時(shí)間：2022-08-19 05:08:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
［論文摘要］隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建完善堅(jiān)強(qiáng)可靠的電力通信網(wǎng)，顯得越來越重要。文章結(jié)合電力通信的特點(diǎn)和需求及無線新技術(shù)的特性，分析無線通信技術(shù)在電網(wǎng)通信中的應(yīng)用前景。
一、概述
電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行應(yīng)運(yùn)而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè)，已經(jīng)初具規(guī)模，通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建而成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，同時(shí)具有帶寬大、傳輸距離遠(yuǎn)、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，非常適合彌補(bǔ)目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡(jiǎn)單介紹一下無線通信傳輸體制的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景。
二、無線技術(shù)介紹
（一）無線通信技術(shù)的概念
目前，無線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無線基站、無線終端及應(yīng)用管理服務(wù)器等組成。
（二）無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
無線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)（WWAN）。
總的來說，長(zhǎng)距離無線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動(dòng)性又可以分為移動(dòng)接入和固定接入。其中固定無線接入技術(shù)主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動(dòng)無線接入技術(shù)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(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。
1.主流無線通信技術(shù)
從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)可以看出，以O(shè)FDM+MIMO為核心的無線通信技術(shù)將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無線通信技術(shù)主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。
2.其他無線通信技術(shù)
除了上述主流的無線通信技術(shù)外，目前已存在的無線通信技術(shù)還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波、衛(wèi)星通信等長(zhǎng)距離通信技術(shù)。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通信介質(zhì)為波長(zhǎng)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(kuò)展技術(shù)，通信介質(zhì)為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽、解讀器和天線三個(gè)基本要素組成。
（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術(shù)。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本。
三、無線技術(shù)優(yōu)劣分析
（一）WLAN技術(shù)分析
Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，對(duì)于特殊地點(diǎn)寬帶應(yīng)用，盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)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(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，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(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。
（二）WiMax技術(shù)分析
WiMax是一個(gè)先進(jìn)的技術(shù)，推出相對(duì)較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號(hào)覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。
（三）WMN技術(shù)分析
WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時(shí)沒有一個(gè)成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。
（四）3G技術(shù)分析
3G于1996年提出標(biāo)準(zhǔn)，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、傳播模型預(yù)算以及計(jì)算機(jī)仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。
（五）LMDS技術(shù)分析
本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信的固定寬帶無線接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達(dá)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(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號(hào)發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號(hào)還原為ATM基帶信號(hào)，在無需為每個(gè)用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無線傳輸。
（六）MMDS技術(shù)分析
MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問題且信號(hào)質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠?qū)挘疃嗖怀^200MHz。其次，MMDS對(duì)傳輸路徑要求非常嚴(yán)格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù)，無法做到非視距傳輸，在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。
（七）集群通信技術(shù)分析
數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號(hào)抗信道衰落的能力，使無線傳輸質(zhì)量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實(shí)用技術(shù)，所以對(duì)數(shù)字系統(tǒng)來說，保密性也有很大改善。
數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說除數(shù)字語音信號(hào)外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。
（八）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波通信技術(shù)分析
微波傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，可以降低運(yùn)營商的運(yùn)營成本。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡(jiǎn)潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢(shì)可以更快地滿足新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三，目前的微波產(chǎn)品對(duì)未來的發(fā)展是有保障的，對(duì)于運(yùn)營商的新業(yè)務(wù)和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統(tǒng)將升級(jí)到全I(xiàn)P的平臺(tái)之上，可以全面支持運(yùn)營商未來的發(fā)展。
