面向5G的通信网络全局化状态信息非线性切换系统研究

夏靖康

(1.福建福诺移动通信技术有限公司，福州 350001；2.西安工程大学 计算机科学学院，西安 710048)

0 引言

5G通信网络也叫第五代移动通信技术，是最新型的蜂窝式移动信息通信手段，继2G、3G、4G系统之后，5G通信网络逐渐成为全局化信息环境中的主流应用技术。在多级信号传输塔的作用下，5G数据目标具备高容量、大规模的连接能力，可在缩短信息响应延迟时间的同时，降低通信指令的平均传输成本[1-2]。在这种网络中，不具备明显的大范围传输跨度区间，而是将所有服务覆盖区域划分为多个蜂窝式小地理结构，既实现了声音、图像等模拟信号的同时输出，也可将数据流参量直接转化为比特流参量[3]。收发器可从公共频率池直接获取与信息参量相关的分配频道，且在同一蜂窝区域内，这些频道可以得到多次重复使用。

随着待传输信息总量的提升，通信网络中临近数据参量间会出现明显的冗余占据行为，从而导致5G信号的切换处理速率持续下降。为解决上述问题，传统数据分发机制针对信息参量所处位置，建立多个决策树切换组织，再借助微云服务器，实现对待传输数据的打包处理。然而随之全局化通信时间的延长，单位时间内的网络信息流量始终不能达到理想数值标准，进而导致数据参量间的重复冗余占比率也难以下降。基于此设计面向5G的通信网络全局化状态信息非线性切换系统，在子级切换电路、数据观测器等多个硬件执行结构的作用下，定义5G信号数据的实时分发状态，再联合必要的云分发协议，实现HDCSN协作缓存架构的构建。

1 非线性切换系统的信息输出控制设备

非线性切换系统的硬件执行环境由数据观测器、数据控制器、子级电路、模糊解耦结构等多个控制设备共同组成，具体搭建方法如下。

1.1 5G通信网络的非线性切换格局

5G通信网络的非线性切换格局以基站体设备作为核心搭建结构，在负担全局化状态信息传输任务的同时，可按照GPS连接形式，将待处理数据发布至各级通信卫星之中[4]。占据5G网络信道的全局化信息，不能直接传输至服务对象设备，而是需要在DTU主机的调度下，首先转换成非线性信息流的形式，再经过数据观测器与数据控制器的转存处理，将散乱分布的流量体再次集合成束状运送组织，从而缓解因数据信息的冗余占据而造成的传输堆积压力。为避免网络信道之间的非必要占据行为，5G通信服务对象之间始终保持相互独立的切换状态，主机与主机之间不允许存在通信信息或通信数据的发布行为，且下级信息之间的非线性切换处理也必须在通信卫星的作用下，才可以实现既定的连接与转存处理[5]。总的来说，非线性切换格局满足多极化分布原则，以卫星或服务对象为主体的应用主机也各自占领独立的蜂窝区域，这也是5G通信服务具备信息快速处理能力的主要原因。

图1 5G通信网络非线性切换布局结构

1.2 数据观测器

数据观测器是实现5G通信信号全局化普及的重要调节元件，以UNO主板作为主要搭建设备，可在多条非线性切换导线的作用下，实现各级卫星主机间应用指令的发布与管控。从执行功能的角度来看，UNO主板可时刻监测5G通信网络非线性切换格局中信号参量的变动行为，进而衍生出两种数据传输形式。在DTU主机占用频率高于105 Hz的情况下，UNO主板开启顺向连接形式，所有待传输信号参量可同时适应信息调阻器的切换处理需求，并在不改变通信电阻实际应用数值的基础上，将信号参量完整存储于系统数据库之中；在DTU主机占用频率低于105 Hz的情况下，UNO主板开启逆向连接形式，所有待传输信号参量可逐级适应信息调阻器的切换处理需求，一方面小幅更改通信电阻的实际应用数值水平，另一方面将部分将信号参量存储于系统数据库之中[6]。5G信息调阻器具备较强的信号适应能力，可根据UNO主板中数据信息的实际连接行为，更改与设备体匹配的连接性调度作用指令。

