時間：2022-08-19 05:08:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇無線通信論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
［論文摘要］隨著現代科學技術的飛速發展，構建完善堅強可靠的電力通信網，顯得越來越重要。文章結合電力通信的特點和需求及無線新技術的特性，分析無線通信技術在電網通信中的應用前景。
一、概述
電力通信網是為了保證電力系統的安全穩定運行應運而生的。它同電力系統的安全穩定控制系統、調度自動化系統被人們合稱為電力系統安全穩定運行的三大支柱。我國的電力通信網經過幾十年風風雨雨的建設，已經初具規模，通過衛星、微波、載波、光纜等多種通信手段構建而成為立體交叉通信網。隨著無線通信技術的發展，無線通信系統的特性發生巨大的變化。鑒于采用無線通信網不依賴于電網網架，且抗自然災害能力較強，同時具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸等優點，非常適合彌補目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應用特點和優缺點，并分析其在電力系統的應用前景。
二、無線技術介紹
（一）無線通信技術的概念
目前，無線通信及其應用已成為當今信息科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線基站、無線終端及應用管理服務器等組成。
（二）無線通信技術的發展現狀
無線通信技術按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術，即基于IEEE802.15的無線個域網（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網（WWAN）。
總的來說，長距離無線接入技術的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點分配業務（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統。
1.主流無線通信技術
從技術發展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無線通信技術將成為未來無線通信發展的主流方向。而目前基于該技術的無線通信技術主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術。
2.其他無線通信技術
除了上述主流的無線通信技術外，目前已存在的無線通信技術還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛星通信等長距離通信技術。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點對點的數據傳輸協議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達16Mbps，通信介質為波長900納米左右的近紅外線。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴展技術，通信介質為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識別，俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。
（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數字通信系統，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統的復雜性，降低成本。
三、無線技術優劣分析
（一）WLAN技術分析
Wi-Fi的技術和產品已經相當成熟，而且大批量生產。該技術適用于無線局域網，作為有線網絡的延伸，對于特殊地點寬帶應用，盡管Wi-Fi技術應用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術，通過空氣發送和接收數據。由于無線網絡使用無線電波傳輸數據信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數據甚至進入未受保護的公司內部局域網。
（二）WiMax技術分析
WiMax是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率復用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標準化，該技術的大規模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看，該技術可以在較大范圍內滿足上網要求，覆蓋可以包括室外和室內，可以進行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數基站就可以實現全城覆蓋。WiMax由于其技術的先進性和超遠的傳輸距離，一直被業界看好，是未來移動技術的發展方向，并提供優良的最后一公里網絡接入服務。
（三）WMN技術分析
WMN是正在研究中的技術，在研究中不斷地在不同方面結合各種技術的特點進行融合，而且暫時沒有一個成熟的產品系列來支持該技術的大規模應用。從應用前景看，WMN這一新興網絡不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應用空間，在其他方面如結合數據、圖像采集模塊可以對目標對象進行監控或數據采集，并廣泛應用到環境檢測、工業、交通等領域。隨著其他技術的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補，從而能夠揚長避短，發揮出各自的優勢。
（四）3G技術分析
3G于1996年提出標準，2000年完成包括上層協議在內的完整標準的制訂工作。3G網絡部署已具備相當的實踐經驗，有一成套建網的理論，包括對網絡的鏈路預算、傳播模型預算以及計算機仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區已得到大規模的商業應用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經建設了3G的網絡。3G技術已經進入可以實用的階段，還有很多國家和地區正在建設或將要建設3G網絡。
（五）LMDS技術分析
本地多點分布業務系統LMDS是一種提供點對多點通信的固定寬帶無線接入技術，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內提供數字雙工語音、數據、因特網和視頻業務，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優情況下，距離可達8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過扇區或基站設備將ATM骨干網基帶信息調制為射頻信號發射出去，在其覆蓋區域內的許多用戶端設備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設光纖或銅纜情況下，實現數據雙向對稱高帶寬無線傳輸。
（六）MMDS技術分析
MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信號質量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠寬，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調制技術主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調制QAM調制技術，無法做到非視距傳輸，在目前復雜的城市環境下難以推廣應用。另外，MMDS沒有統一的國際標準，各廠家的設備存在兼容性問題。
（七）集群通信技術分析
數字集群系統具有很多優點，它的頻譜利用率有很大提高，可進一步提高集群系統的用戶容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無線傳輸質量變好；由于使用了發展成熟的數字加密理論和實用技術，所以對數字系統來說，保密性也有很大改善。
數字集群移動通信系統可提供多業務服務，也就是說除數字語音信號外，還可以傳輸用戶數字、圖像信息等。由于網內傳輸的是統一的數字信號，因此極大地提高了集群網的服務功能。
（八）點對點微波通信技術分析
微波傳輸的優勢主要體現在以下幾個方面：第一，可以降低運營商的運營成本。與租用線路相比，微波系統的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統部署簡潔快速。與傳統的傳輸手段相比，其快速部署的優勢可以更快地滿足新業務發展的需要。第三，目前的微波產品對未來的發展是有保障的，對于運營商的新業務和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統將升級到全IP的平臺之上，可以全面支持運營商未來的發展。
（九）衛星通信技術分析
利用衛星在有些人口不很密集的地區來配合陸地通信。在這些地區散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛星作為用戶連至固定有線網的接入設施。在陸地通信網已經構成寬帶多媒體通信網的環境下，利用衛星建成寬帶衛星接入系統是比較好而切合實際的方案，經濟又可靠。
