基于大数据的网络通信系统架构设计

蔡本心

摘要：文章主要以当前先进的大数据技术作为依托，对网络通信系统的设计与实现进行分析。包括大数据技术的基本概述，网络通信系统及其在当今时代中的发展，以及大数据技术支持下的网络通信系统整体架构设计及其实现分析。经分析发现，在现代大数据环境条件下，要想充分发挥出网络通信系统的应用优势，研究者与技术人员就需要结合实际需求，对该系统架构加以合理设计，并采取合理的措施来进行系统验证，以此来确保其应用效果。希望可以为网络通信系统中的大数据应用及其整体通信系统架构的合理设计提供参考。

关键词：大数据技术；网络通信系统；系统架构；设计与实现

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.017

中图分类号：G 230.7，TP 3          文献标志码：A            文章编码：1672-7274（2024）04-00-03

Design of Network Communication System Architecture Based on Big Data

CAI Benxin

（Beijing Lianhai Information System Co.， Ltd.， Beijing 100041， China）

Abstract： The article mainly analyzes the design and implementation of network communication systems based on current advanced big data technology. This includes a basic overview of big data technology， network communication systems and their development in today's era， as well as the overall architecture design and implementation analysis of network communication systems supported by big data technology. After analysis， it was found that in the modern big data environment， in order to fully leverage the application advantages of network communication systems， researchers and technicians need to combine practical needs， design the system architecture reasonably， and take reasonable measures to verify the system， in order to ensure its application effectiveness. I hope that this analysis can provide scientific references for the rational design of big data applications and their overall communication system architecture in communication systems.

Keywords： big data technology; network communication system; system architecture; design and implementation

1   大數据技术概述

大数据技术是目前的一种新兴网络技术，通过此项技术的合理应用，可对海量数据进行快速、准确、有效的处理，使传统数据处理技术存在的不足得以有效弥补，充分满足当今海量信息数据的实际处理需求。具体应用中，大数据技术主要将现代计算机技术作为基础，对传统行业和数据信息进行深度整合，以此来实现当今社会各个行业海量信息数据的实时提取、分析和处理等目标。就目前的计算机信息领域而言，应用在其中的大数据技术主要包括数据采集、数据处理、数据储存、数据挖掘、基础架构、统计分析、模型预测以及结果呈现等[1]。凭借着数据处理量大、处理效率高、智能化等的诸多优势，大数据技术已经在现代计算机网络信息领域中得到了广泛应用，且应用效果十分突出。

2   网络通信系统及其发展

在研究现代网络通信系统的开发设计时，设计者首先需要明确传统网络通信系统中存在的问题，再以此为依据，对现代智能化通信系统架构的设计及其发展进行分析，最终通过合理的技术措施来提升其网络通信服务质量，满足现代社会实际应用需求。

2.1 传统网络通信系统

传统的网络通信系统架构通常设计为分布式架构，其主要原理是将一个大型的系统分解成若干个小的子系统，其中的每一个子系统都能够在不同计算机节点上独立运行，从而使网络信息系统具备高性能、高可用性以及弹性收缩等特点。但是在此类系统架构实际的设计与开发中，数据一致性、容灾、容错、调度以及通信性能不佳等问题都比较常见[2]。在这样的情况下，传统网络通信系统设计及其应用都存在较大的局限性，无法满足现代网络通信方面的实际需求。图1为传统分布式网络结构示意图。

2.2  现代智能网络通信系统

为有效解决传统分布式网络通信系统应用中面临的诸多问题，研究者与技术人员对现代智能化网络通信系统进行了合理设计与开发，并逐渐将其投入实践应用。现代智能网络通信系统是在大数据技术条件下发展而来的一种新型高科技网络通信系统。在该系统中，通信、数据库、计算机以及网络等多项现代先进技术都实现了有机融合，这也使整体系统得到了自动化与智能化的管理。尤其是自大数据技术在其中的融合与应用以来，智能网络通信系统更是得到了进一步的更新，并在实际应用中发挥出了显著的数据化与智能化优势。