图2 数据观测器结构图

1.3 数据控制器

数据控制器与数据观测器同属非线性切换系统中的次级信号感知元件，由Feed调节器、控制变阻器、Center主板等多个结构设备共同组成。Tank1、Tank2是两个执行能力相同的5G信号感知装置，位于 数据控制器的中部连接区域，可同时调配1或多个信号切换元件，并将实际数据感知信息汇总，传输至与之相连的全局化通信接收设备之中。出于信息安全性考虑，整个数据控制器中分布至少四个全局化通信接收设备，分别命名为S1、S2、S3、S4。信号控制变阻器位于数据控制器下部，与Center主板直接相连，可根据5G通信网络非线性切换格局连接形式的改变，而制定符合变阻需求的信号传输指令，并在调阻器设备的作用下，将这些信息参量反馈至Feed调节器之中，以保证后续非线性切换指令的顺利执行[7-8]。若不考虑5G通信信号的非匀速传输行为，则数据控制器与数据观测器之间始终保持全局化并列连接状态。

图3 数据控制器结构图

1.4 切换子电路

切换子电路提供了5G通信网络环境中所需的非线性传输电子，存在于数据观测器与数据控制器之间，在全局化信息参量的调度下，该原件组织可直接干预系统内信号数据的实际传输行为，从功能化角度来看，整个电路体由电力升压、电力降压两部分共同组成。

图4 切换子电路电力升压端电路图

升压端电路中包含两个非线性切换电阻，可跟随5G通信信号输入总量的更改，而调节接入实体子电路中的负载阻值，达到聚拢传输电子的目的[9]。随着5G信号覆盖环境的扩张，反馈升压装置所承受的接入电压也逐渐增加，而在非线性切换电阻的作用下，这些短暂堆积的传输电子被快速分散至下级子电路应用结构中，从而达到全局化通信网络非线性实施布局的目的。

图5 切换子电路电力降压端电路图

降压端电路负载于升压端电路外部，包含两个完全独立的信号电感传输回路，可在反馈降压装置的作用下，将电量等级较高或电子数量级较大的信号参量，割裂成多个电量等级较低或电子数量级较小的分级信号，并在电压互感器的作用下，将这些数据结构体快速整合成全局化信息的传输形式，以满足系统中5G信号的非线性切换处理需求[10]。

1.5 模糊数据解耦结构

模糊数据解耦结构是非线性切换系统中重要的5G通信信号处理元件，在全局化网络环境中，可通过构建搜索引擎的方式，实现对传输状态信息的实时缓存，再借助既定解耦容器设备，控制系统通信开关的连接与闭合状态，进而实现5G通信网络的非线性规划与布局。在5G信号虚拟器保持连续数据传输状态的情况下，搜索引擎可作为中间连接设备，处理系统切换函数与已缓存信息之间的调度占据关系，再通过逐级配比网络解耦容器的方式，建立必要的非线性搜索条件，直至全局化信号控制器能够完全满足系统数据库的实际存储需求[11-12]。通信开关可调节5G通信网络环境的基本布局形式，通常情况下，各级非线性切换节点存在顺行、逆行两种连接状态，且两种行为间存在自行改制的可能。为保证系统非线性切换能力的完整性，模糊数据解耦结构受到子电路结构体的集中调度，并可根据信号网络的现有布局形式，趋近或疏远数据观测器与数据控制器之间的实际连接距离。

图6 模糊数据解耦处理结构

2 面向5G通信网络的全局化信息分发与缓存

在各项非线性切换系统信息输出控制设备的支持下，按照HDCSN架构搭建、信息状态定义、云协议设计、缓存数据库连接的处理流程，实现面向5G通信网络的全局化信息分发与缓存处理。