但是衛星通信畢竟是采用衛星作為通信平臺，其地面站的建設、通信信道租用費用都需要花費大量資金，而且通信資源為衛星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數據的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產、生活使用是極為不經濟的；而將衛星通信作為應急通信、作戰通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術綜合比較
目前無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區域、不同的技術特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數據接入，而UWB可實現近距離的超高速無線接入。
首先，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準，只是沒有統一的國際標準，其余的技術均已經完成標準化工作，并且都進行了試驗網建設和商業網建設。
從頻率上看，Wi-Fi技術、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術、3G技術等其他技術使用的是授權頻段。
從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術、WMN技術屬于局域網無線接入技術，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術、3G技術、LMDS技術、MMDS技術、集群通信屬于城域網接入技術，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛星通信、點對點微波則屬于廣域網技術，通常用于通信主干組網建設。
從傳輸速率上看，點對點微波和衛星通信屬于干線傳輸技術，不同的情況速率變化較大，而其余的技術均為接入技術，僅僅是3G技術接入速率最小，僅為384k，而其余技術均為幾十M甚至上百M的速率。
從調制技術上看，其中WiFi技術、WiMax技術、WMN、3G技術均采用最新的調制技術OFDM，其余的技術均未采用OFDM調制技術。
從天線技術上看，僅僅3G和WiMax技術采用了MIMO技術，而其他技術均未采用MIMO技術；從傳輸環境上看，僅僅WiMax技術和3G技術支持非視距傳輸，其余技術均要求視距傳輸環境；從網絡安全和QoS機制上看，WiMax技術和3G技術在這方面做得比較優秀、完善，其余的均存在較大的問題。
一、無線通信技術應用于煤礦開采的重要意義
由于煤炭生產的施工環境比較復雜，井下人員較多，設備流動性也較大，在生產操作中，常常采用多工種聯合流水作業的形式進行煤礦開采，這就要求需要大量的重型設備參與到煤礦生產中，無論是在設備運輸中，還是在安裝、調試中，其都有較高的要求，若不注重煤炭井上井下的協同生產，則容易發生瓦斯爆炸等事故。然而，隨著移動通信技術的發展，建立基于4G通信技術的無線移動通信系統，并將其應用于煤礦生產中，其不僅可以確保煤礦生產順利進行，還可以完成緊急事故的處理，因此，煤礦4G無線通信移動系統的實現，具有十分重要的意義。
二、基于4G通信技術的煤礦無線通信系統
（一）無線移動通信系統架構
針對當前煤礦生產對無線移動通信系統的需求，利用4G中的TD-LTE通信技術來實現高傳輸速率的寬帶無線網絡，建立信息化、自動化、智能化于一體的煤礦安全生產管理系統，打破當前煤礦系統安全生產局面，將煤礦井下傳感器、視頻等各類業務數據進行統一的網絡部署，有效解決信息孤島的問題，確保煤礦安全生產，從而提高煤礦的生產效率。因此，建立基于分時長期演進（TD-LTE）的寬帶無線網絡，由于基于4G通信技術的無線移動通信系統可以在頻譜帶寬20MHz下可以實現上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s，100Mb/s，其接入時延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系統與3G無線通信系統的對比，因此，采用TD-LTE無線通信技術不僅可以滿足語音和數據業務的實時傳輸，也可以有效避免數據丟包、延時等問題。下面對基于4G通信技術的無線移動通信系統進行對比分析：1.基于TD-LTE通信技術的系統架構。TD-TLE煤礦無線通信系統網絡總體架構主要由基站、接入網關、BRAS及核心網通信構成，其中，核心網網元可以實現語音通信、數據傳輸及集群呼叫功能，其主要通過IMS+EPC+DSS集群模式來實現的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術的基站通信系統。將Femto/Pico基站應用于無線通信系統建設中，增強區域的覆蓋范圍，通過自身的傳輸網絡統一接入到安全網關中，采用IPSEC的方式，以保證網絡傳輸安全。當基站通過提供WLANAP來承載數據業務過程中[5]，其也可以通過PDG直接接入網絡來承載數據業務，為了確保提高高質量、高傳輸速率的數據和語音業務，則可以通過直接接入3GPP核心網來滿足不同的產品需求，實現統一的業務活動，建立以SmallCell為基站的網管系統，從而實現下層無線網絡通信系統與上層網管系統的對接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網[6]。在系統中設置核心網，其主要作用是提供用戶連接、系統管理、網絡承載等功能，分析該系統的核心網系統AXUNiEPC-5[7]，其主要依托電信級EPC核心網的優勢來實現網元MME、PGW等功能融為一體的模式，該核心網實現了移動辦公、遙感業務、監視控制及電子商務等基本業務，其可以為用戶提供安全可靠的LTE接入。另外，核心網系統還利應用了IMS系統，其是一種全新的多媒體業務形式，其不僅可以滿足多樣化的多媒體業務需求，還可以實現LTE語音業務系統，并且DSS核心網可以實現LTE的集群呼叫功能，DSS與EPC相比，其都采用了ATCA架構，并且都可以實現設備小型化的核心網。4.建立綜合應用無線通信系統平臺。利用分布式高性能計算機框架架構來建立一個安全、可靠、統一的綜合應用系統平臺，為了構建靈活、適用強的處理平臺，應在軟件處理平臺基礎上增加分析處理數據的專用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi網絡和終端的基站系統[8]，實現數據傳輸、視頻及語音等各類業務，提供統一的數據存儲及應用接口，從而實現自動化管理的應用系統。
（二）無線移動通信系統功能概述
1.調度功能。調度系統是煤礦生產的重要通信手段，生產調度員通過利用調度功能來統籌調度所有資源，并對煤礦生產中各種突發狀況進行處理，以保證煤礦生產順利進行。調度功能主要包括生產進程管理、煤礦生產流程整合及資源分配等功能。2.語音業務。其主要包括以下幾種業務：第一，移動電話，其可以提供語音通信功能；第二，緊急呼叫業務，當煤礦井下的集群用戶發起緊急呼叫，呼叫中心將會做出答復，其類似與電話業務，具有簡單方便、快速的特點；第三，主叫號碼識別顯示業務，其主要功能是提供主叫用戶號碼給被叫用戶。3.集群通信。為了實現用戶之間的通信，利用無線集群通信系統來實現自動化的信息共享功能，與公眾無線移動通信相比，無線集群通信系統不僅可以提供系統內部的全呼、組呼之外，還可以提高雙向通話功能，通過建立優先等級呼叫和緊急呼叫功能，以滿足煤礦生產安全部門指揮調度的需求。4.增殖數據服務。在增殖數據業務中，主要包括提供視頻通話、物聯網接入、手機終端定位、多種數據等業務，其中，對于視頻通話，通過手機實時進行無線視頻業務，以便于井上工作人員的判斷和決策；數據網接入，通過利用3G通信技術來實現終端及無線傳感器等接口的采集，并利用物聯網提供終端接入；手機終端定位，即利用4G無線通信技術來實現語音通話及礦用無線通信手機終端定位，即通過操作人員攜帶的手機與基站之間的信號傳輸來獲得操作人員在井下的信息，這樣地面上的工作人員則可以通過計算機來了解井下工作人員的信息，其可以確保煤礦井下的安全生產，同時也可以提供實時信息；數據業務，為了滿足煤礦井下多種業務對寬帶的需求，實現高速分組無線數據業務，并通過智能手機綁定內部系統，實現信息、視頻監控及安全生產實時監控等功能，將綜合自動化系統應用于系統中，實現組態軟件實時顯示功能，當煤礦井下出現異常情況，系統將會提供自動報警提示功能。
三、結束語
建立基于4G無線通信技術的煤礦無線通信系統，利用TD-LTE無線通信技術來建立寬帶無線網絡，由于TD-LTE無線通信技術具有覆蓋面積廣、信號強、傳輸速率高的優點，將無線移動通信系統應用于煤礦生產中，不僅可以煤礦地面井下實時通信，也可以確保煤礦井下安全生產，因此，建立基于4G通信技術的煤礦無線移動通信系統具有十分重要的意義。
作者：朱賽虎 單位：天地（常州）自動化股份有限公司
1.1移動終端的硬件平臺飽受威脅。當前，移動終端的硬件平臺普遍缺乏驗證機制與保護機制，以至于部分模塊固件被不發入侵者肆意篡改，加之終端內部的通信接口未形成集聚完整性與機密性的保護機制，導致移動終端內傳出的信息被黑客竊聽，對其基本安全性造成極大威脅。
1.2由于4G無線系統包含著許多種類，但操作系統的安全性卻相對匱乏，因而出現了許多漏洞，而且這些漏洞具有公開性特征。
1.34G無線系統的移動終端具備支持多種無線應用的功能，例如電子郵件、電子商務等。假使這些無線應用本身在程序方面存在著漏洞或安全隱患，同樣會對4G無線通信的網絡安全性造成極大威脅。
二、提升4G無線通信網絡安全性的主要策略
由于有線網絡和無線網絡在基本特性方面存在著較大差異，因此在設計無線通信的網絡安全方案時，應當充分考慮其兼容性、安全性以及效率性等因素，從而最大限度提升4G無線通信的網絡安全性。
2.1研發與利用加固型操作系統
