大规模电子档案信息可视化通信传输系统设计

杜玉昌

（厦门软件职业技术学院 福建 厦门 361024）

0 引言

在以数字经济为主导的新经济时代，智能数字化的通信信息技术的广泛应用，促进了电子档案信息使用量的“井喷式”增长[1]。伴随着计算机网络客户群体量的激增，电子档案信息的数量规模也在相应的提升，导致大规模电子档案信息对通信网络传输、存储等性能的要求也越来越高[2]。通信网络对电子档案信息传输功能的实现，需要依靠相关的网络协议、通信协议、路由算法，以及相关设备的共同运行。在数字化信息的背景下，电子档案信息的安全性，是通信传输的基本要求，需要保证在传输的过程中，不被系统漏洞，或者其他外界因素干扰，避免信息数据泄露，造成经济损失。同时，保证大规模电子档案信息的传输速率，也是通信传输的基本要求。通信传输载体、路由算法，以及相关配置设施的不同，均会影响大规模电子档案信息数据的传输速率[3]。在保证大规模电子档案信息传输速度、传输安全性的同时，还要结合相关智能化技术，实现传输系统的可视化功能需求。基于以上背景，本文设计了一种大规模电子档案信息可视化通信传输系统，希望为大规模电子档案信息的高效、安全传输，提供一种有效的技术支持，促进通信传输领域的良性循环、可持续发展，提高相关产业的经济效益与社会效益。

1 系统基本结构设计

1.1 硬件设计

为了满足大规模电子档案信息对通信容量、传输效率、传输安全性的主要功能需求，利用具有高集成度、易编程的FPGA芯片技术，结合路由网络协议，设计大规模电子档案信息的可视化通信传输系统[4]，通过对硬件设施的时序仿真与逻辑编译，与每一级系统网络结构相连接，实现大规模电子档案信息的可视化、实时通信传输。设计系统的硬件设施主要包括DELL的型号为OptiPlex990的PC机、TendaAC1200的路由器、Redmi-RMMNT215NF的显示器、以太网卡Intel82559、RS-485的系统总线路。

1.2 网络结构层

基于上述可视化通信传输系统的硬件设施与基本结构，设计系统的功能模块[5]。系统的各项功能分布在五层系统网络结构当中，通过不同层级的协议，以及组件的功能，进行协同、交互工作，实现大规模电子档案信息的可视化通信传输。五层网络结构的基本功能及其主要协议如表1所示。

表1 可视化通信传输系统的网络结构基本信息表

根据表1所示的设计系统的网络结构基本信息，利用系统的硬件设施，结合相关协议与算法，实现大规模电子档案信息的可视化通信传输。

2 系统功能模块设计

2.1 通信协议设计

对大规模电子档案信息的实时传输，需要由系统网络中不同层级的复杂的通信协议来实现。在基础网络结构的基础上，结合大规模电子档案信息传输的功能需求，设计路由通信协议，以此来实现大规模信息的实时分析与传输。基于以太网络，应用该网络层级的驱动IP协议，通过网络层的网卡参数、网卡地址，确定系统的通信传输字节、传输模式。在信息传输前，通过系统的信息链路层，启用ARP协议，查询并更新硬件地址，对信息数据进行封装处理。其中，控制信息、本机ID、目的ID和CRC校验的序列长度均为16 bit。基于网络结构传输层的UDP协议，进行电子档案信息数据的传输与接收。在通信协议的基础上，结合大数据的功能性算法，实现系统的传输功能。

2.2 传输模块设计

利用FPGA实现系统传输功能的核心，是滤波器结构。将初始的大规模电子档案信息作为信号源，通过滤波器，完成信号的发送与接收。其中，接收信号的过程，需要经过加性高斯白噪声处理，保证接收信号的正序性与完整性。通过相关通信协议对接收信号的识别与判断，决定信号的正确性，发出接收指令，实现信息的传输。设初始的大规模电子档案信息的序列为A(r)，根据滤波器的卷积计算，得到经过发送滤波器的信息序列Z(r)，计算公式表示为：

上式中，Z(r)表示具有双极性特征的二进制的大规模电子档案信息序列；η表示滤波器的总阶数值；b(s)表示滤波器的抽头向量。在进行上述卷积计算之前，需要利用FPGA平台对滤波器的抽头向量进行获取，数值由1～16中选取。确定抽头向量，在初始的信息序列的前后码元中，加入四组0，进行序列码之间干扰因素的消除，提高待传输序列的精度。为了避免传输过程中的大规模电子档案信息受到环境或者内在因素干扰造成的信息错位、丢失或模糊，基于上述总线传输模块，设计加性高斯白噪声通道。设一组随机变量c1、c2，且通过序列的计算，得到高斯白噪声随机变量λ，计算表示为：

通过上述计算，产生加性高斯白噪声，将噪声叠加在待传输信息序列上，对具有噪声的待传输信息序列进行过滤，提高信息传输效率的同时，保证传输后大规模电子档案信息的完整性。

2.3 数据纠错与校验

上述传输模块的功能设计，考虑了电子档案信息量大的特征，增加了传输通信容量，提高了传输速率。但由于在传输过程中，速度越快，传输信息的丢包、错包的概率越大，导致最终电子档案信息传输后的数据的可信度与完整度越低。基于此，需要利用通信传输的自动重传技术，对数据信息进行纠错与校验，以此来保证传输信息的完整性。自动选择重传需要信息序列的延时传输情况的触发。现基于TCP协议，设定自动重传触发机制。设信息序列平滑往返时延 'δ，以及信息序列往返中间变量σ的更新计算表示为：

