆盖范围广的优势，但是常易受外部因素的影响，形成不同程度的调度误差，无形中增加了信号传输过程中信道整体的压力，对跳频干扰、通信中断等问题的处理效果也会降低，给信道调度工作造成阻碍[5]。

因此，该文对基于高性能同轴电缆接入网技术的MAC层信道调度方法进行了分析与研究。与基础的电缆接入方式不同的是，同轴电缆接入可以更快更好地将所属区域的信道紧密关联在一起，形成一个动态化的执行网络，为日常信号的传输与接收提供便利，也进一步推动了相关行业技术的创新与发展，具有发展意义[3]。

1 构建MAC层信道同轴电缆接入调度方法

1.1 信道分集划定

通常情况下，为提高日常工作的处理效率及质量，电力站或者相关系统会设定多个信道进行信号的传输与接收，无形中扩大了标定的覆盖区域，虽然可以为生产生活提供便利，但是一定程度上也增加了工作量。传统的信道一般是以种类、地域、等级甚至传输距离等因素进行划分的，可以完成预设的调度目标，但是较易出现偏差，且会形成较大的工作量，增加工作人员潜在压力[6]。甚至存在一部分电网，在日常的调度任务及目标方面并未对其做出具体划归，导致在利用信道进行调度的过程中对电网造成了或多或少的损害，影响后续的调度工作。

所以可以对信道分集划定，采用科学的方式确保其工作效率。根据信道传输信号的用途构建对应的服务等级，形成虚拟对称信道，随后计算出虚拟信道外的空闲帧，具体如公式（1）所示。

式中：F为虚拟信道外的空闲帧；φ为信道覆盖区域；x1和x2分别为预设信号传递距离和实测信号传递距离；e为堆叠距离；i为运行频率。

由此得出空闲帧，对虚拟信道内侧与外侧的范围等效划分，构建分集源，标记信道为VC1、VC2以及VC3，对信道的运行状态与用途进行设定。这部分需要注意的是，不同频率的调度信道虽然处于同一稳定的调度频道上，但是相互之间仍然存在差异，为避免出现较大的调度偏差，需要在程序中安装一个感应器，设定具体的感应标准，在合理的范围之内将VC1、VC2以及VC3这3个调度信道调整至同一覆盖范围，同时确保同一类的信道的频率一致，下卸数据与数据源形成关联，能在短时间内对信道的数据信息做出处理，形成多信源的状态，完成信道的分集划定，为后续的信道调度处理奠定基础[7]。

1.2 均衡负载信源获取及调度节点布设

根据信道的分集划定，设定VC1的信源周期，根据系统的运行规律，设定VC2、VC3的信源周期。但是后续2个信道由于信源的初始预设标准以及承接标准不一致，因此需要设定对应的调度间距，形成循环性的调度结构，将对应的调度程序及指令设定在体系中，针对实际的信道调度需求及标准进行基础的信道指标参数的划定，见表1。

表1 信源指标参数划定表

结合表1的设定、信道的实际应用情况及执行需求，对相关的指标项目进行设定、调整。此时，利用专业设备选择一个数据包，利用布设的节点获取相应的数据转换比例，根据数据转换范围构建不同种类的数据传输模块，与信道调度的模式相符合，在一定程度上可以减少信道调度过程中存在的误差。与此同时，还需要将转换的数据模块根据特定的格式转换为数据压缩包，压缩成信号并通过信道传输，测定出此时信道的负载值，如公式（2）所示。

式中：D为信道的负载值；ℜ为VC1均值帧数；η为传送帧数；ϑ为堆叠区域为传输周期；R为单向传输距离。

结合得出的信道负载值和同轴电缆接入技术，测定出下行码变动速率，具体如图1所示。

图1 信道下行码变动速率图示

从图1可以了解到在不同的负载波动环境之下信道传输下行码的变动速率，还需要根据变动情况进行调度节点的布设。此时可以采用高性能同轴电缆接入网技术，先在预设的信道覆盖范围之内接入一个动态化的感应器，标记重点感应位置，进行节点的布设，再与路由器进行关联，营造稳定的信道传输环境，同时完成对节点的调整和布设[4]。

1.3 同轴电缆接入网MAC层信道调度模型设计

利用布设在信道内的调度节点获取实时信息之后，根据MAC层信道的执行模式，对实际的单向传输频率进行调节，接入认知无线电跳频程序，将信道调度Agent和电磁环境相融合，形成动态化的交叉点[8]，根据实际电磁环境的变化调整此时调度节点的布设位置，形成多层级、多目标的接入结构，每个节点与信道相互交叉对应。再结合同轴电缆接入网技术，进一步完善信道的传输模式，优化模型的结构，具体如下：可以先测定出与信道关联的行为库中的迭代数据，根据数据的种类及属性做出划分，形成多层级的信道调度任务或者目标，随后采用特定的格式对数据及信息压缩，完成之后保持信道处于运行状态，进行数据包以及信息的传输，具体如图2所示。