為了規避安全問題，在選擇操作系統時，應選擇滿足TMP需求的操作系統，能夠支持遠程驗證、區域隔離以及混合訪問控制等操作。
2.2采取硬件物理保護措施
通過加大無線通信測試平臺硬件的集成度，減少存在攻擊威脅的接口數量，并適當增加電壓、電流以及溫度，以此方式達到檢測電路的目標，以防采取物理檢測措施時被攻擊。此外，針對TPM和全球用戶識別卡中的相關數據，還應當根據安全級別進行銷毀處理。
2.3不斷加固硬件平臺
把中國移動互聯網可信應用平臺視作網絡安全問題基本防護對象，除了對其進行全方位檢測以及可信啟動之外，還應予以存儲保護等安全措施。同時，由于4G無線通信的核心網是TD-SCDMA，盡管不對稱管制、起步晚以及備受懷疑等主客觀因素對其發展產生了一定的影響，但TD-SCDMA的整體發展趨勢十分明朗，同時還取得了較大成功。而隨著TD-LTE的不斷推行與普及，其發展事態已遠遠超過TD-SCDMA，全球范圍內TD-LTE的商用網絡總數已達到13個，其發展與應用必定會成為大勢所趨。
2.4提升通信服務效率
由于無線通信的網絡資源有限，為了提升網絡資源的可靠性、安全性與有效性，首先應當控制安全協議的信息交互總數，確保安全信息的精準性與短小性。其次，控制移動終端的任務數量，針對4G無線通信的網絡終端制定明確的標準，要求其計算能力具備明顯的非對稱性。最后，針對處于閑置狀態的移動終端，必須加以有效利用，從而實現預計算、預認證的目標。
三、結束語
1.1城市4G無線通信接入網絡的安全威脅
在接入網絡中，用戶可以在同一網絡內和不同網絡間任意地漫游和切換，已經完全控制某個系統的攻擊者通過生成RRC（RadioResourceControl）信令的方法向ME發起重配置過程，制ME切換到安全性較弱的傳統網絡中，并且將ME引進攻擊者已經控制的網絡或系統中。比如當前EPON網絡中OLT設備往往是多個邏輯OLT的集合，可選加上交換芯片，集成交換機或路由器的功能，與核心網絡的接口稱為SNI（系統網絡接口）。ONU設備一般為單個邏輯ONU設備，提供UNI（用戶網絡接口），SNI、UNI口可以為以太口（數據）、POTS口（語音）、RF（視頻）接口，可選和交換機、路由器、其他特定功能的網絡終端集成。
2接入網技術在城市4G無線通信中的應用體系建立
2.1常見安全機制
采用臨時身份或加密的永久身份信息實現用戶的身份隱藏。通過使用數字簽名技術可以實現信息的防抵賴性。通過數字管理技術、加密技術、消息摘要技術可以實現數據完整性。通過加密技術和安全信道可以實現數據的機密性。通過認證機制實現通信參與方在數據交換之前的身份鑒定過程。比如當前某某城市聯通移動核心網新建的第一套4GHSS（用戶歸屬服務器，是4G移動網的核心網元）順利割接入網，經過近期運行觀察，性能良好，各項話務指標都在正常范圍。割接完成后，現有用戶不換號就可以享受聯通4GLTE網絡，對整個4G網絡建設進度具有里程碑式的意義。
2.2系統總體設計
對于開發下一代產品的驗證平臺，對于城市4G無線通信接入網絡，強大的硬件運算能力和大容量存儲以及高速的數據傳輸能力都是必須的，因此在器件選型的時候就選擇了業界較為先進、處理能力高、集成度大、功耗低和工藝新的器件。比如TMS320DM8168多媒體處理器具有一顆CortexA8內核和一顆C674X系列的DSP，其中電源是整個電路能否正常穩定工作的核心，這個部分著重講了驗證平臺所選取的電源芯片以及周邊電路，同時分析了各個支路的電流和上電順序，以確保電路能夠正常穩定的工作。驗證平臺的PCB設計主要包括器件布局，層疊結構設計等。外設部分主要包含了存儲系統和配置電路。存儲系統為軟件運行提供了足夠的運行空間，配置電路為FPGA的程序下載提供了一條高速公路，減少了程序員的開發時間。接入網系統是芯片與芯片或者芯片與外設信息交換的橋梁，這部分主要介紹了驗證板所使用的各種接入網方式同時分析了接入網系統的硬件性能。
2.3接入網系統設計
接入網系統是芯片與芯片之間以及驗證平臺與外設之間數據傳輸的系統，一個接入網系統的優劣直接決定了整個系統的數據傳輸能力以及性能。目前所用的系統間或者芯片間的接入網方式很多，例如UART、I2C、SPI等，這些都是速度比較低的接入網接口協議，而現代的多媒體時代需要更高速的接入網接口比如USB2.0、USB3.0、SATA、PCIe、SRI/O等。TMS320DM8168主板上的PCIExpressx2接口，每條串行線路的數據傳輸率最大可傳輸5Gbps的數據，該接口用于和外設進行高速數據傳輸。目前，中國移動已經啟動了全國范圍內4G網絡技術的試點應用，正準備快速在全國范圍內推廣。“4G”TD-LTE的最大特點是高速數據傳輸服務，是現有3G網絡的十倍。同時可以通過手機等各種終端獲得無線高清視頻體驗，十分流暢清晰。4G無線網絡的部署是在運營商的4G網絡基礎上對覆蓋點進行網絡的延伸，增加4G網絡路由器通過無線方式與監控平臺互聯，通過運營商的寬帶網絡實現信息傳輸。在4G網絡未覆蓋到的區域可以通過3G網絡作為補償進行承載，可根據3G網絡帶寬情況靈活調整信號的方式和容量。其安裝方便、靈活性強、性價比高等特性使得更多行業的監控系統采用無線監控方式。
3結語
如果能在單一架構下管理多個無線網絡的實時數據,或者說在單一架構下管理統一后的單一無線網絡的實時數據,應該是過程行業用戶一致的要求,所以我們說多種無線通信技術標準的融合是一個大趨勢,它可以提供遠程操作的更高可靠性和更低成本。三大無線國際標準合作的技術基礎原本是存在的,因為ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協議都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信協議棧的商家往往同時提供這幾種技術的部件,即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營內,還包括有很多相同的會員。作為ISA100的核心成員單位的尼維斯(Nivis)公司一向以其管理和優化網狀網絡的軟件而聞名,同時在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發基于標準的無線網狀通信堆棧方面擁有豐富的知識和能力。
尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業無線產品供應商,比如其無線節點和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號是相同的,使用戶能夠在單一的硬件上運行任何一種標準。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標準,也支持WirelessHART標準,擁有在同一平臺上運行的軟件,VersaRouter910是一個雙啟動硬件(Dualboothardware),是集全功能于一身,專門為客戶準備好提供的無線解決方案設計的工業級無線路由器。中科博微公司是可同時提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業無線產品供應商,比如其無線網關既有屬于WIA-PA無線網絡的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號的網關,又有屬于WirelessHART無線網絡的WHT-GW1250網關。北京天宇藍翔科技發展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網絡產品。在ISA100.11a和WirelessHART問世之初,在ISA名下成立過ISA100.12工作組,負責尋找將WirelessHART和ISA100.11a無線標準融合的技術途徑。當時認定實現無線標準融合技術途徑的唯一方法是提案申請,后有3個團隊提出申請。
但最終這些團隊沒有解決以下核心問題:網絡規范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個現有網絡的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應商的兩個團隊都不能接受修改自己基礎網絡的要求,因此無法達成任何妥協協議。其原因非技術方面,而是集中在營銷效應方面。因此在2013年,ISA100.12工作組已決定放棄在無線通信技術標準融合方面的努力。ISA100.12工作組中的最終用戶曾建議的融合備選方案是供應商可提供同時對ISA100.11a和WirelessHART無線網絡進行操作的產品,即“雙啟動”產品的解決方案。2010年初,德國測量與控制標準委員會NAMURPressRelease(公告),開始提出單一(融合)工業無線標準(僅過程自動化領域)的要求,建議三個標準合并為一個IEC標準。2010年8月在倫敦的Heathrow(希思羅)機場召開了工作組第一次會議,工作組即以希思羅命名。2011年3月底在瑞士的融合工作組會議形成備忘錄決定成立技術工作組,重慶郵電大學是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術工作組主要成員。
技術工作組首先完成“三個標準的異同”資料的編輯,然后達成分三步開展工作的共識,第一步是實現三標準共存,如圖1所示,第二步完成漸進式融合,第三步以單一的OSI/ISO層過程儀表協議的現場設備、統一的接入點、統一的網關實現標準的最終融合,這里的現場設備、接入點、網關均以希思羅命名。2012年12月現場總線基金會(FF)宣布與國際自動化學會自動化標準委員會ISA100合作提出了一個通用的框架,允許多個工業通信協議通過共享無線集成架構在過程自動化系統中運行,使現場總線連接到遠程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協議集成到單一的標準化環境中,這稱為基金會的遠程操作管理ROM,這是通過第三方的開放融合,以便為用戶提供更高的可靠性和更低成本的遠程操作。這個框架保持了“基礎設施”戰略,而不是試圖在無線設備水平方面競爭。