（九）衛(wèi)星通信技術(shù)分析
利用衛(wèi)星在有些人口不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的環(huán)境下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實(shí)際的方案，經(jīng)濟(jì)又可靠。
但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺(tái)，其地面站的建設(shè)、通信信道租用費(fèi)用都需要花費(fèi)大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價(jià)。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟(jì)的；而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術(shù)綜合比較
目前無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動(dòng)性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入。
首先，從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，本報(bào)告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標(biāo)準(zhǔn)，只是沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，并且都進(jìn)行了試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。
從頻率上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。
從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無線接入技術(shù)，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù)，通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。
從傳輸速率上看，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù)，不同的情況速率變化較大，而其余的技術(shù)均為接入技術(shù)，僅僅是3G技術(shù)接入速率最小，僅為384k，而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M(fèi)的速率。
從調(diào)制技術(shù)上看，其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM，其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。
從天線技術(shù)上看，僅僅3G和WiMax技術(shù)采用了MIMO技術(shù)，而其他技術(shù)均未采用MIMO技術(shù)；從傳輸環(huán)境上看，僅僅WiMax技術(shù)和3G技術(shù)支持非視距傳輸，其余技術(shù)均要求視距傳輸環(huán)境；從網(wǎng)絡(luò)安全和QoS機(jī)制上看，WiMax技術(shù)和3G技術(shù)在這方面做得比較優(yōu)秀、完善，其余的均存在較大的問題。
一、無線通信技術(shù)應(yīng)用于煤礦開采的重要意義
由于煤炭生產(chǎn)的施工環(huán)境比較復(fù)雜，井下人員較多，設(shè)備流動(dòng)性也較大，在生產(chǎn)操作中，常常采用多工種聯(lián)合流水作業(yè)的形式進(jìn)行煤礦開采，這就要求需要大量的重型設(shè)備參與到煤礦生產(chǎn)中，無論是在設(shè)備運(yùn)輸中，還是在安裝、調(diào)試中，其都有較高的要求，若不注重煤炭井上井下的協(xié)同生產(chǎn)，則容易發(fā)生瓦斯爆炸等事故。然而，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，建立基于4G通信技術(shù)的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中，其不僅可以確保煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行，還可以完成緊急事故的處理，因此，煤礦4G無線通信移動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，具有十分重要的意義。
二、基于4G通信技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)
（一）無線移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)
針對(duì)當(dāng)前煤礦生產(chǎn)對(duì)無線移動(dòng)通信系統(tǒng)的需求，利用4G中的TD-LTE通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高傳輸速率的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，建立信息化、自動(dòng)化、智能化于一體的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，打破當(dāng)前煤礦系統(tǒng)安全生產(chǎn)局面，將煤礦井下傳感器、視頻等各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)部署，有效解決信息孤島的問題，確保煤礦安全生產(chǎn)，從而提高煤礦的生產(chǎn)效率。因此，建立基于分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)（TD-LTE）的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，由于基于4G通信技術(shù)的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)可以在頻譜帶寬20MHz下可以實(shí)現(xiàn)上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s，100Mb/s，其接入時(shí)延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系統(tǒng)與3G無線通信系統(tǒng)的對(duì)比，因此，采用TD-LTE無線通信技術(shù)不僅可以滿足語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)傳輸，也可以有效避免數(shù)據(jù)丟包、延時(shí)等問題。下面對(duì)基于4G通信技術(shù)的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析：1.基于TD-LTE通信技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。TD-TLE煤礦無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)主要由基站、接入網(wǎng)關(guān)、BRAS及核心網(wǎng)通信構(gòu)成，其中，核心網(wǎng)網(wǎng)元可以實(shí)現(xiàn)語音通信、數(shù)據(jù)傳輸及集群呼叫功能，其主要通過IMS+EPC+DSS集群模式來實(shí)現(xiàn)的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術(shù)的基站通信系統(tǒng)。將Femto/Pico基站應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)建設(shè)中，增強(qiáng)區(qū)域的覆蓋范圍，通過自身的傳輸網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一接入到安全網(wǎng)關(guān)中，采用IPSEC的方式，以保證網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。當(dāng)基站通過提供WLANAP來承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過程中[5]，其也可以通過PDG直接接入網(wǎng)絡(luò)來承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為了確保提高高質(zhì)量、高傳輸速率的數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)，則可以通過直接接入3GPP核心網(wǎng)來滿足不同的產(chǎn)品需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)活動(dòng)，建立以SmallCell為基站的網(wǎng)管系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)下層無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與上層網(wǎng)管系統(tǒng)的對(duì)接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網(wǎng)[6]。