2.3 网络通信系统发展趋势

随着现代社会经济与科学技术的协同发展，网络通信系统中的技术和服务也得到了不断优化。由于网络通信系统所面临的服务需求较高，整体服务环境相对复杂，因此其网络服务与资源参数设置等都可能面临很多风险。在这样的情况下，如果智能网络通信系统得不到合理的开发与设计，便很容易在实际应用中出现通信线路堵塞、信息资源丢失等的诸多问题，或将面临着较大的安全隐患。此类情况若得不到有效应对，不仅会对智能网络通信系统的通信服务质量造成影响，使其无法充分满足现代网络用户的实际应用需求；同时也会对网络通信的可靠性及其安全性造成比较严重的威胁[3]。

3   大数据技术支持下的网络通信系统架构设计及其实现分析

3.1 系统架构分析

在当今的大数据技术条件下，智能化网络通信系统架构主要建立在多核形式的网络通信系统上，通过路由和报文的形式进行网络信息数据的交换。在基于大数据技术的网络通信系统架构中，资源节点有很多个，这些资源节点主要借助于网络的形式进行连接。具体应用时，对于该网络架构上不同的资源节点，设计者需要通过互联网的形式来为其搭建通信通道，使各类资源数据都能够在各个资源节点之间有效传输，最终将资源数据及时、安全、可靠地传递到目标节点。

为达到这一目标，在此类系统架构设计时，设计者需要将局域网作为基础，采取合理的技术措施来优化其拓扑结构以及通信协议等。经实践应用和研究发现，在该系统的实际运行中，拓扑结构可以为其中的每一个通信节点提供静态连接，以此来满足其资源供应需求，因此其对于网络通信系统的运行功耗、吞吐率以及网络延时等都会产生一定程度的影响。通常情况下，拓扑结构主要按网络结构、环面结构等进行划分[4]。在该网络拓扑结构中，二维环面结构为对称性结构，该结构具有良好的拓展性，可以为整体架构的设计提供足够支持，并使其开发设计更加便利。而在二维环面结构内，通信协议主要应通过通信双方一起做出约定，其中的技术环节有很多个，比如数据交换、通信时序等。具体设计时，为使其整体结构足够科学合理，设计者应基于OSI协议对全局时钟模式下的数据分包和同步握手等各项协议进行设计，以此来实现NOC（网络运行中心）协议的合理搭建。

3.2 系统架构设计策略

3.2.1 結构设计

通常情况下，网络运行中心通信系统的整体架构中会含有众多通信节点、资源节点以及网络结构等，这里的通信节点通常是预先设置好的IP地址。具体设计时，设计者应按实际的资源节点情况来合理建立网络通信链路和连接，再做好通信节点设置，并通过设计指标和投资成本等的综合比较来确定出最佳的设计方案。

比如，对于一个5×5形式的二维环面网络结构，由于该结构具备哈密尔顿连通性以及哈密尔顿性特征，所以在架构搭建时，设计者可将该网络建设为嵌入式结构，并以此为依据，进一步实施网络拓扑设计。通常情况下，NOC架构里的路由节点数量有25个，RNI接口数量有25个，路由器地址过渡是从（0，0）到（4，4）。在开发升级设计时，如果因用户应用需求增加而加设了资源节点，设计者就需要根据资源节点的实际增加情况及其具体应用需求来合理拓展其网络拓扑结构。

3.2.2 路由器设计

在基于大数据技术的网络通信系统架构中，路由器的主要功能是数据储存和报文交换等。实际应用时，路由器自身的性能将会对整体网络架构的功能产生直接影响。因此，在通过大数据技术对现代智能化网络通信架构进行设计时，设计者需要对路由器中的所有模块进行合理设计，使其足够完备，包括路由选择模块以及输入缓存模块等，从而使其具备以下功能：在接收到来自于上一个节点的数据包之后，路由器会对其数据地址的正确性进行判断，在确定其数据地址正确之后，才可以将需要转发的数据信号从通道里发出；对于数据地址错误或无法判断地址正确性的数据信号，路由器会阻止其进入网络通信系统，并将“数据来源不安全”提示及时发送给用户。