2、系統架構的創新
霍尼韋爾公司2004年推出工業無線變送器——基于ZigBee無線技術的XYR5000無線壓力變送器,載頻為902MHz~928MHz,以此為基礎的無線網絡系統構成如圖2所示。作為網關設備的基站WBR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信,最大數量為50臺,最大距離610m。基站還可有線接入最多25個AO/DO組件,基站與控制系統的連接有RS485ModbusRTU接口,還可提供RS232到WMT無線管理工具上顯示。隨后IEC三大國際標準的早期無線網絡系統的架構是由網關和無線現場設備組成,如橫河電機無線系統的早期架構是YFGW710現場無線一體型網關和現場無線設備,一臺網關可接入最多10臺(刷新率1s)或50臺(刷新率5s)現場無線設備,如圖3所示。艾默生過程管理公司下屬的羅斯蒙特公司真正針對流程行業無線網絡系統的研究始于1998年,2006年推出的智能無線解決方案是采用900MHz,2007年以后在歐洲和亞洲則推出2.4GHz的解決方案。早期無線網絡系統的架構也是由網關和無線現場設備組成,可能會包括適配器等設備,同時每一臺無線現場設備還可作為路由器將其他無線現場設備的信息傳送到網關,如圖4所示。
2007年6月11日,霍尼韋爾公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless無線網絡方案,采用了XYR6000變送器,載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網絡后,系統架構也在不斷更新,較早的版本是2009年4月的120版,當時作為網關的是多功能節點;2011年9月200版的新功能包括無線變送器無路由功能改為路由功能可選、增加了現場設備接入點FDAP、增加了HART適配器等,2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP節點設備、CiscoWLAN控制器;2013年4月210版的新功能包括在線
無線設備授權等新功能。AP節點設備被分為兩類:網格接入點(MAP)和根接入點(RAP)。網格接入點是Mesh網絡的遠程接入點,它作為ISA100.11a無線現場設備網絡和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網絡的接入點,這是所有接入點的默認角色。對下層ISA100.11a無線現場設備網絡來說,每個網格接入點都可以發送和接收來自無線現場設備的消息,同時,它又作為一個路由器,為其相鄰網格接入點以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網絡轉發消息,從而在2層網絡中為無線設備和主機應用之間實現數據傳輸,通過轉發過程,數據可以找到通過中間網格接入點抵達目的地的最佳路徑。 如果一個鏈路因為任何原因而出現故障,網絡會自動通過其他路徑安排數據傳輸,直到數據抵達網關為止。根接入點通過光纖、有線以太網或電纜連接器連接到有線網絡或服務器,作為到有線網絡的“根”或“網關”,它必須在接入點配置時設定為根接入點。通信時,網格接入點通過網格接入點之間的路徑或直接傳送到根接入點。在這種網絡拓撲結構中,接入點之間有許多冗余路徑連接,因而特別可靠。隨著網絡規模的增大和網格接入點數量的增加,有必要使用多臺根接入點以保證無線網絡所需的性能和吞吐量(如圖5所示)。推薦根接入點對網格接入點比值為20,這意味著,最多20個網格接入點可以共享相同的一次和二次根接入點,由于每個網格接入點可接入數十臺無線現場設備,每個根接入點可接入20個網格接入點,而根接入點又可以多個同時接入交換機,其應用規模可滿足數百點到數千點的大型無線網絡的要求。
艾默生過程管理公司在WirelessHART網絡中也推出了CiscoAP節點設備作為構成回傳網絡節點的接入點,菲尼克斯公司在WirelessHART網絡中也推出了可與該公司多臺WirelessHART網關組成骨干網絡的WLAN接入點,且都通過Wi-Fi傳送采集的所有信息,同時,WirelessHART網絡也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設備的信息。隨著工業無線網絡將過程控制延伸到工廠現場的各個角落,其應用越來越普及,單個應用實例的規模也越來越大,已突破一個工序或一個車間的范圍。在這種形勢下,流程行業無線網絡設備的制造廠家不失時機地推出可覆蓋整個工廠的全集成式多用途無線網絡。這樣的網絡中既包括簡單的無線現場儀表網絡,也覆蓋多種無線應用的場合。創新的系統架構主要體現在接入點設備作為主干網絡節點,比如OneWireless無線網絡先后推出的現場設備接入點FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節點,橫河電機ISA100.11a無線網絡的YFGW510現場無線接入點,艾默生過程管理公司WirelessHART無線網絡推出的781遠程鏈路、CiscoAP節點設備和WLAN接入點,菲尼克斯公司WirelessHART無線網絡的WLAN接入點。這些設備具有骨干路由器功能,可將眾多的無線現場設備的信息通過底層網絡采集后,盡快地通過骨干網絡傳送到無線網關。這種將網關功能分離為接入點和現場無線管理站以及將信息傳送分為底層網絡及骨干網絡的分層架構,不僅擴大了網絡的規模、提高了信息傳送速度,還能更好地實現同時管理多個現場無線子網通信系統的要求。
1．1WiFi無線通信技術
WiFi無線通信技術采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交頻分復用技術，其優勢在于具有較高的數據帶寬，低廉的設備成本，同時使用2．4GHz的公共頻段，不需要復雜的審批手續。但WiFi技術不屬于國際電信聯盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）規定的移動語音通信標準，不具備規模組網通信的理論基礎與技術標準，其定位就是短距異步寬帶數據無線接入。由于WiFi采用的是短碼擴頻技術，只適合視距無遮擋點對點直線通信，而對礦井這種遮擋嚴重，多徑反射劇烈，場強衰落快速變化的現場，將直接導致WiFi的通信距離大大縮短。WiFi通信技術所使用的通信體制、占用帶寬、調制方式與目前煤礦井下人員定位系統的RFID和ZigBee完全相同或近似，使得系統之間會產生嚴重的電磁干擾，嚴重的還會使系統癱瘓。
1．2TD－SCDMA無線通信技術
TD－SCDMA技術是ITU的第三代移動通信空間接口技術規范之一。TD－SCDMA的特點是上下行同頻段，通過時隙配置為上下行信道提供無線承載。TD－SCDMA可支持速率為8kbit／s～2Mbit／s的語音、互聯網等所有的3G業務。TD－SCDMA系統采用時分雙工模式，它的一個載波占用1．6MHz的帶寬，僅能提供速率為2Mbit／s的3G數據業務。并且在產業鏈方面TD－SCDMA不夠成熟，終端數量較少。目前，TD－SCDMA礦用通信系統采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉遠方式，BBU部署在地面，RRU作為井下無線站點部署在井下，地面與井下采用私有的IR接口，必須使用裸光纖，無法直接使用井下工業以太環網，且當BBU出現故障時，會導致全網無法工作。某個中間RRU故障會導致整個鏈上的RRU無法工作，維護、擴容較為困難。
1．3WCDMA無線通信技術
WCDMA技術是ITU正式的第三代移動通信空間接口技術規范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）技術優勢于一體、系統容量大、抗干擾能力強的移動通信技術［4］。WCDMA發展空間較大，技術成熟性最佳，有較高的擴頻增益，可支持速率為8kbit／s～5．76Mbit／s的語音、互聯網等所有的3G業務。WCDMA作為產業鏈最為成熟、網絡部署最為廣泛、終端最為豐富的3G技術，其網絡除能實現語音通信功能外，還可提供高速率數據和圖像傳輸功能。但是，傳統WCDMA系統總體造價相對較高，不利于大規模推廣，而且井下巷道錯綜復雜，其無線信號的全礦井無縫覆蓋困難大。
1．4Femtocell無線通信技術
1．4．1Femtocell技術簡介Femtocell又可稱為毫微微小區、家庭基站［5］，是近年來根據3G發展和移動寬帶化趨勢推出的低功率、超小型化移動基站。Femtocell使用IP協議，通過用戶已有的ADSL、LAN等寬帶電路連接，遠端由專用網關實現從IP網到移動網的聯通。它的大小與ADSL調制解調器相似，具有安裝方便、自動配置、自動網規、即插即用的特點。1．4．2Femtocell技術優勢（1）可覆蓋宏小區不能覆蓋的地方。（2）可以減少來自于宏小區基站的高功率開銷并提高宏小區基站的性能。（3）輻射更低，手機電池也更耐用。（4）為固網與移動網融合提供了一個理想的解決方案。Femtocell的網絡架構如圖1所示。目前業界主流的設備商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，無線網絡控制器）功能集成于一個接入設備的扁平化架構，由Femtocell網關提供標準的Iu接口。更進一步的扁平化架構可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服務支持節點）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，網關GPRS支持節點）等功能集成于Femtocell接入設備。扁平化架構的優勢是它符合下一代移動網絡的發展趨勢。由于獨立節點的減少，使得網絡端到端時延大大降低（降低40％左右），從而大大增強用戶在使用高速數據業務和實時業務時的體驗。同時，節點的減少也大大提高了網絡的可靠性。