在系統(tǒng)中設(shè)置核心網(wǎng)，其主要作用是提供用戶連接、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)承載等功能，分析該系統(tǒng)的核心網(wǎng)系統(tǒng)AXUNiEPC-5[7]，其主要依托電信級(jí)EPC核心網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元MME、PGW等功能融為一體的模式，該核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)辦公、遙感業(yè)務(wù)、監(jiān)視控制及電子商務(wù)等基本業(yè)務(wù)，其可以為用戶提供安全可靠的LTE接入。另外，核心網(wǎng)系統(tǒng)還利應(yīng)用了IMS系統(tǒng)，其是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，其不僅可以滿足多樣化的多媒體業(yè)務(wù)需求，還可以實(shí)現(xiàn)LTE語音業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并且DSS核心網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)LTE的集群呼叫功能，DSS與EPC相比，其都采用了ATCA架構(gòu)，并且都可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化的核心網(wǎng)。4.建立綜合應(yīng)用無線通信系統(tǒng)平臺(tái)。利用分布式高性能計(jì)算機(jī)框架架構(gòu)來建立一個(gè)安全、可靠、統(tǒng)一的綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，為了構(gòu)建靈活、適用強(qiáng)的處理平臺(tái)，應(yīng)在軟件處理平臺(tái)基礎(chǔ)上增加分析處理數(shù)據(jù)的專用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和終端的基站系統(tǒng)[8]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、視頻及語音等各類業(yè)務(wù)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及應(yīng)用接口，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的應(yīng)用系統(tǒng)。
（二）無線移動(dòng)通信系統(tǒng)功能概述
1.調(diào)度功能。調(diào)度系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要通信手段，生產(chǎn)調(diào)度員通過利用調(diào)度功能來統(tǒng)籌調(diào)度所有資源，并對(duì)煤礦生產(chǎn)中各種突發(fā)狀況進(jìn)行處理，以保證煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行。調(diào)度功能主要包括生產(chǎn)進(jìn)程管理、煤礦生產(chǎn)流程整合及資源分配等功能。2.語音業(yè)務(wù)。其主要包括以下幾種業(yè)務(wù)：第一，移動(dòng)電話，其可以提供語音通信功能；第二，緊急呼叫業(yè)務(wù)，當(dāng)煤礦井下的集群用戶發(fā)起緊急呼叫，呼叫中心將會(huì)做出答復(fù)，其類似與電話業(yè)務(wù)，具有簡(jiǎn)單方便、快速的特點(diǎn)；第三，主叫號(hào)碼識(shí)別顯示業(yè)務(wù)，其主要功能是提供主叫用戶號(hào)碼給被叫用戶。3.集群通信。為了實(shí)現(xiàn)用戶之間的通信，利用無線集群通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的信息共享功能，與公眾無線移動(dòng)通信相比，無線集群通信系統(tǒng)不僅可以提供系統(tǒng)內(nèi)部的全呼、組呼之外，還可以提高雙向通話功能，通過建立優(yōu)先等級(jí)呼叫和緊急呼叫功能，以滿足煤礦生產(chǎn)安全部門指揮調(diào)度的需求。4.增殖數(shù)據(jù)服務(wù)。在增殖數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，主要包括提供視頻通話、物聯(lián)網(wǎng)接入、手機(jī)終端定位、多種數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，其中，對(duì)于視頻通話，通過手機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行無線視頻業(yè)務(wù)，以便于井上工作人員的判斷和決策；數(shù)據(jù)網(wǎng)接入，通過利用3G通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)終端及無線傳感器等接口的采集，并利用物聯(lián)網(wǎng)提供終端接入；手機(jī)終端定位，即利用4G無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)語音通話及礦用無線通信手機(jī)終端定位，即通過操作人員攜帶的手機(jī)與基站之間的信號(hào)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(jì)算機(jī)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(chǎn)，同時(shí)也可以提供實(shí)時(shí)信息；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為了滿足煤礦井下多種業(yè)務(wù)對(duì)寬帶的需求，實(shí)現(xiàn)高速分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并通過智能手機(jī)綁定內(nèi)部系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息、視頻監(jiān)控及安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件實(shí)時(shí)顯示功能，當(dāng)煤礦井下出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將會(huì)提供自動(dòng)報(bào)警提示功能。
三、結(jié)束語
建立基于4G無線通信技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)，利用TD-LTE無線通信技術(shù)來建立寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，由于TD-LTE無線通信技術(shù)具有覆蓋面積廣、信號(hào)強(qiáng)、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，將無線移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中，不僅可以煤礦地面井下實(shí)時(shí)通信，也可以確保煤礦井下安全生產(chǎn)，因此，建立基于4G通信技術(shù)的煤礦無線移動(dòng)通信系統(tǒng)具有十分重要的意義。
作者：朱賽虎 單位：天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司
1.1移動(dòng)終端的硬件平臺(tái)飽受威脅。當(dāng)前，移動(dòng)終端的硬件平臺(tái)普遍缺乏驗(yàn)證機(jī)制與保護(hù)機(jī)制，以至于部分模塊固件被不發(fā)入侵者肆意篡改，加之終端內(nèi)部的通信接口未形成集聚完整性與機(jī)密性的保護(hù)機(jī)制，導(dǎo)致移動(dòng)終端內(nèi)傳出的信息被黑客竊聽，對(duì)其基本安全性造成極大威脅。
1.2由于4G無線系統(tǒng)包含著許多種類，但操作系統(tǒng)的安全性卻相對(duì)匱乏，因而出現(xiàn)了許多漏洞，而且這些漏洞具有公開性特征。
1.34G無線系統(tǒng)的移動(dòng)終端具備支持多種無線應(yīng)用的功能，例如電子郵件、電子商務(wù)等。假使這些無線應(yīng)用本身在程序方面存在著漏洞或安全隱患，同樣會(huì)對(duì)4G無線通信的網(wǎng)絡(luò)安全性造成極大威脅。
二、提升4G無線通信網(wǎng)絡(luò)安全性的主要策略
由于有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)在基本特性方面存在著較大差異，因此在設(shè)計(jì)無線通信的網(wǎng)絡(luò)安全方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(wǎng)絡(luò)安全性。
2.1研發(fā)與利用加固型操作系統(tǒng)
為了規(guī)避安全問題，在選擇操作系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選擇滿足TMP需求的操作系統(tǒng)，能夠支持遠(yuǎn)程驗(yàn)證、區(qū)域隔離以及混合訪問控制等操作。