2.1 HDCSN协作缓存架构

HDCSN协作缓存架构由5G通信中心、全局化信息分布主体、非线性接入层三部分组成，且每一个层级化主机都对应独立的非线性切换执行设备。5G通信中心也叫DCS核心设备集成结构，直接掌握系统信息缓存数据库中的信号传输行为，视频、语音、图像作为三类互不相关的数据信息主体，在数据库主机中始终保持独立的存储记录行为，而随着通信主机的不断作用调节，各类信号数据快速输出至下级执行主机中，直至形成完整的全局化信号协作模式[13]。全局化信息分布主体由C1、C2、C3……等多个信号切换主机组成，在5G通信环境中，数据信息非线性传输是一种必然化趋势，而随着信号输出总量的增加，系统执行主机的应用压力也逐渐增加。为避免冗余数据在单位传输环境中大量堆积，各级信号切换主机可同时作用于不同的服务主体，不仅实现了由5G数据到全局化信号的转换，也大幅扩充了DTU主机的及时信号承载上限条件。非线性接入层是HDCSN协作模式的底端执行架构，可与客户端信号主机的全局化应用状态完全匹配，进而缓解5G通信网络中的冗余数据传输压力。

图7 HDCSN架构协作缓存原理

2.2 信息状态定义

在5G通信网络部署的过程中，信息状态是建立在信号全局化查找基础上的物理变量，必须同时满足系统的非线性切换与用户数据服务需求，而对于未输出的信号参量，则采取统一调度的处理原则，当多重冗余数据同时占据同一5G信号基站时，状态已定的信息参量可直接形成束状传输结构体，以达到缓解系统信息非必要传输压力的目的[14]。常见的信息状态定义环节包含参量更新、信号被请求、分发部署三个基本处理步骤。其中，信号参量更新是指全局化状态信息不得长久保持原始传输状态，每轮网络布施只能被匹配一种类型的数据参量结构体，直至该次非线性切换指令完全执行，则直接开启下一轮的信号参量更新处理。信号被请求是一个相对独立的应用执行步骤，可在数据观测器、数据控制器的共同作用下，激发模糊数据解耦结构的潜藏数据处理能力，进而建立5G通信网络基站与服务对象间的实用物理连接[15]。分发部署处理完全遵照全局化网络信号的连接转承需求，在不违反系统切换函数的前提下，将信息参量划分成多个可用于直接传输的小型数据结构，以便在后续系统执行过程中，更好提升单位时间内网络信息流量的可传输数据均值水平。

2.3 云分发协议

非线性切换系统的云分发协议可直接作用于数据观测器、数据控制器、模糊数据解耦结构三者间的实用调度连接，由meta equiv.images、script diediaow.images、link href.images等多个编码流程共同组成(如表1所示)。通常情况下，5G通信信号的平均覆盖面积受到全局化网络格局的直接影响，随非线性切换指令的传输，系统允许数据观测器、数据控制器、模糊数据解耦结构三者间存在不同的连接执行状态，而此时系统极易因数据信号完整性的下降，而陷入明显的信息冗余状态[16-17]。在云分发协议的作用下，所有信号参量均被定义为.images的形式，而与各级设备结构相关的协议编码则被定义为不同结构化类型，可根据信号参量所处的全局化形式，直接与一定数量级水平的参量结构体相连，实现对非线性切换协议的云级化分发与处理。

表1 云分发协议编码原理

由同一云分发协议所作用的硬件系统结构，始终保持相同的程序编码形式。

2.4 缓存数据库

缓存数据库是5G通信参量的核心存储元件，可在调度系统内部信号主机的同时，干预非线性服务器的实际作用权限，并从中总结出与5G通信网络最适配的全局化信息传输标准[18]。全局化信息主机与信息切换主机同属于必要信号缓存执行元件，可根据5G通信网络中数据参量的传输需求，更改数据库元件所能承受的信号存储上限条件。经过多次调节处理，使缓存信号的负载条件逐渐接近理想标定数值。至此，完成各项软、硬件执行结构的搭建，在既定网络信号传输环境中，实现面向5G通信网络全局化状态信息非线性切换系统的顺利应用。