2基于Femtocell的礦用
WCDMA無線通信系統傳統的礦用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系統總體造價相對較高，不利于大規模推廣，而且井下巷道錯綜復雜，其無線信號的全礦井無縫覆蓋困難極大；但隨著Femtocell技術的應用，使得WCDMA無線技術應用到煤礦井下變得簡單。針對煤礦井下的環境特點，提出了一種基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統，系統結構如圖2所示。從圖2可看出，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統采用現有的IP網絡傳輸，Femtocell通過工業以太網與地面主系統相連，井下通信的網絡架構可采用標準的Femto網絡架構，實現井下、井上通信的結合，傳輸使用礦區已經部署的井下工業以太環網。Femtocell基站集成了NodeB（即移動基站，一般由控制子系統、傳輸子系統、射頻子系統、中頻／基帶子系統、天饋子系統等部分組成）和RNC的功能，它通過SIP（SessionInitiationProtocol，會話初始協議）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒體系統）連接到地面核心網絡（核心網包括移動交換中心MSC和用戶歸屬位置寄存器HLR等），核心網絡采用WCDMA專網的自建核心網。
2．1系統的關鍵技術
2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色類似于終端設備，因此，其使用方法必須簡單明確，安裝好Femtocell基站后，只要接通電源和網絡就可以使用。Femtocell和服務器之間必須能自動完成IP連接和IP分配，能夠進行遠程的自動軟件升級、自動網絡規劃（包括最小干擾頻點的選擇、擾碼的自動分配、鄰區列表的自動創建及發射功率的自動調整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3個層面：①接入層的UE（UserExperience）接入鑒權。用戶必須可以設置Femtocell的接入模式，如是否允許所有用戶接入、能否設置不同的接入用戶、Femtocell信號是否可以獨享等。因此，Femtocell必須設置一個白名單編輯功能，以滿足對Femtocell接入終端的控制。②Femtocell基站設備的接入控制。服務器要能夠監控Femtocell基站的使用，并控制其IP接入。目前主要采用在Femtocell基站內置一張類似于SIM卡的信息鑒權設備，運營商可以在SIM卡上燒制相應的鑒權信息。③核心網3GPP標準的UE接入鑒權。Femtocell對用戶的接入必須滿足3GPP對3G的各項標準規定［6］。2．1．3IP傳輸網絡質量要求因為Femtocell是完全通過IP網絡實現與核心網的連接，因此，如何保證業務的QoS服務等級，特別是語音業務的QoS要求非常關鍵。因此，對于IP傳輸網絡需要有一定的性能要求，如對滿足語音業務、滿足視頻電話及PS384K業務在時延、抖動、丟包率、帶寬等方面的指標均有最低要求。2．1．4時鐘同步技術Femtocell基站主要通過接收周圍宏基站信號來提取同步時鐘信號，如果Femtocell完全處于孤島環境，就需要通過自身的時鐘振蕩器來獲取時鐘。
2．2系統優勢分析
綜合了Femtocell技術與WCDMA技術的特點，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統主要有以下優勢。（1）組網靈活。由于系統采用Femtocell技術和小型化設備，且可即插即用，系統安裝維護方便，組網更加靈活。（2）穩定可靠。系統內設備采用電信級標準設計，確保系統可靠性。無線資源池共享技術的應用使得系統穩定性和可靠性大大提高，且滿足突況下設備的資源需求；在正常情況下，設備運行負荷均衡，工作狀態穩定。（3）業務豐富。系統不僅支持基本的高質量語音通信和短信業務，而且基于WCDMA的高帶寬特性，可靈活承載移動辦公、無線監控、生產巡檢等各種數據業務。另外，可根據數字化礦山的特點，靈活定制適應于礦山安全生產的多種移動業務。（4）兼容性高。基于Femtocell的礦用WCDMA礦用無線通信系統設備采用國際通用通信標準設計，設備可以和不同制造商生產的公網模式的WCDMA制式終端兼容；可以和多家主流設備制造商生產的用戶級交換機和局用交換機互通。
3結語
1方案設計
PBS表示主基站(PrimaryBaseStation)，通過光纜可以將各類監測數據、感知數據、計量數據等業務數據傳輸到變電站內的各種應用系統子站，也可以根據需要將數據通過電力骨干網絡(SDH等)傳輸到省電力公司內的系統主站，CBS表示認知基站(CognitiveBaseStation)，通過光纜與主基站連接進行信息交互，通過無線方式與次用戶通信，PU表示主用戶即授權用戶(PrimaryUser)，SU表示次用戶即認知用戶(SecondaryUser)，這里的用戶在實際應用場景中泛指各種無線通信終端，本文為與認知無線電的各種概念保存一致，也稱為用戶，各類業務數據通過授權用戶或次用戶將數據傳輸到基站，SB表示頻譜經紀人(SpectrumBroker)，通過光纜或者網線形式與認知基站進行信息交互。認知基站負責認知用戶的控制和管理，主要包括對認知用戶的感知結果進行融合、空閑信道資源分配、接入及切換管理。頻譜使用區域分授權頻段區域和非授權頻段區域，在授權頻段區域，認知基站與主基站進行信息交互，降低感知目標頻段的盲目性，認知用戶根據認知基站的交互信息，感知授權用戶的授權頻段的空閑情況并利用。在非授權頻段區域，認知用戶感知非授權頻段的使用情況并進行競爭利用，能夠及時規避干擾頻段，使用動態分配的頻譜資源，在該區域中頻譜經紀人充當協調者角色，負責不同認知網絡之間的頻譜資源協調管理。為提高頻譜感知效率，縮短系統接入時間，提升頻譜切換性能，本文設計兩張用于認知基站內維護的信息表，一張是可用頻率資源列表，一張是交互信息列表。“頻帶范圍”表示認知用戶可以使用的頻段的范圍，“頻帶歷史使用信息”表示該段空閑頻段的歷史使用情況，包括數據傳輸平均占用時長和空閑率，由此可以計算頻段的大致可用時長;“頻帶帶寬”表示可用的頻帶寬度;“干擾水平”表示歷史干擾水平和當前干擾水平，干擾水平是指空閑頻譜所遭受的干擾程度和強度，包括無線環境下的路徑損耗等干擾和電力設施運行時的電磁干擾，以功率形式量化，結合相關系數，可以計算信道最大容量;“可用狀態”表示頻率資源的利用方式，包括共享式和獨享式，共享式是指認知用戶與授權用戶共享頻率資源，但不會對授權用戶造成干擾，或者是由多個認知用戶之間進行共享使用空閑授權頻率資源或空閑非授權頻率資源，獨享式是指空閑頻率資源無其他用戶使用，由單個認知用戶單獨享用。綜合以上信息，認知基站能夠根據認知用戶的需求情況快速找到匹配資源進行分配，提高了分配效率、縮短了分配時間，根據業務特性，有選擇地選取特定頻譜實現與業務需求的匹配。
2頻率分配方法
本文假設頻譜感知由物理層來完成，而且能夠獲得準確的感知結果，MAC層在獲取感知結果的基礎上主要負責頻譜資源的動態管理。其中頻譜分配和頻譜干擾規避是頻譜資源管理的重要部分，也是電力行業應用下需要解決的重要問題。在分配階段，提出基于迫切性和公平性的頻譜資源分配方法，不僅考慮認知用戶的接入的迫切程度，同時也需考慮用戶接入的公平性。迫切性和公平性是影響資源分配的重要參考內容，影響迫切性主要參數包括:業務優先級、等待時間，影響公平性主要參數包括:用戶不良信用記錄、用戶接入成功率，其中，業務優先級是指業務的重要程度，等待時間是指用戶數據的有效期，超過一定時間，數據的傳輸就無意義，在電力行業下，這一參數尤其重要，用戶不良信用記錄是指用戶分配到頻率資源但沒有利用的信用記錄，接入成功率是指用戶請求分配且獲得分配的概率，為公平起見，接入成功率越低的用戶分配的可能性就越大。
3頻率切換方法
由于認知用戶使用授權用戶暫時未使用的授權頻段，一旦授權用戶出現，認知用戶需要立即采取相應措施以免對授權用戶的使用造成干擾，或者當認知用戶使用的非授權頻段的頻譜環境惡化，也需采取措施來防止業務受到重大影響，另外，電力系統中復雜的電磁干擾進一步加劇了無線環境的復雜度，帶來了更大的干擾，影響頻譜資源的使用，在此條件下，除共享頻率之外，頻率切換也是有效解決措施之一，設計合理的目標頻段切換機制對切換性能有著十分重要的影響。本文在此基礎上提出一種基于加權的多參量目標頻段切換算法，認知基站根據認知用戶的業務特性和需求進行計算選取目標切換頻段并分配，這樣就有利于進一步降低認知用戶的復雜度，綜合考慮多種選擇因素，彌補單一屬性選擇的不足。
4結束語
電力通信是支撐智能電網發展的重要技術，無線通信作為其中的一部分，發揮了重要作用，但由于無線通信頻率資源和電力行業的限制性因素，需結合新的技術來解決無線頻段資源短缺以及無線傳輸可靠性等問題。本文將認知無線電技術引入電力無線通信，提出了理論上的頻率資源管理算法，旨在提高電力無線通信系統的性能。下一步將開展具體的仿真實驗工作，對理論研究算法效果進行驗證和優化。
作者:姚繼明黃莉田文鋒黃鳳朱亮單位:中國電力科學研究院
1、多種無線通信技術標準的融合