2.2采取硬件物理保護(hù)措施
通過加大無線通信測(cè)試平臺(tái)硬件的集成度，減少存在攻擊威脅的接口數(shù)量，并適當(dāng)增加電壓、電流以及溫度，以此方式達(dá)到檢測(cè)電路的目標(biāo)，以防采取物理檢測(cè)措施時(shí)被攻擊。此外，針對(duì)TPM和全球用戶識(shí)別卡中的相關(guān)數(shù)據(jù)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)安全級(jí)別進(jìn)行銷毀處理。
2.3不斷加固硬件平臺(tái)
把中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)可信應(yīng)用平臺(tái)視作網(wǎng)絡(luò)安全問題基本防護(hù)對(duì)象，除了對(duì)其進(jìn)行全方位檢測(cè)以及可信啟動(dòng)之外，還應(yīng)予以存儲(chǔ)保護(hù)等安全措施。同時(shí)，由于4G無線通信的核心網(wǎng)是TD-SCDMA，盡管不對(duì)稱管制、起步晚以及備受懷疑等主客觀因素對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響，但TD-SCDMA的整體發(fā)展趨勢(shì)十分明朗，同時(shí)還取得了較大成功。而隨著TD-LTE的不斷推行與普及，其發(fā)展事態(tài)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TD-SCDMA，全球范圍內(nèi)TD-LTE的商用網(wǎng)絡(luò)總數(shù)已達(dá)到13個(gè)，其發(fā)展與應(yīng)用必定會(huì)成為大勢(shì)所趨。
2.4提升通信服務(wù)效率
由于無線通信的網(wǎng)絡(luò)資源有限，為了提升網(wǎng)絡(luò)資源的可靠性、安全性與有效性，首先應(yīng)當(dāng)控制安全協(xié)議的信息交互總數(shù)，確保安全信息的精準(zhǔn)性與短小性。其次，控制移動(dòng)終端的任務(wù)數(shù)量，針對(duì)4G無線通信的網(wǎng)絡(luò)終端制定明確的標(biāo)準(zhǔn)，要求其計(jì)算能力具備明顯的非對(duì)稱性。最后，針對(duì)處于閑置狀態(tài)的移動(dòng)終端，必須加以有效利用，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)算、預(yù)認(rèn)證的目標(biāo)。
三、結(jié)束語
1.1城市4G無線通信接入網(wǎng)絡(luò)的安全威脅
在接入網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和不同網(wǎng)絡(luò)間任意地漫游和切換，已經(jīng)完全控制某個(gè)系統(tǒng)的攻擊者通過生成RRC（RadioResourceControl）信令的方法向ME發(fā)起重配置過程，制ME切換到安全性較弱的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，并且將ME引進(jìn)攻擊者已經(jīng)控制的網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中。比如當(dāng)前EPON網(wǎng)絡(luò)中OLT設(shè)備往往是多個(gè)邏輯OLT的集合，可選加上交換芯片，集成交換機(jī)或路由器的功能，與核心網(wǎng)絡(luò)的接口稱為SNI（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口）。ONU設(shè)備一般為單個(gè)邏輯ONU設(shè)備，提供UNI（用戶網(wǎng)絡(luò)接口），SNI、UNI口可以為以太口（數(shù)據(jù)）、POTS口（語音）、RF（視頻）接口，可選和交換機(jī)、路由器、其他特定功能的網(wǎng)絡(luò)終端集成。
2接入網(wǎng)技術(shù)在城市4G無線通信中的應(yīng)用體系建立
2.1常見安全機(jī)制
采用臨時(shí)身份或加密的永久身份信息實(shí)現(xiàn)用戶的身份隱藏。通過使用數(shù)字簽名技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息的防抵賴性。通過數(shù)字管理技術(shù)、加密技術(shù)、消息摘要技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性。通過加密技術(shù)和安全信道可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的機(jī)密性。通過認(rèn)證機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信參與方在數(shù)據(jù)交換之前的身份鑒定過程。比如當(dāng)前某某城市聯(lián)通移動(dòng)核心網(wǎng)新建的第一套4GHSS（用戶歸屬服務(wù)器，是4G移動(dòng)網(wǎng)的核心網(wǎng)元）順利割接入網(wǎng)，經(jīng)過近期運(yùn)行觀察，性能良好，各項(xiàng)話務(wù)指標(biāo)都在正常范圍。割接完成后，現(xiàn)有用戶不換號(hào)就可以享受聯(lián)通4GLTE網(wǎng)絡(luò)，對(duì)整個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度具有里程碑式的意義。
2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
對(duì)于開發(fā)下一代產(chǎn)品的驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)于城市4G無線通信接入網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)大的硬件運(yùn)算能力和大容量存儲(chǔ)以及高速的數(shù)據(jù)傳輸能力都是必須的，因此在器件選型的時(shí)候就選擇了業(yè)界較為先進(jìn)、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(nèi)核和一顆C674X系列的DSP，其中電源是整個(gè)電路能否正常穩(wěn)定工作的核心，這個(gè)部分著重講了驗(yàn)證平臺(tái)所選取的電源芯片以及周邊電路，同時(shí)分析了各個(gè)支路的電流和上電順序，以確保電路能夠正常穩(wěn)定的工作。驗(yàn)證平臺(tái)的PCB設(shè)計(jì)主要包括器件布局，層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。外設(shè)部分主要包含了存儲(chǔ)系統(tǒng)和配置電路。存儲(chǔ)系統(tǒng)為軟件運(yùn)行提供了足夠的運(yùn)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(fā)時(shí)間。接入網(wǎng)系統(tǒng)是芯片與芯片或者芯片與外設(shè)信息交換的橋梁，這部分主要介紹了驗(yàn)證板所使用的各種接入網(wǎng)方式同時(shí)分析了接入網(wǎng)系統(tǒng)的硬件性能。
2.3接入網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
接入網(wǎng)系統(tǒng)是芯片與芯片之間以及驗(yàn)證平臺(tái)與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，一個(gè)接入網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)劣直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力以及性能。目前所用的系統(tǒng)間或者芯片間的接入網(wǎng)方式很多，例如UART、I2C、SPI等，這些都是速度比較低的接入網(wǎng)接口協(xié)議，而現(xiàn)代的多媒體時(shí)代需要更高速的接入網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸率最大可傳輸5Gbps的數(shù)據(jù)，該接口用于和外設(shè)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。目前，中國移動(dòng)已經(jīng)啟動(dòng)了全國范圍內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的試點(diǎn)應(yīng)用，正準(zhǔn)備快速在全國范圍內(nèi)推廣。“4G”TD-LTE的最大特點(diǎn)是高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，是現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)的十倍。同時(shí)可以通過手機(jī)等各種終端獲得無線高清視頻體驗(yàn)，十分流暢清晰。4G無線網(wǎng)絡(luò)的部署是在運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上對(duì)覆蓋點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的延伸，增加4G網(wǎng)絡(luò)路由器通過無線方式與監(jiān)控平臺(tái)互聯(lián)，通過運(yùn)營商的寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸。在4G網(wǎng)絡(luò)未覆蓋到的區(qū)域可以通過3G網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)償進(jìn)行承載，可根據(jù)3G網(wǎng)絡(luò)帶寬情況靈活調(diào)整信號(hào)的方式和容量。其安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價(jià)比高等特性使得更多行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線監(jiān)控方式。