3.2.3 路由仲裁设计

在对该网络系统架构中的路由器进行设计时，片上网络的合理应用是一项有待重点解决的问题。相比较传统的总线网络而言，片上网络具有更大的应用优势，其通信带宽更宽，数据吞吐量更大。但是在片上网络的实际应用中，无论是信号处理还是数据处理，都很容易出现同一个路由节点争夺信号的情况。为有效避免此类情况的发生，确保网络信号和数据的处理质量，设计者需要将仲裁模块合理应用于其中，并将准许信号设置为分段返回模式。同时也可以将NOC轮循调度仲裁机制合理引入其中，借助于其调度器自身所特有的循环作用，充分满足路由器实际的仲裁服务需求，使其更具公平性和灵活性。

3.3 系统架构设计检测

在对该系统架构的功能设计进行检测时，最为重要的一种手段就是仿真和验证，该方法可以及时发现其中存在的不足，并使其得到不断的修正与改进。检测过程中，设计者首先需要判断其系统架构的整体功能及其各个组件的逻辑功能，以此来验证NOC架构设计的合理性。具体检测时，通常需要采用EDA、VCS以及Modelisim等软件对其电路行为进行模拟，以此来验证其功能设计的合理性；采用CPLD以及FPGA等编程器来搭建供其设计的系统环境，以此来为整体系统的设计及其验证操作提供支持。对于NOC架构数据传输的正确性，设计者可对其链路连通效果以及逻辑算法进行验证，以此来保障其正确性。对于多节点并行形式的通信系统架构，验证时，则需要观察并验证其轮询调度路由器仲裁和架构读写时序是否与标准要求相符。在此过程中，设计者需借助于FPGA平台进行时序验证，并对NOC通信框架展开加载测试，将UART传输过程加设到原来的架构基础上，通过PC端来读取其节点里的串口数据。这样便可在仿真平台上对具体的仿真验证结果进行检测，并通过仿真模拟的方式来进行优化，以此来满足其实际的功能及其应用需求。

3.4 系统架构实现

在该系统架构的实现过程中，用户首先需要通过FPGA平台来进行电路综合处理，采用18046型组合运算器、15134型逻辑寄存器和21650型组合运算系统来进行数据处理。经实践应用发现，这些模块在FPGA平台资源存储量中的占比非常少，其时钟频率最高可以达到118.55 MHz，可充分满足该系统的设计需求。同时，通过大数据技术的合理应用，也使得该网络架构具备了更好的数据交换、数据共享等服务功能，可为整体系统提供更加优越的数据分析、处理与数据统计等服务。由此可见，在大数据技术的支持作用下，现代智能化网络通信系统架构的整体设计及其实现都更加符合实际应用需求，可进一步提升现代网络通信服务质量。

4   结束语

综上所述，随着现代网络信息技术的不断发展，越来越多的先进技术都已经在网络通信系统中得到了广泛应用。其中，大数据技术便是一种先进且典型的技术形式。将大数据技术作为基础，对网络通信系统架构进行合理设计，可有效解决传统网络通信系统架构中存在的问题和弊端，提升其数据处理效果与通信服务质量。因此，在对智能化网络通信系统架构进行设计时，设计者一定要结合系统实际的应用现状与应用需求，对其整体架构以及路由器等进行合理设计。完成设计后，设计者还需要应用一些先进的仿真试验软件来进行功能验证，在确定所有功能均符合设计标准之后，才可以将该系统架构正式投入使用。通过这样的方式，不仅可有效提升整体系统的设计质量，确保其信息传输的安全性和可靠性，同时也可以进一步提升该系统的通信服务质量，促进整体系统的智能化发展。

参考文献

[1] 巢巍，刘涛，崔洋，等．基于机器学习与大数据分析的无线通信系统安全态势感知预测[J]．微型电脑应用，2022（10）：75-78.

[2] 王策．大数据技术在无线网络通信资源管理中的应用[J]．无线互联科技，2022（6）：109-111.

[3] 林统喜，钟福龙．基于大数据分析的异常通信信号智能检测系统设计[J]．单片机与嵌入式系统应用，2021（12）：35-38.

[4] 王璐．基于大数据环境的网络通信系统优化研究[J]．信息与电脑（理论版），2020（18）：186-188.