结合图2模型的调度结构，可以获取基础的调度结果，接下来关联行为库，在不同的信道环境下，利用接入网技术测定出实际的反馈回报值，将其控制在0.25～0.55。但是这部分需要对信道传输的数据进行过滤和处理，结合实际得出的反馈回报值对信道内部集中调度的空间进行标记与承接，形成一个循环式的调度流程。

图2 同轴电缆接入网MAC层信道调度模型结构图示

此时需要确保调度信道与同轴电缆的运行频率一致，测算出单向的调度距离，促使信道处于稳定的调度状态。然后二次调整信道的运行频率，转换接入的信号，根据用途进行划定，再根据同轴覆盖区域实现阶段式的调度，完成模型的设计与优化。

1.4 同轴优化处理实现调度

利用模型进行初期的通信信号的调度，设定自动化的调度周期，采用布设好的信道调度节点采集数据信息，使用高性能同轴电缆接入技术，对信道中传输的通信信号进行追踪标记，并逐渐形成循环式的调度结构，具体如图3所示。

从图3可以了解到循环式的调度原理。与此同时，根据信道传输范围的变化，调整布设的节点，并重新搭接同轴电缆，进行位置的转换标记，在不同的端口进行同轴电缆接入，构建动态化的调度模式，再结合调度模型测定出实际的单向调度频率，针对MAC层分化调度，完成处理。

2 方法测试

该测试主要是对基于高性能同轴电缆接入网技术的MAC层信道调度方法的实际应用效果进行分析与研究。考虑最终测试结果的真实可靠，选择A电力站作为测试的主要目标对象，参考文献[3]和文献[4]，设定传统随机森林算法信道调度方法测试组、传统TCNN-BiLSTM网络信道调度测试组以及该文所设计的高性能同轴电缆接入网信道调度测试组。测试以对比的形式进行分析，比照分析得出的测试结果后，结合信道调度的实际需求及标准搭建相应的测试环境。

2.1 测试准备

结合信道的执行传输需求及标准搭建测试环境。选择A电力站的Simulink平台进行测定，设定标准的单向调度耗时为1.55 s，应答干扰频率变动比为0.37，设置超快跳频调度程序综合跳速为1×15 hop/s，信道共标定4条，采用多模式多目标的传输方式，且设定为双向传输，调度传输速率为1.5 Mbit/s，信号转换调制方式为2FSK。根据上述获取设定的数据信息，测算出调度跳频，如公式（3）所示。

式中：E为调度跳频；σ为取信噪比；ℵ为干扰跟踪频率；γ为调制差。

结合得出的调度跳频，在信道对应的位置设置一定数量的调度节点，确保各个信道之间的间隔为1.2 MHz，此时的干扰跟踪概率为98%。

针对同轴电缆接入网技术的融合后干扰跟踪概率需要达到100%，设定接入辅助的方式为同步接入，运行频率为5.75 MHz，信道传输信号的单向执行耗时为0.45 s。完成测试环境的搭建之后，根据实际的调度要求进行具体的测定验证。

2.2 测试过程及结果分析

根据上述搭建的测试环境进行实际的测试分析。可以先利用布设的节点获取基础性数据和信息，将平台中的6组数据采用特定的格式转换为数据包的形式。此时，利用控制系统对MAC层的信道下达执行传输的指令，将数据包根据属性和用途分别设定在标记的对应信道中，利用构建的同轴电缆接入网MAC层信道调度模型，将3组数据包二次转换为信号，利用信道传输至对应的位置之上，测定出传输耗时。如果均保持在1.5 s以内，表明传输的方向以及路径准确，随后进行二次传输。但需要注意的是，在信道中设定干扰标记点，测定信道的传输速度与质量，测算出最终的误比特率，如公式（4）所示。

式中：W为误比特率；为传输距离；O为单向调度频率；π1和π2分别为定向干扰范围和动态化干扰范围。

对最终得出的测试结果进行比照分析，见表2。

结合表2可以完成对测试结果的验证：和设定传统随机森林算法信道调度方法测试组、传统TCNN-BiLSTM网络信道调度测试组相比，该文所设计的高性能同轴电缆接入网信道调度测试组最终得出的误比特率均控制在10%以下，表明在实际的信道调度过程中，该方法调度误差小、速度快且针对性强，具有实际的应用价值。

表2 测试结果对比分析表

3 结语

综上，该文对基于高性能同轴电缆接入网技术的MAC层信道调度方法进行了设计与分析。考虑最终测试结果的真实可靠，结合同轴电缆接入技术，对信道进行了深层次地设计与调度处理。在复杂的电力环境下，可以结合信道的传输规律及无线电跳频执行耗时情况调整信号的频率，对信道中异常的位置快速定位，获取相应的数据信息，为后续的调度工作提供参考依据。与此同时，该文还针对同轴电缆的接入现状，测定出其等效覆盖范围，与所对接的信道形成搭接之后，实现信号的传输及信道调度，整体提升了信道的使用质量和效率。