3結(jié)語
如果能在單一架構(gòu)下管理多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),或者說在單一架構(gòu)下管理統(tǒng)一后的單一無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),應(yīng)該是過程行業(yè)用戶一致的要求,所以我們說多種無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合是一個(gè)大趨勢(shì),它可以提供遠(yuǎn)程操作的更高可靠性和更低成本。三大無線國際標(biāo)準(zhǔn)合作的技術(shù)基礎(chǔ)原本是存在的,因?yàn)镮SA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協(xié)議都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信協(xié)議棧的商家往往同時(shí)提供這幾種技術(shù)的部件,即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營內(nèi),還包括有很多相同的會(huì)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(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的軟件而聞名,同時(shí)在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發(fā)基于標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)狀通信堆棧方面擁有豐富的知識(shí)和能力。
尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時(shí)提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業(yè)無線產(chǎn)品供應(yīng)商,比如其無線節(jié)點(diǎn)和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號(hào)是相同的,使用戶能夠在單一的硬件上運(yùn)行任何一種標(biāo)準(zhǔn)。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn),也支持WirelessHART標(biāo)準(zhǔn),擁有在同一平臺(tái)上運(yùn)行的軟件,VersaRouter910是一個(gè)雙啟動(dòng)硬件(Dualboothardware),是集全功能于一身,專門為客戶準(zhǔn)備好提供的無線解決方案設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)無線路由器。中科博微公司是可同時(shí)提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業(yè)無線產(chǎn)品供應(yīng)商,比如其無線網(wǎng)關(guān)既有屬于WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號(hào)的網(wǎng)關(guān),又有屬于WirelessHART無線網(wǎng)絡(luò)的WHT-GW1250網(wǎng)關(guān)。北京天宇藍(lán)翔科技發(fā)展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。在ISA100.11a和WirelessHART問世之初,在ISA名下成立過ISA100.12工作組,負(fù)責(zé)尋找將WirelessHART和ISA100.11a無線標(biāo)準(zhǔn)融合的技術(shù)途徑。當(dāng)時(shí)認(rèn)定實(shí)現(xiàn)無線標(biāo)準(zhǔn)融合技術(shù)途徑的唯一方法是提案申請(qǐng),后有3個(gè)團(tuán)隊(duì)提出申請(qǐng)。
但最終這些團(tuán)隊(duì)沒有解決以下核心問題:網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個(gè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應(yīng)商的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都不能接受修改自己基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的要求,因此無法達(dá)成任何妥協(xié)協(xié)議。其原因非技術(shù)方面,而是集中在營銷效應(yīng)方面。因此在2013年,ISA100.12工作組已決定放棄在無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)商可提供同時(shí)對(duì)ISA100.11a和WirelessHART無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作的產(chǎn)品,即“雙啟動(dòng)”產(chǎn)品的解決方案。2010年初,德國測(cè)量與控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)NAMURPressRelease(公告),開始提出單一(融合)工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)(僅過程自動(dòng)化領(lǐng)域)的要求,建議三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并為一個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)。2010年8月在倫敦的Heathrow(希思羅)機(jī)場(chǎng)召開了工作組第一次會(huì)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(huì)議形成備忘錄決定成立技術(shù)工作組,重慶郵電大學(xué)是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術(shù)工作組主要成員。
技術(shù)工作組首先完成“三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的異同”資料的編輯,然后達(dá)成分三步開展工作的共識(shí),第一步是實(shí)現(xiàn)三標(biāo)準(zhǔn)共存,如圖1所示,第二步完成漸進(jìn)式融合,第三步以單一的OSI/ISO層過程儀表協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、統(tǒng)一的接入點(diǎn)、統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的最終融合,這里的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)均以希思羅命名。2012年12月現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(FF)宣布與國際自動(dòng)化學(xué)會(huì)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ISA100合作提出了一個(gè)通用的框架,允許多個(gè)工業(yè)通信協(xié)議通過共享無線集成架構(gòu)在過程自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)行,使現(xiàn)場(chǎng)總線連接到遠(yuǎn)程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協(xié)議集成到單一的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境中,這稱為基金會(huì)的遠(yuǎn)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(yuǎn)程操作。這個(gè)框架保持了“基礎(chǔ)設(shè)施”戰(zhàn)略,而不是試圖在無線設(shè)備水平方面競(jìng)爭(zhēng)。
2、系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新