如果能在單一架構下管理多個無線網絡的實時數據，或者說在單一架構下管理統一后的單一無線網絡的實時數據，應該是過程行業用戶一致的要求，所以我們說多種無線通信技術標準的融合是一個大趨勢，它可以提供遠程操作的更高可靠性和更低成本。三大無線國際標準合作的技術基礎原本是存在的，因為ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協議都是IEEE802.15.4，而提供芯片和通信協議棧的商家往往同時提供這幾種技術的部件，即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營內，還包括有很多相同的會員。作為ISA100的核心成員單位的尼維斯（Nivis）公司一向以其管理和優化網狀網絡的軟件而聞名，同時在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發基于標準的無線網狀通信堆棧方面擁有豐富的知識和能力。尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業無線產品供應商，比如其無線節點和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號是相同的，使用戶能夠在單一的硬件上運行任何一種標準。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標準，也支持WirelessHART標準，擁有在同一平臺上運行的軟件，VersaRouter910是一個雙啟動硬件（Dualboothardware），是集全功能于一身，專門為客戶準備好提供的無線解決方案設計的工業級無線路由器。中科博微公司是可同時提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業無線產品供應商，比如其無線網關既有屬于WIA-PA無線網絡的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號的網關，又有屬于WirelessHART無線網絡的WHT-GW1250網關。北京天宇藍翔科技發展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網絡產品。在ISA100.11a和WirelessHART問世之初，在ISA名下成立過ISA100.12工作組，負責尋找將WirelessHART和ISA100.11a無線標準融合的技術途徑。當時認定實現無線標準融合技術途徑的唯一方法是提案申請，后有3個團隊提出申請。但最終這些團隊沒有解決以下核心問題：網絡規范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個現有網絡的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應商的兩個團隊都不能接受修改自己基礎網絡的要求，因此無法達成任何妥協協議。其原因非技術方面，而是集中在營銷效應方面。因此在2013年，ISA100.12工作組已決定放棄在無線通信技術標準融合方面的努力。ISA100.12工作組中的最終用戶曾建議的融合備選方案是供應商可提供同時對ISA100.11a和WirelessHART無線網絡進行操作的產品，即“雙啟動”產品的解決方案。2010年初，德國測量與控制標準委員會NAMURPressRelease（公告），開始提出單一（融合）工業無線標準（僅過程自動化領域）的要求，建議三個標準合并為一個IEC標準。2010年8月在倫敦的Heathrow（希思羅）機場召開了工作組第一次會議，工作組即以希思羅命名。2011年3月底在瑞士的融合工作組會議形成備忘錄決定成立技術工作組，重慶郵電大學是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術工作組主要成員。技術工作組首先完成“三個標準的異同”資料的編輯，然后達成分三步開展工作的共識，第一步是實現三標準共存，如圖1所示，第二步完成漸進式融合，第三步以單一的OSI/ISO層過程儀表協議的現場設備、統一的接入點、統一的網關實現標準的最終融合，這里的現場設備、接入點、網關均以希思羅命名。2012年12月現場總線基金會（FF）宣布與國際自動化學會自動化標準委員會ISA100合作提出了一個通用的框架，允許多個工業通信協議通過共享無線集成架構在過程自動化系統中運行，使現場總線連接到遠程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協議集成到單一的標準化環境中，這稱為基金會的遠程操作管理ROM，這是通過第三方的開放融合，以便為用戶提供更高的可靠性和更低成本的遠程操作。這個框架保持了“基礎設施”戰略，而不是試圖在無線設備水平方面競爭。
2、系統架構的創新
霍尼韋爾公司2004年推出工業無線變送器——基于ZigBee無線技術的XYR5000無線壓力變送器，載頻為902MHz~928MHz，以此為基礎的無線網絡系統構成如圖2所示。作為網關設備的基站WBR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信，最大數量為50臺，最大距離610m。基站還可有線接入最多25個AO/DO組件，基站與控制系統的連接有RS485ModbusRTU接口，還可提供RS232到WMT無線管理工具上顯示。隨后IEC三大國際標準的早期無線網絡系統的架構是由網關和無線現場設備組成，如橫河電機無線系統的早期架構是YFGW710現場無線一體型網關和現場無線設備，一臺網關可接入最多10臺（刷新率1s）或50臺（刷新率5s）現場無線設備，如圖3所示。艾默生過程管理公司下屬的羅斯蒙特公司真正針對流程行業無線網絡系統的研究始于1998年，2006年推出的智能無線解決方案是采用900MHz，2007年以后在歐洲和亞洲則推出2.4GHz的解決方案。早期無線網絡系統的架構也是由網關和無線現場設備組成，可能會包括適配器等設備，同時每一臺無線現場設備還可作為路由器將其他無線現場設備的信息傳送到網關，如圖4所示。2007年6月11日，霍尼韋爾公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless無線網絡方案，采用了XYR6000變送器，載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網絡后，系統架構也在不斷更新，較早的版本是2009年4月的120版，當時作為網關的是多功能節點；2011年9月200版的新功能包括無線變送器無路由功能改為路由功能可選、增加了現場設備接入點FDAP、增加了HART適配器等，2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP節點設備、CiscoWLAN控制器；2013年4月210版的新功能包括在線無線設備授權等新功能。AP節點設備被分為兩類：網格接入點（MAP）和根接入點（RAP）。網格接入點是Mesh網絡的遠程接入點，它作為ISA100.11a無線現場設備網絡和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網絡的接入點，這是所有接入點的默認角色。對下層ISA100.11a無線現場設備網絡來說，每個網格接入點都可以發送和接收來自無線現場設備的消息，同時，它又作為一個路由器，為其相鄰網格接入點以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網絡轉發消息，從而在2層網絡中為無線設備和主機應用之間實現數據傳輸，通過轉發過程，數據可以找到通過中間網格接入點抵達目的地的最佳路徑。如果一個鏈路因為任何原因而出現故障，網絡會自動通過其他路徑安排數據傳輸，直到數據抵達網關為止。根接入點通過光纖、有線以太網或電纜連接器連接到有線網絡或服務器，作為到有線網絡的“根”或“網關”，它必須在接入點配置時設定為根接入點。通信時，網格接入點通過網格接入點之間的路徑或直接傳送到根接入點。在這種網絡拓撲結構中，接入點之間有許多冗余路徑連接，因而特別可靠。隨著網絡規模的增大和網格接入點數量的增加，有必要使用多臺根接入點以保證無線網絡所需的性能和吞吐量（如圖5所示）。推薦根接入點對網格接入點比值為20，這意味著，最多20個網格接入點可以共享相同的一次和二次根接入點，由于每個網格接入點可接入數十臺無線現場設備，每個根接入點可接入20個網格接入點，而根接入點又可以多個同時接入交換機，其應用規模可滿足數百點到數千點的大型無線網絡的要求。艾默生過程管理公司在WirelessHART網絡中也推出了CiscoAP節點設備作為構成回傳網絡節點的接入點，菲尼克斯公司在WirelessHART網絡中也推出了可與該公司多臺WirelessHART網關組成骨干網絡的WLAN接入點，且都通過Wi-Fi傳送采集的所有信息，同時，WirelessHART網絡也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設備的信息。隨著工業無線網絡將過程控制延伸到工廠現場的各個角落，其應用越來越普及，單個應用實例的規模也越來越大，已突破一個工序或一個車間的范圍。在這種形勢下，流程行業無線網絡設備的制造廠家不失時機地推出可覆蓋整個工廠的全集成式多用途無線網絡。這樣的網絡中既包括簡單的無線現場儀表網絡，也覆蓋多種無線應用的場合。創新的系統架構主要體現在接入點設備作為主干網絡節點，比如OneWireless無線網絡先后推出的現場設備接入點FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節點，橫河電機ISA100.11a無線網絡的YFGW510現場無線接入點，艾默生過程管理公司WirelessHART無線網絡推出的781遠程鏈路、CiscoAP節點設備和WLAN接入點，菲尼克斯公司WirelessHART無線網絡的WLAN接入點。這些設備具有骨干路由器功能，可將眾多的無線現場設備的信息通過底層網絡采集后，盡快地通過骨干網絡傳送到無線網關。這種將網關功能分離為接入點和現場無線管理站以及將信息傳送分為底層網絡及骨干網絡的分層架構，不僅擴大了網絡的規模、提高了信息傳送速度，還能更好地實現同時管理多個現場無線子網通信系統的要求。