上式中，δ表示信息序列的传输往返时延。经过上式的计算，更新得到有效的信息序列的往返时延 ，进行第二次更新，计算表示为：

上式中，μ、ϖ分别表示更新系数，其中μ=18，结合上式，得到最终的重传超时时间θ，计算表示为：

上式中，J表示重传向量，在本次设计的重传机制中，取值为4；φ表示TCP协议的自定义时间。根据上述对信息序列重传超时时间的计算与设定，可以有效降低大规模电子档案信息传输过程中的丢包、错包率，保证传输数据的完整性与有效性。

2.4 可视化设计

为了满足大规模电子档案信息传输过程的人机交互操作的功能需求，设计传输系统的可视化界面。界面设计的过程中，需要包括用户的登录界面，大规模电子档案信息的查看界面，以及电子档案信息数据的提示、操作界面。界面所有的按钮都需要建立相关功能控件的逻辑关系，才能实现对应功能操作。在此基础上，在网络层中加入Tilcon的嵌入式可视化索引，结合3D可视化效果、字体标识等程序，实现通信传输系统的人机交互、可视化设计。

3 试验与检测

3.1 试验准备

为检测本文设计的大规模电子档案信息可视化通信传输系统的可行性与稳定性，设计了仿真模拟对比试验。基于Windows系统，采用FPGA控制程序，搭建本次检测的试验平台。硬件的语言环境为C++，系统平台的开发环境基于ISE12.0。路由器的额定电压为28 V；路由器分别将5 V的电压提供给系统的信息采集模块，以及通信模块。结合上文所述的开发环境，设计各模块的通信接口、传感单元的连接接口，为了便于传输系统方案的运行，接口组件均为通用型。利用系统不同单元的功能需求，进行仿真对比分析。

3.2 实时性检测

在上述试验准备的基础上，分别应用本文设计的大规模电子档案信息可视化通信传输系统（试验组），传统通信传输系统（对照组1），以及基于PKI技术的通信传输系统（对照组2），进行100组随机大规模电子档案信息的仿真传输，在传输过程中，记录电子档案信息经过不同路由端口节点的同步时差，计算平均值，并进行对比分析，结果如表2所示。

表2 不同系统的信息传输实时性检测结果对比表

由表2可知，对于随机的100组不同大小的大规模电子档案信息，试验组系统在信息传输过程中，路过不同路由节点的最短同步时长、最长同步时长以及两者的差值（时差），均低于对照组1、对照组2。试验组系统传输的电子档案信息路过所有节点最短同步时长的均值为1.575 us，分别比对照组1、对照组2低1.29 us、0.915 us；所有最长同步时长的均值为2.207 5 us，分别比对照组1、对照组2低1.295 us、1.152 5 us；所有节点的时差均值为0.632 5 us，分别比对照组1、对照组2低0.21 us、0.235 us。同时，试验组将电子档案信息由初始节点，传输到路由器的底层终端，即实现可视化的同步时长需要6.30 us，远低于实际工程要求的传输最长时长12 us。上述试验结果表明，本文设计的大规模电子档案信息可视化通信传输系统，具有良好的实时性与同步性。

3.3 通信功能检测

在验证了本文设计传输系统高效性的基础上，检测系统的通信功能。在传输过程中，加入2.4 GHz的同频干扰，其他条件与上述试验保持一致，分别应用三种不同的系统进行传输，记录从传输开始到结束过程中的丢包率与错包率，并进行对比分析，结果如图1所示。

图1 丢包率与错包率对比结果

由图1可知，对于随机的100组不同大小的大规模电子档案信息，在2.4 GHz同频干扰下，经过试验组系统传输后的丢包率、错包率均低于对照组1、对照组2；试验组信息传输的丢包率均值为1.14%，分别比对照组1、对照组2低2.12%、2.49%；试验组信息传输的错包率均值为1.68%，分别比对照组1、对照组2低1.62%、2.01%。上述试验结果表明，本文设计的大规模电子档案信息可视化通信传输系统，能够在通信传输下，相对较好地保证大规模电子档案数据信息的完整性与正序性，说明设计系统具有优良的通信效果与稳定性，能够在增大通信容量的同时，保证传输的稳定性与高效性，为相关企业的信息交流、传输，提供可靠的传输通道，促进电子通信网络的良性循环和可持续发展。

4 结语

随着科学技术的发展，各个领域对性能优良的网络通信技术的需求愈加迫切。为了满足数据量不断增加的传输信息，本文结合智能化新技术，研究一种大规模电子档案信息可视化通信传输系统。该系统具有足够大的通信容量，对设计系统进行实时性测试，设计系统传输的电子档案信息路过所有节点最短同步时长的均值为1.575 us，最长同步时长的均值为2.207 5 us，时差均值为0.632 5 us，应用本文系统实现可视化的同步时长需要6.30 us，说明本文系统具有较为良好的实时性。对设计系统进行通信功能检测，在2.4 GHz同频干扰下，信息传输的丢包率均值和错包率均值分别为1.14%和1.68%，相比于对比系统数值更低，说明设计系统具有较好的通信效果和稳定性。为大数据信息的传输，提供有效、可靠的传输通道，促进通信领域以及大规模电子档案相关产业的可持续发展。