霍尼韋爾公司2004年推出工業(yè)無線變送器——基于ZigBee無線技術(shù)的XYR5000無線壓力變送器,載頻為902MHz~928MHz,以此為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備的基站W(wǎng)BR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信,最大數(shù)量為50臺(tái),最大距離610m。基站還可有線接入最多25個(gè)AO/DO組件,基站與控制系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的早期無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)是由網(wǎng)關(guān)和無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成,如橫河電機(jī)無線系統(tǒng)的早期架構(gòu)是YFGW710現(xiàn)場(chǎng)無線一體型網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)無線設(shè)備,一臺(tái)網(wǎng)關(guān)可接入最多10臺(tái)(刷新率1s)或50臺(tái)(刷新率5s)現(xiàn)場(chǎng)無線設(shè)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(duì)流程行業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)也是由網(wǎng)關(guān)和無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成,可能會(huì)包括適配器等設(shè)備,同時(shí)每一臺(tái)無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還可作為路由器將其他無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息傳送到網(wǎng)關(guān),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(wǎng)絡(luò)方案,采用了XYR6000變送器,載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網(wǎng)絡(luò)后,系統(tǒng)架構(gòu)也在不斷更新,較早的版本是2009年4月的120版,當(dāng)時(shí)作為網(wǎng)關(guān)的是多功能節(jié)點(diǎn);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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入點(diǎn)FDAP、增加了HART適配器等,2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備、CiscoWLAN控制器;2013年4月210版的新功能包括在線
無線設(shè)備授權(quán)等新功能。AP節(jié)點(diǎn)設(shè)備被分為兩類:網(wǎng)格接入點(diǎn)(MAP)和根接入點(diǎn)(RAP)。網(wǎng)格接入點(diǎn)是Mesh網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程接入點(diǎn),它作為ISA100.11a無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn),這是所有接入點(diǎn)的默認(rèn)角色。對(duì)下層ISA100.11a無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)來說,每個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)都可以發(fā)送和接收來自無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的消息,同時(shí),它又作為一個(gè)路由器,為其相鄰網(wǎng)格接入點(diǎn)以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)消息,從而在2層網(wǎng)絡(luò)中為無線設(shè)備和主機(jī)應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,通過轉(zhuǎn)發(fā)過程,數(shù)據(jù)可以找到通過中間網(wǎng)格接入點(diǎn)抵達(dá)目的地的最佳路徑。 如果一個(gè)鏈路因?yàn)槿魏卧蚨霈F(xiàn)故障,網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)通過其他路徑安排數(shù)據(jù)傳輸,直到數(shù)據(jù)抵達(dá)網(wǎng)關(guān)為止。根接入點(diǎn)通過光纖、有線以太網(wǎng)或電纜連接器連接到有線網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器,作為到有線網(wǎng)絡(luò)的“根”或“網(wǎng)關(guān)”,它必須在接入點(diǎn)配置時(shí)設(shè)定為根接入點(diǎn)。通信時(shí),網(wǎng)格接入點(diǎn)通過網(wǎng)格接入點(diǎn)之間的路徑或直接傳送到根接入點(diǎn)。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,接入點(diǎn)之間有許多冗余路徑連接,因而特別可靠。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大和網(wǎng)格接入點(diǎn)數(shù)量的增加,有必要使用多臺(tái)根接入點(diǎn)以保證無線網(wǎng)絡(luò)所需的性能和吞吐量(如圖5所示)。推薦根接入點(diǎn)對(duì)網(wǎng)格接入點(diǎn)比值為20,這意味著,最多20個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)可以共享相同的一次和二次根接入點(diǎn),由于每個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)可接入數(shù)十臺(tái)無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,每個(gè)根接入點(diǎn)可接入20個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn),而根接入點(diǎn)又可以多個(gè)同時(shí)接入交換機(jī),其應(yīng)用規(guī)模可滿足數(shù)百點(diǎn)到數(shù)千點(diǎn)的大型無線網(wǎng)絡(luò)的要求。
艾默生過程管理公司在WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中也推出了CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備作為構(gòu)成回傳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入點(diǎn),菲尼克斯公司在WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中也推出了可與該公司多臺(tái)WirelessHART網(wǎng)關(guān)組成骨干網(wǎng)絡(luò)的WLAN接入點(diǎn),且都通過Wi-Fi傳送采集的所有信息,同時(shí),WirelessHART網(wǎng)絡(luò)也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設(shè)備的信息。隨著工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)將過程控制延伸到工廠現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)角落,其應(yīng)用越來越普及,單個(gè)應(yīng)用實(shí)例的規(guī)模也越來越大,已突破一個(gè)工序或一個(gè)車間的范圍。在這種形勢(shì)下,流程行業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造廠家不失時(shí)機(jī)地推出可覆蓋整個(gè)工廠的全集成式多用途無線網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)中既包括簡(jiǎn)單的無線現(xiàn)場(chǎng)儀表網(wǎng)絡(luò),也覆蓋多種無線應(yīng)用的場(chǎng)合。