图8 缓存数据库结构图

3 系统实用能力检测

为验证面向5G通信网络全局化状态信息非线性切换系统的实际应用价值，设计如下比照实验。选取通信基站、电磁波作为两种不同的信号传输介质，令通信机房多次向外传输5G信号数据，且每次的传输总量均相等，设置多个检测主机用于记录系统所具备的信息非线性切换传输能力，将多次数据结果汇总，分析各项实验指标的具体变化趋势。

3.1 系统检测环境

为突出实验结果的真实性，本次实验分三部分进行，其中以通信基站为传输介质的信号输出作为实验组1，以电磁波为传输介质的信号输出作为实验组2，不具备特殊传输介质的信号输出作为实验组3。

图9 通信信号的非线性切换传输环境

图10 实验组传输介质

3.2 实验结果与分析

3.2.1 单位时间内的网络信息流量

以10 min作为一个单位时长，分别记录在多个单位时长内，网络信息流量的数据变化情况。

分析表2可知，在三个实验组别中，实验组1的网络信息流量均值水平相对最低，仅为97.4 T，与理想信息流量96 T相比，上升了1.7 T；实验组3的网络信息流量均值水平相对最高，达到100.2 T，与理想信息流量96 T相比，上升了4.2 T。综上可知，无论在何种传输介质的作用下，5G网络信息流量数值均高于理想化数值水平，证明新型非线性切换系统具备快速实现全局化信息参量切换处理的能力。

表2 网络信息流量对比表

3.2.2 数据参量的冗余占比率

将信号输出频率限制在100 Hz至200 Hz之间，分别记录三个实验组的数据参量冗余占比率数值，并与理想化数值进行比较。

分析表3可知，实验组1的起始数据参量冗余占比率最高，与理想冗余占比率35%相比，上升了4%，但从实验中期开始，出现了明显的下降趋势，至实验结束时，冗余占比率数值已达到33%，与理想化数值相比，下降了2%；实验组2的起始数据参量冗余占比率也略高于理想化数值水平，但整体下降幅度高于实验组1，整个实验过程中，冗余占比率下降了6%，全局最小值与理想冗余占比率35%相比，下降了4%；实验组3的数据参量冗余占比率始终保持稳定，整个实验过程中，一直低于理想化数值水平。综上可知，随着面向5G通信网络全局化状态信息非线性切换系统的应用，信号参量在不同传输介质中的数据冗余占比率均出现一定程度的下降，更为符合信息切换的实际应用需求。

表3 数据参量冗余占比率

相应切换系统仿真曲线如图11所示。

图11 切换信号变化曲线

由图11可以看出，控制输入满足合理增益，原系统状态以较快的速度渐近稳定到平衡点，主要原因在于本文方法遵照通信网络内非线性切换格局的建立条件，连接数据观测器与数据控制器，联合切换子电路，干预模糊数据解耦结构的执行接入行为，释放网络环境中的冗余堆积数据，使得切换信号快速趋于稳定。

3.2.3 网络整体切换次数

针对上述场景对网络整体的切换次数和系统吞吐量进行了仿真。初始时刻在LTE 网络的覆盖小区内随机分布100个终端，各个终端根据自己的位置，接入距离最近的网络，用户进行切换判决的时间间隔为1秒，仿真时间为 100秒。

相比于改进前的切换次数仿真结果图，从图12可以看出，通过干预模糊数据解耦结构的执行接入行为，释放网络环境中的冗余堆积数据，在判断是否从当前网络切换至其他网络时，适当降低终端用户的带宽需求值，大大降低了网络整体的切换次数，也就是降低了用户单位时间内的平均切换次数。

图12 网络整体切换次数

4 结束语

在5G通信网络中，因数据信息的整体传输频率较快，极易因信号参量的冗余，而造成较大的信息负载压力。而随着全局化状态信息非线性切换系统的应用，数据观测器、数据控制器等硬件设备的执行功能得到了进一步完善，且在HDCSN协作缓存架构的调度下，云分发协议可直接作用于各级设备元件，大大降低了系统数据库所面临的数据缓存压力，可在避免信号数据传输冗余行为的同时，实现对信息参量的快速切换处理。