3、引入無線行業領軍廠家的技術和產品
借助網絡解決方案供應商的技術迅速提高產品檔次，霍尼韋爾公司2012年直接采用支持標準的思科（Cisco）公司組態和拓撲結構性統一無線網絡技術，這包括使用冗余交換機、冗余的無線局域網控制器以及多重網格接入點MAP和根接入點RAP，實現一個強大的高可用性的網絡。如使用CiscoAironet1552SAP節點設備構建OneWireless工業無線網絡，同時還采用CiscoWLAN控制器用于管理CiscoAironet1552SAP節點設備，在單一的架構下為Wi-Fi應用和ISA100.11a現場儀表提供無線覆蓋，從而有效降低總體擁有成本。CiscoAironet1552SAP節點設備的功能與原有的多功能節點完全一樣，但天線數量增加，速度更快，帶寬更寬。艾默生過程管理公司早在2007年就已經同思科公司建立了合作伙伴關系，如在異構系統的無線通信方面雙方就進行了合作，最近又引入了CiscoAP節點設備。羅克韋爾自動化收購了vMonitor，將劃入羅克韋爾自動化控制產品和解決方案營運部門。vMonitor是全球范圍內數字油田實施及遠程運營領域的先驅，早在2005年1月，它就在殼牌公司的支持下，進行了Kanbode8口油井無線傳感器網絡的試驗，為井口和上游應用提供了創新的監控解決方案，創造性地將最尖端的無線儀表和通信與可視化軟件結合在一起，幫助客戶制定更明智的決策并改善生產狀況。vMonitor的技術涵蓋井口傳感器與變送器、遠程終端單元、網關和調制解調器的全無線產品組合，以及交鑰匙監控系統和服務。這些產品覆蓋范圍廣，適合從油氣井、管道、泵站和升液站到煉油廠以及油庫的各類應用。
作者：方原柏 單位：昆明有色冶金設計研究院
1.1泄露電纜方式
傳統覆蓋中，使用泄漏電纜進行隧道覆蓋。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸的同時通過槽孔向外界輻射電磁波，外界的電磁場也可通過槽孔感應到泄漏電纜內部并傳送到接收端。但是，泄漏電纜的傳輸損耗大，僅適用于覆蓋要求高而均勻的場景。這種方法的優點為，可減小信號陰影和遮擋，在復雜的隧道中采用泄漏電纜，信號波動范圍減少，與其它天線系統相比，隧道內信號覆蓋均勻，可對多種服務同時提供覆蓋，泄漏電纜本質上是寬帶系統，多種不同的無線系統可以共享同一泄漏電纜，考慮到在隧道中經常使用某些無線系統（尋呼系統、告警系統、廣播等），采用共享一條泄漏電纜的方法，可省去架設多個天線的工程。其缺點在于，由于整個是一個串聯系統，在隧道比較長的情況下，放大器需要串聯使用，系統噪聲比較高，降低了信號的可靠性。如果泄露電纜長度較長，其信號衰減明顯，使用成本大幅上升，而且成本相對較高，系統結構相對復雜。適用于無源系統安裝受限的環境
1.23G微蜂窩方式
本方案由3G移動通信微蜂窩基站、3G專用核心網共同組成。針對隧道通信的專用場景，本方案將采用微蜂窩聯合組網的方式進行覆蓋。微蜂窩基站通過以太鏈路和固定網絡進行連接，同時，有線網絡連接核心網設備，構成完整的接入側網絡，如圖1。本系統提供標準的3G移動通信功能，同時兼容WCDMA、TD-SCDMA兩種模式基站組網。基站側提供WCDMA、TD-SCDMA兩種版本的設備，可以提供標準商用終端的接入使用。支持基站間切換功能，保障移動場景下的業務暢通。網絡支持語音、視頻、短消息以及PS域數據業務。同時實現和SIP網絡以及IMS實體的互聯互通。考慮到專用通信場景的需要，系統同時支持強插、強拆、分組會議、廣播、群呼、監聽、錄音等調度業務。組網時規劃將按照場景實地的無線環境進行評估，重點區域如閉塞位置、屏蔽位置將重點部署基站設備，利用微蜂窩基站的低成本、靈活配置的特點實現目標全域的信號覆蓋。核心網將部署安裝在網絡中控機房，同時提供友好的配置使用界面，快速配置和調整網絡設備和組網規模。
1.3WLAN覆蓋方式
電力隧道無線專網覆蓋方案可采用WLAN覆蓋方式。WLAN無線局域網（WirelessLocalAreaNetworks）利用無線技術在空中傳輸數據、話音和視頻信號。能夠方便地聯網，因為WLAN可以便捷、迅速地接納新加入的雇員，而不必對網絡的用戶管理配置進行過多的變動；WLAN在有線網絡布線困難的地方比較容易實施，使用WLAN方案，則不必再實施打孔敷線作業，因而不會對建筑設施造成任何損害。如在電力隧道中采用該方案，需采用500mW的合路型AP，AP采用直放+吸頂天線覆蓋方式。從POE交換機通過網線與AP連接，AP再接天線，對目標隧道進行全面、無縫的覆蓋。本方案邊緣場強根據AP及無線終端接收天線靈敏度確定，同時根據現場無線環境、干擾源情況、系統容量、數據流量、系統信噪比等因素，本系統設定邊緣場強≥-75dBm，
2方案對比
為了直觀比較三個方案的優缺點，綜合成本、配置、管理等多方面因素。綜合上述分析，采用WLAN技術進行無線網絡覆蓋是較可行的方案。
3結語
進入21世紀以來，社會經濟飛速發展，在智能家居網絡系統中應用無線通信傳輸，已經成為了大勢所趨。目前，物聯網已經大規模應用到了智能家電設備信息交互之中，系統中的重要信息作為記錄實時用電量的基礎資料，可以讓用戶明確了解電費使用情況，并根據實際合理的安排用電計劃，減少開銷。與此同時，用戶側電量和電能質量信息也是智能電網和城市配電網負荷側最基礎的數據資料，有助于幫助人們統計季度性和地區性用電情況，從而決定電能交互系統的最終運行模式。據調查了解到，我國各城市配網系統通過新技術已經使高帶寬光纖實現了穩定通信，只有AMI還無法使網絡系統得以全面延伸，用戶側應用環境不利于實現可靠通信。建立物聯網無線通信傳輸層動態通道，并對其加以有效保障，是解決上述問題，實現高質量通信、提高AMI數據完整傳輸的有效措施。該文就結合實際，采用多技術在傳輸層動態建立附加通道，對大批量數據進行有效分攤，從而減少傳輸延時時間，提高物聯網傳輸的高效性。
1無線通信傳輸層協議研究的現實情況
與以往的通信方式相比，無線通信在快速部署和便捷接入上具有很大的優勢，但是其主要阻礙在于信道的可靠性較低，在某些特殊場景中具有較高的延遲率和丟包率，利用無線網絡傳輸層協議能夠實現數據傳輸的可靠性。節點會以相對較低的速度進行轉移，一旦檢測到有數據丟失現象，它還會對數據進行備份。其在傳輸過程中，中間節點還會為接收到的報文進行緩存處理，通過多次重復手段成功接受報文，即RBC協議具有多重ACK機制。據此可以證明，上述兩協議適用于兩節點之間直接相連的傳輸情況，從智能終端到戶內網關和數據融合中實現有效接入。因此，我們可以針對自組織結構對無線通信網絡進行設計，并實現協議的高效傳輸。為無線傳感器網絡專門設計的TCP協議的應用是基于SACK報文依照傳輸路徑回溯給源節點的主要手段。它能夠對回溯傳播路徑的節點做檢查，但是它會延長數據的傳送時長，并造成流量的增多，導致無線網絡傳輸負載過重的問題，造成網絡的擁堵，引起連接吞吐量的急劇下降。對此，我們一定要提高數據的完整性，不斷提高系統傳輸的實效性，對傳輸層動態機制設置保障。
2動態附加傳輸通道保障機制的描述
物聯網無線通信傳輸機制會出現傳輸層數據堵塞的現象，進而導致丟包加速遞增。如果當前的數據傳輸連接通道為S（V0，VDAPi），V0作為數據的源節點，那么VDAPi則是匯聚目的的節點，它可以通過任意一個DAP匯聚點與AMI系統接入。一旦to傳輸時刻出現擁堵現象，那么其節點也會通過自檢手段發現源數據，使其逐步累積，并開始丟棄，直到擁堵點后向節點在未拆除區域同源數據的消失為止。此時，節點Vi和Vj就可以對連接通道堵塞的情況進行單獨分析，從而快速啟動多動態附加通道保障制度。物聯網無線通信傳輸層動態通道保障機制主要采用的是漂白技術，節點Vi和Vj會沿著以往的傳輸通道回溯到向源和目的節點之中，S（V0，Vi）以紅色著色，S（Vj，VDAPi）則為藍色，并將其定義為永久色，不會出現褪色現象。然后，Ag-Red再從Vi出發，Ag-blu則從另一端出發，沿著自身的復合量數據進行探究，選取最佳的附加通道。想要實現通道傳輸的高質量特性，避免出現抖動，使其性能達到最佳，器在整個傳送的過程中一定要保證好復合量度，并由殘余帶寬進行接收，將具體公式運算到其中：物聯網無線通信傳輸層動態通道保障機制還運用了二類器，使其與二類通道成功建立了保證DSTC算法較高成功率的手段，并進一步分析了該算法的時間復雜情況。通過兩級嵌套過程的建立，避免節點出現多次訪問現象。
3系統結構分析和數學模型的建立
物聯網無線通信傳輸層動態通道保障機制的有效保證一定要以系統結構的精準分析和數學模型的建立為基礎，與傳統的電力系統相比，智能電網能夠實現可再生資源的合理利用，也是解決能源危機的有效對策。如果AMI系統延伸到用戶側，系統會對通信組網提出更高的要求。具體而言，包括對大規模組網要求的提升以及AMI數據抄收、負荷控制、信息等的高要求。物聯網無線通信傳輸層動態通信保障機制的運用不是簡單地過程，構建能量測系統網絡框架，對智能家居電能實施監測、控制智能電表和DAPS中斷，組成系統圖形就成為了必然之舉。它能夠實現智能電網高級測量，使無線通信長度持續延伸，直到“最后一公里”。根據上述模型，我們也不難發現具有通信功能的智能家電可以實施抽象化，將其轉化為物聯網中的數據源節點，利用多極化結構將用戶所需的信息傳送至相應的系統。此外，還能夠構建新的結構模型，周期監測數據，找到建筑阻隔和節點通信能力的不同，實現通信模式的異構。4結束語總而言之，電能交換系統的運行狀態和電網運營模式最終是由用戶側用電需求以及實時用電量的質量決定的，必須保證其接入的可靠性。以無線通信傳輸多址接入技術為基礎的物聯網體系，能夠有效提升接入效率，實現智能終端靈活接入AMI系統。但是，其在通信量出現負載情況的時候則較為容易出現中斷現象，丟包和重傳率都會有所增多，成為技術難點所在。對此，該文就采用多器協同技術對動態附加傳輸通道實施保障，找到器工作的最佳方案，完成附加通道的更換建立，并做好仿真驗證工作，從傳輸層面提高物聯網通信信息的完整性。
