《电子技术应用》
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基于DDPG算法的数据传输研究
电子技术应用
闫丹婷,焦新泉
中北大学 仪器与电子学院 仪器科学与动态测试教育部重点实验室
摘要: 针对目前数据传输系统可靠性差、传输速率低的情况,利用FPGA和UDP协议设计了一款数据传输系统。系统采用FPGA为主控芯片,Flash为存储介质,通过上位机发送指令控制系统进行数据的存取,采用千兆以太网进行数据通信与指令接收,增加了数据重传机制以及流量控制模块,以保证数据高速可靠传输。为提高带宽利用率、降低网络时延,加入了改进的深度确定性策略梯度算法(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)进行拥塞控制。实验测试结果表明,采用该算法能够显著降低网络时延,系统传输速率可达912 Mb/s,且系统可靠性高、成本低,具有移植性和实际的推广价值,也便于升级维护。
中图分类号:TN914;TP181 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245786
中文引用格式: 闫丹婷,焦新泉. 基于DDPG算法的数据传输研究[J]. 电子技术应用,2025,51(1):69-74.
英文引用格式: Yan Danting,Jiao Xinquan. Research on data transmission based on DDPG algorithm[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(1):69-74.
Research on data transmission based on DDPG algorithm
Yan Danting,Jiao Xinquan
Key Laboratory of Instrument Science and Dynamic Testing (Ministry of Education), College of Instrumentation and Electronics,North University of China
Abstract: Aiming at the poor reliability and low transmission rate of the current data transmission system, a data transmission system is designed using FPGA and UDP protocol. The system adopts FPGA as the main controller chip and Flash as the storage medium, and sends commands to control the system through the host computer to access the data, adopts Gigabit Ethernet to be in charge of data communication and command reception, and adds a data retransmission mechanism as well as a flow control module to ensure the high-speed and reliable transmission of data. In order to improve bandwidth utilization and reduce network delay, an improved Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) algorithm is added for congestion control. The experimental test results demonstrate that the algorithm presented in this paper can markedly reduce network latency. The system transmission rate can reach 912 Mb/s, and the system enjoys high reliability, low cost, portability, and practical promotion value. It is also convenient for upgrading and maintenance.
Key words : data transmission;deep reinforcement learning algorithms;FPGA;reliable transmission;DDPG algorithm;Gigabit Ethernet

引言

目前,物联网环境下采集与传输的数据种类越来越多,传输所需容量也越来越大,要求数据传输系统具有高速率的同时也要保持高可靠性。

传统的数据通信技术通常采用串行通信总线接口、控制器局域网总线接口通信等[1],但这些传统通信方式传输速率低、传输距离短、可靠性差。以太网作为当前局域网领域内广泛采用的通信协议标准,其网络架构灵活多变且兼容性好[2],千兆以太网技术传输速率理论上可达1 000 Mb/s,符合系统所需高速率、高可靠性的要求[3]。

千兆以太网作为当前主流的网络技术之一,其数据传输速度虽已大幅提升,但仍需不断优化。国外对千兆以太网传输技术进行研究的团队有高通、博通、英特尔等公司,且仍在开发相关网络产品,如美国NETGEAR公司的Orbi RBK76X AX5400三频路由器上具有7个千兆网口,支持直连路由器;美国Lucent公司的Cajun P550R路由交换机使用千兆以太网,作为校园网主干设备提供高速的数据交换能力。国内也有高校及公司进行相关研究,如江苏自动化研究所基于FPGA设计了舰用指控系统多通道、实时的千兆以太网高速传输系统。与传统通信技术相比较,千兆以太网不仅大幅度提升了数据传输的速率,使传输距离更远,传输方式简单且应用范围广泛[4]。而且,千兆以太网的应用已经不仅仅局限于局域网,它也可以用于板对板的应用[5]。但是由于成本高、技术不够成熟,国内工业上数据传输大多情况下仍是使用百兆以太网,因此,千兆以太网数据传输系统仍需深入研究。

传统的UDP协议可靠性差,因为其中并不包含数据重传机制,因此系统加入高速重传机制来提高系统可靠性,同时为进一步降低网络时延、提高系统传输速度,采用了改进的DDPG算法进行拥塞控制。

本文依据FPGA这一高性能硬件平台,通过千兆以太网完成通信,采用UDP协议及改进的DDPG算法,深度融合FPGA的技术优势,实现对海量数据的高速、高可靠性传输,传输成本低、价值高。


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作者信息:

闫丹婷,焦新泉

(中北大学 仪器与电子学院 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西 太原 030051)


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