創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)主要體現(xiàn)在接入點(diǎn)設(shè)備作為主干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),比如OneWireless無線網(wǎng)絡(luò)先后推出的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入點(diǎn)FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點(diǎn),橫河電機(jī)ISA100.11a無線網(wǎng)絡(luò)的YFGW510現(xiàn)場(chǎng)無線接入點(diǎn),艾默生過程管理公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡(luò)推出的781遠(yuǎn)程鏈路、CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備和WLAN接入點(diǎn),菲尼克斯公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡(luò)的WLAN接入點(diǎn)。這些設(shè)備具有骨干路由器功能,可將眾多的無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息通過底層網(wǎng)絡(luò)采集后,盡快地通過骨干網(wǎng)絡(luò)傳送到無線網(wǎng)關(guān)。這種將網(wǎng)關(guān)功能分離為接入點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)無線管理站以及將信息傳送分為底層網(wǎng)絡(luò)及骨干網(wǎng)絡(luò)的分層架構(gòu),不僅擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、提高了信息傳送速度,還能更好地實(shí)現(xiàn)同時(shí)管理多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)無線子網(wǎng)通信系統(tǒng)的要求。
1．1WiFi無線通信技術(shù)
WiFi無線通信技術(shù)采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交頻分復(fù)用技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于具有較高的數(shù)據(jù)帶寬，低廉的設(shè)備成本，同時(shí)使用2．4GHz的公共頻段，不需要復(fù)雜的審批手續(xù)。但WiFi技術(shù)不屬于國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）規(guī)定的移動(dòng)語音通信標(biāo)準(zhǔn)，不具備規(guī)模組網(wǎng)通信的理論基礎(chǔ)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其定位就是短距異步寬帶數(shù)據(jù)無線接入。由于WiFi采用的是短碼擴(kuò)頻技術(shù)，只適合視距無遮擋點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線通信，而對(duì)礦井這種遮擋嚴(yán)重，多徑反射劇烈，場(chǎng)強(qiáng)衰落快速變化的現(xiàn)場(chǎng)，將直接導(dǎo)致WiFi的通信距離大大縮短。WiFi通信技術(shù)所使用的通信體制、占用帶寬、調(diào)制方式與目前煤礦井下人員定位系統(tǒng)的RFID和ZigBee完全相同或近似，使得系統(tǒng)之間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，嚴(yán)重的還會(huì)使系統(tǒng)癱瘓。
1．2TD－SCDMA無線通信技術(shù)
TD－SCDMA技術(shù)是ITU的第三代移動(dòng)通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一。TD－SCDMA的特點(diǎn)是上下行同頻段，通過時(shí)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(lián)網(wǎng)等所有的3G業(yè)務(wù)。TD－SCDMA系統(tǒng)采用時(shí)分雙工模式，它的一個(gè)載波占用1．6MHz的帶寬，僅能提供速率為2Mbit／s的3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。并且在產(chǎn)業(yè)鏈方面TD－SCDMA不夠成熟，終端數(shù)量較少。目前，TD－SCDMA礦用通信系統(tǒng)采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉遠(yuǎn)方式，BBU部署在地面，RRU作為井下無線站點(diǎn)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(yè)以太環(huán)網(wǎng)，且當(dāng)BBU出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致全網(wǎng)無法工作。某個(gè)中間RRU故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鏈上的RRU無法工作，維護(hù)、擴(kuò)容較為困難。
1．3WCDMA無線通信技術(shù)
WCDMA技術(shù)是ITU正式的第三代移動(dòng)通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）技術(shù)優(yōu)勢(shì)于一體、系統(tǒng)容量大、抗干擾能力強(qiáng)的移動(dòng)通信技術(shù)［4］。WCDMA發(fā)展空間較大，技術(shù)成熟性最佳，有較高的擴(kuò)頻增益，可支持速率為8kbit／s～5．76Mbit／s的語音、互聯(lián)網(wǎng)等所有的3G業(yè)務(wù)。WCDMA作為產(chǎn)業(yè)鏈最為成熟、網(wǎng)絡(luò)部署最為廣泛、終端最為豐富的3G技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)除能實(shí)現(xiàn)語音通信功能外，還可提供高速率數(shù)據(jù)和圖像傳輸功能。但是，傳統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)總體造價(jià)相對(duì)較高，不利于大規(guī)模推廣，而且井下巷道錯(cuò)綜復(fù)雜，其無線信號(hào)的全礦井無縫覆蓋困難大。
1．4Femtocell無線通信技術(shù)
1．4．1Femtocell技術(shù)簡(jiǎn)介Femtocell又可稱為毫微微小區(qū)、家庭基站［5］，是近年來根據(jù)3G發(fā)展和移動(dòng)寬帶化趨勢(shì)推出的低功率、超小型化移動(dòng)基站。Femtocell使用IP協(xié)議，通過用戶已有的ADSL、LAN等寬帶電路連接，遠(yuǎn)端由專用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)從IP網(wǎng)到移動(dòng)網(wǎng)的聯(lián)通。它的大小與ADSL調(diào)制解調(diào)器相似，具有安裝方便、自動(dòng)配置、自動(dòng)網(wǎng)規(guī)、即插即用的特點(diǎn)。1．4．2Femtocell技術(shù)優(yōu)勢(shì)（1）可覆蓋宏小區(qū)不能覆蓋的地方。（2）可以減少來自于宏小區(qū)基站的高功率開銷并提高宏小區(qū)基站的性能。（3）輻射更低，手機(jī)電池也更耐用。（4）為固網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)融合提供了一個(gè)理想的解決方案。Femtocell的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。目前業(yè)界主流的設(shè)備商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，無線網(wǎng)絡(luò)控制器）功能集成于一個(gè)接入設(shè)備的扁平化架構(gòu)，由Femtocell網(wǎng)關(guān)提供標(biāo)準(zhǔn)的Iu接口。更進(jìn)一步的扁平化架構(gòu)可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）等功能集成于Femtocell接入設(shè)備。扁平化架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是它符合下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。由于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的減少，使得網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延大大降低（降低40％左右），從而大大增強(qiáng)用戶在使用高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)的體驗(yàn)。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)的減少也大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
2基于Femtocell的礦用