作者:陳家遷 單位:廣西建設職業技術學院
1.1微處理器選擇S3C2440是三星公司開發一款16/32位RISC微處理器，基于ARM920T內核，ARM920T實現了MMU，AMBA總線和哈佛結構高速緩沖體系結構，這個結構具有獨立的16kB指令高速緩存和16kB數據高速緩存，工作頻率可以達到400MHz。芯片內部NAND控制器，通用串行接口，2個USBhost，1個USB設備，攝像頭和MMC接口。S3C2440具有130個通用I/O接口以及24個外部中斷，支持快速中斷[3]。S3C2440體積小，功耗低，豐富的接口資源、存儲方式等為實現電梯檢驗設備提供了低功耗和高性能的小型芯片微控制器的解決方案。
1.2GPRS硬件模塊MC35i是SIEMENS（西門子）公司推出的GSM/GPRS雙模模塊，主要為語音傳輸、短消息和GPRS數據業務提供無線接口，具有很高的可靠性和易用性，適合開發一些基于GSM/GPRS的如監控、調度、車載、遙控、遠程測量、定位等無線應用產品[4]。該模塊集成了完整的GSM射頻模塊和GSM的基帶處理器，基帶處理器作為MC35i的核心，主要處理GSM終端內的語音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。
1.3時鐘和存儲模塊S3C2440只需要外部的一個12MHz到20MHz的時鐘信號就可以通過內部的PLL模塊產生需要的時鐘信號，本文設計時采用了一個12MHz的無源晶振作為S3C2440的外部時鐘。S3C2440是一個32位的嵌入式處理器，本文選用兩片16位SDRAM芯片組成32位數據總線。應用bank6作為SDRAM的尋址空間，采用了nGCS6作為SDRAM的片選。S3C2440的內部有4KB左右的存儲空間。同時，S3C2440集成了FLASH控制器和SD接口。依據設計，本文采用了128MB的SDRAM、1GB的NandFlash以及SD卡的外擴存儲器方案。NANDFlash存儲器是一種不易失且可重寫的存儲器，即使在系統掉電后也不會丟失信息，一般用于存放程序代碼、用戶數據等。S3C2440集成了8位/16位的NANDFlash控制器，支持512/1024/2048個字節的NANDFlash頁面大小。NANDFlash采用非標準總線形式的地址和數據傳輸方式，需要專門的NANDFlash控制器來完成對其尋址和數據讀寫[5]，具體電路連接如圖4所示。
2系統軟件設計
電梯檢驗設備系統軟件主要包括GPRS模塊控制程序、電梯檢驗設備主程序兩部分。系統啟動后自動運行軟件程序，完成通過GPRS無線通信從數據中心下載電梯檢驗任務、完成檢驗任務、使用GPRS模塊無線通信實時上傳檢驗結果數據到數據中心。
2.1GPRS模塊軟件設計電梯檢驗設備中使用的GPRS模塊為西門子公司生產的MC35i，該設備支持AT指令控制，處理器通過串口與MC35i模塊進行數據傳輸。該模塊軟件主要包括模塊初始化、指令和數據發送、數據接收處理，這3部分操作都通過串口與MC35i數據通信完成。串口數據發送和接收調用串口模塊的通用接口函數即可實現，這部分編程不詳細介紹，本文重點介紹MC35i控制編程。電梯檢驗設備進行GPRS無線通信，首先需要與服務器建立GPRS連接，即實現GPRS登陸。在登陸前需要使用AT指令對無線通信模塊MC35i進行初始化設置，設置內容包括連接方式、服務類型、接入點名稱、服務器地址及端口。初始化完成后即可開啟網絡服務，模塊會自動登錄到服務器的相應端口上，登陸完成后就可以進行數據通信了。MC35i模塊初始化程序流程圖如圖5所示。
2.2電梯檢驗設備主程序設計S3C2440處理器通過RS232串口和GPRS無線模塊進行通信。首先處理器通過串口向MC35i模塊發送指令從數據中心下載檢驗任務，然后通過串口接收MC35i無線模塊發送過來的數據，獲取電梯檢驗任務并顯示在顯示屏上，電梯檢驗結束后經過數據分析處理器將檢驗結果通過串口發送給MC35i無線模塊，最后由MC35i無線模塊將檢驗結果發送給數據中心，電梯檢驗設備軟件設計流程圖如圖6所示。
3系統運行結果
基于MC35i的電梯檢驗設備應用效果測試工作是對整個電梯檢驗管理系統運行情況的徹底檢查，主要目的是測試電梯檢驗設備應用到檢驗工作的效果。測試工作制定了測試方案，對測試的范圍、流程、方法及要求作出了具體的規定。測試工作包括了從檢驗任務受理開始，一直到檢驗報告生成等系統涉及的所有環節。測試工作選取了6個檢驗小組，12名檢驗人員（其中有檢驗師6名）分別采用傳統檢驗管理系統和基于GPRS無線通信的檢驗設備對226臺電梯設備進行了檢驗。通過測試，統計分析了檢驗信息輸入的時間及準確性[6]，檢驗記錄及檢驗報告處理時間及信息的準確性等要素。具體測試結果如下：
4結束語
無線通信網絡和有線網絡由于具有一定的共性，所以也無可避免的會面臨不少相同的安全問題，比如病毒攻擊、黑客入侵等。不過由于無線網絡本身開放性、移動性、傳輸信道的不穩定性等特點，所以會具有一些有線通信網絡不一樣的問題：首先，與有線網絡的私密性不同，無線網絡相對比較開源開放。如有線網絡具有明確的實體邊界，電力自動化無線通信網絡卻沒有確定的物理邊界，比如WLAN，它的接入點的信號由于發向天空，在沒有控制措施的情況下，無線覆蓋范圍之內具有一樣接收頻率的使用者就可以獲取發送的信息，甚至可以經由接入點訪問上一級的網絡。所以無線通信網絡的開放性，可能會引起非法信息接收和違法信息服務等相關的安全問題。第二，無線通信網絡的傳輸信道比有線網絡不穩定，容易變化。電力自動化無線網絡由于傳輸環境是不確定的，隨著用戶的移動而產生變化，會受到多種外界因素的干擾影響，引起信號質量的起伏不定，以致通信中斷的情況出現。所以，無線網絡由于傳輸信道的不穩定會造成通信質量的不穩定，進而影響其安全性。由于以上無線通信網絡的固有性特點，決定了它的安全問題主要體現在如下五個方面：
（1）監聽攻擊：空中的通信信號被截取，信息被非法獲取并被計算機系統分析。
（2）插入攻擊：利用監聽獲得用戶身份信息等，偽裝成合法用戶，借助無線通信的信道進入系統，再控制系統。
（3）無線網絡干擾：指發射較大功率的相同頻率信號干擾無線信道的運作。
（4）未授權信息服務：部分用戶在未經授權的前提下使用系統信息資源。
（5）移動IP安全：終端用戶在一定區域內漫游的情況下，管理信息以及用戶信息可能存在安全泄露威脅。
二、無線通信網絡安全問題的解決策略
對于以上五個方面的問題，我們一一進行分析，并提出一定的對策。
1反監聽攻擊
為了預防以及遏制監聽攻擊的問題，首先要避免空中信號被攔截情況的發生。可以采用不易被偵測到的信號加密技術，如直接序列擴頻調制或跳頻擴頻調制的方式。在該技術的前提下，加強對重要信息的保密處理，也就是萬一空中信號被非法截取后，必須要一定的分析計算工具才能破解相應信息，比如用戶系統的ID等。
2放插入入侵
如果非法用戶采取竊聽獲取了用戶的信息，他也就可以偽裝成正規用戶，借助無線信道傳輸信息系統、進而掌握系統的指揮權。為了預防這種情況的出現，應采取接入控制技術。身份認證是接入控制技術的關鍵，用戶想進入系統必須通過身份編碼識別系統的認證才行。目前，與無線網絡的身份認證有關的協議主要有RADIUS協議、IEEE802.1x協議、擴展認證協議（extensibleauthenticationprotocol，EAP，包括EAP-TLS、EAP-SIM、EAP-MD5、EAP-OTP）等。申請者、認證者、和認證服務器三個部分組成了一個典型的接入控制系統。圖1主要體現了WALN的接入和控制結構。申請者表示為用戶站點（STA），認證者是接入控制器部分（AC），包括認證服務器（authenticationserver，AS）。
3預防未授權信息服務
雖然用戶可以獲得合法的授權，并享受相應的信息資源的服務，并不代表就能查閱任意資源的，系統將分權限管理。如果用戶想要獲得訪問權限，必須要提交身份認證，并在系統的檢查通過的情況下，才能獲得訪問權限，該方法可以充分阻止未授權信息服務。但是結合無線通信網絡開放性的特點，僅僅通過檢查用戶權限，并不能全面預防未授權信息服務，必須有條件的接收用戶。接入點發射出來的無線信號會被加密，接收機沒有正確的密碼將無法正確的打開信息。
4移動IP安全
移動IP用戶可能會受到多種攻擊和干擾，但最主要的便是拒絕服務（DOS）、竊聽等。某個破壞者嘗試阻止一個用戶的正常無線網絡通信，讓該用戶的信息無法傳遞，既可以成為拒絕服務。DOS主要分兩種情況：第一種是破壞者破壞用戶傳輸到節點的數據包；第二種是破壞者用大量垃圾信息包干擾用戶主機。DOS攻擊經常發生在破壞者利用假注冊對特定移動節點的破壞上，這種情況會引起合法用戶的移動節點無法傳輸，甚至合法用戶傳向移動節點的數據包被破壞者截取。破壞者竊移動節點與家鄉之間的信息交換稱為被動監聽。破壞者可能通過物理終端接口進入網絡。在這個共用的網絡環境下，合法用戶的信息都可能暴露在破壞者的監聽下。竊聽者同無線信號設備接收信息，因此將變得無跡可尋。所以這種竊聽防不勝防，最合理的辦法便是采用點對點加密技術。破壞者的主動行為主要變現為插入攻擊，通過竊聽移動節點與家鄉之間的信息交流經過，阻止以及中斷移動節點的通信并且插入和家鄉的傳輸過程。端到端信息加密是解決這個問題的最好方法，一般會采取虛擬專用網（VPN）的方法來實現，這樣就算信息被截取，破壞者只會得到虛假的資料。
5無線干擾
根據相關的數據顯示，無線干擾問題不僅發生次數較多，而且可以造成很大的破壞。一旦破壞者采用發射較大功率的相近信號破壞無線信道的正常運行，這種攻擊一般是故意而為的。對于此問題的應對方法，不僅可以通過無線電管理及時查找干擾源、排除干擾源的方法，來解決無線干擾以外，還可以采取應用載波檢測—跳頻通信技術。通過發射機對信道載波使用情況進行實時的監測與判定，一旦出現頻道被非法占用的情況，立即變換通信所用的頻道。跳頻通信不僅可以通過隨機的方式更換頻道，也可以改變圖形運行，結合糾錯編碼，能夠阻止一定條件下的惡意破壞。
三、結語