WCDMA無線通信系統(tǒng)傳統(tǒng)的礦用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系統(tǒng)總體造價(jià)相對(duì)較高，不利于大規(guī)模推廣，而且井下巷道錯(cuò)綜復(fù)雜，其無線信號(hào)的全礦井無縫覆蓋困難極大；但隨著Femtocell技術(shù)的應(yīng)用，使得WCDMA無線技術(shù)應(yīng)用到煤礦井下變得簡(jiǎn)單。針對(duì)煤礦井下的環(huán)境特點(diǎn)，提出了一種基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖2可看出，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統(tǒng)采用現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，F(xiàn)emtocell通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面主系統(tǒng)相連，井下通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可采用標(biāo)準(zhǔn)的Femto網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)井下、井上通信的結(jié)合，傳輸使用礦區(qū)已經(jīng)部署的井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。Femtocell基站集成了NodeB（即移動(dòng)基站，一般由控制子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、射頻子系統(tǒng)、中頻／基帶子系統(tǒng)、天饋?zhàn)酉到y(tǒng)等部分組成）和RNC的功能，它通過SIP（SessionInitiationProtocol，會(huì)話初始協(xié)議）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒體系統(tǒng)）連接到地面核心網(wǎng)絡(luò)（核心網(wǎng)包括移動(dòng)交換中心MSC和用戶歸屬位置寄存器HLR等），核心網(wǎng)絡(luò)采用WCDMA專網(wǎng)的自建核心網(wǎng)。
2．1系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色類似于終端設(shè)備，因此，其使用方法必須簡(jiǎn)單明確，安裝好Femtocell基站后，只要接通電源和網(wǎng)絡(luò)就可以使用。Femtocell和服務(wù)器之間必須能自動(dòng)完成IP連接和IP分配，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程的自動(dòng)軟件升級(jí)、自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（包括最小干擾頻點(diǎn)的選擇、擾碼的自動(dòng)分配、鄰區(qū)列表的自動(dòng)創(chuàng)建及發(fā)射功率的自動(dòng)調(diào)整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3個(gè)層面：①接入層的UE（UserExperience）接入鑒權(quán)。用戶必須可以設(shè)置Femtocell的接入模式，如是否允許所有用戶接入、能否設(shè)置不同的接入用戶、Femtocell信號(hào)是否可以獨(dú)享等。因此，F(xiàn)emtocell必須設(shè)置一個(gè)白名單編輯功能，以滿足對(duì)Femtocell接入終端的控制。②Femtocell基站設(shè)備的接入控制。服務(wù)器要能夠監(jiān)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(nèi)置一張類似于SIM卡的信息鑒權(quán)設(shè)備，運(yùn)營商可以在SIM卡上燒制相應(yīng)的鑒權(quán)信息。③核心網(wǎng)3GPP標(biāo)準(zhǔn)的UE接入鑒權(quán)。Femtocell對(duì)用戶的接入必須滿足3GPP對(duì)3G的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［6］。2．1．3IP傳輸網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求因?yàn)镕emtocell是完全通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與核心網(wǎng)的連接，因此，如何保證業(yè)務(wù)的QoS服務(wù)等級(jí)，特別是語音業(yè)務(wù)的QoS要求非常關(guān)鍵。因此，對(duì)于IP傳輸網(wǎng)絡(luò)需要有一定的性能要求，如對(duì)滿足語音業(yè)務(wù)、滿足視頻電話及PS384K業(yè)務(wù)在時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、帶寬等方面的指標(biāo)均有最低要求。2．1．4時(shí)鐘同步技術(shù)Femtocell基站主要通過接收周圍宏基站信號(hào)來提取同步時(shí)鐘信號(hào)，如果Femtocell完全處于孤島環(huán)境，就需要通過自身的時(shí)鐘振蕩器來獲取時(shí)鐘。
2．2系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析
綜合了Femtocell技術(shù)與WCDMA技術(shù)的特點(diǎn)，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統(tǒng)主要有以下優(yōu)勢(shì)。（1）組網(wǎng)靈活。由于系統(tǒng)采用Femtocell技術(shù)和小型化設(shè)備，且可即插即用，系統(tǒng)安裝維護(hù)方便，組網(wǎng)更加靈活。（2）穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備采用電信級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)可靠性。無線資源池共享技術(shù)的應(yīng)用使得系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性大大提高，且滿足突況下設(shè)備的資源需求；在正常情況下，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷均衡，工作狀態(tài)穩(wěn)定。（3）業(yè)務(wù)豐富。系統(tǒng)不僅支持基本的高質(zhì)量語音通信和短信業(yè)務(wù)，而且基于WCDMA的高帶寬特性，可靈活承載移動(dòng)辦公、無線監(jiān)控、生產(chǎn)巡檢等各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另外，可根據(jù)數(shù)字化礦山的特點(diǎn)，靈活定制適應(yīng)于礦山安全生產(chǎn)的多種移動(dòng)業(yè)務(wù)。（4）兼容性高。基于Femtocell的礦用WCDMA礦用無線通信系統(tǒng)設(shè)備采用國際通用通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)備可以和不同制造商生產(chǎn)的公網(wǎng)模式的WCDMA制式終端兼容；可以和多家主流設(shè)備制造商生產(chǎn)的用戶級(jí)交換機(jī)和局用交換機(jī)互通。
3結(jié)語
1方案設(shè)計(jì)
PBS表示主基站(PrimaryBaseStation)，通過光纜可以將各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬緝?nèi)的各種應(yīng)用系統(tǒng)子站，也可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)通過電力骨干網(wǎng)絡(luò)(SDH等)傳輸?shù)绞‰娏緝?nèi)的系統(tǒng)主站，CBS表示認(rèn)知基站(CognitiveBaseStation)，通過光纜與主基站連接進(jìn)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(quán)用戶(PrimaryUser)，SU表示次用戶即認(rèn)知用戶(SecondaryUser)，這里的用戶在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中泛指各種無線通信終端，本文為與認(rèn)知無線電的各種概念保存一致，也稱為用戶，各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過授權(quán)用戶或次用戶將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交荆琒B表示頻譜經(jīng)紀(jì)人(SpectrumBroker)，通過光纜或者網(wǎng)線形式與認(rèn)知基站進(jìn)行信息交互。認(rèn)知基站負(fù)責(zé)認(rèn)知用戶的控制和管理，主要包括對(duì)認(rèn)知用戶的感知結(jié)果進(jìn)行融合、空閑信道資源分配、接入及切換管理。頻譜使用區(qū)域分授權(quán)頻段區(qū)域和非授權(quán)頻段區(qū)域，在授權(quán)頻段區(qū)域，認(rèn)知基站與主基站進(jìn)行信息交互，降低感知目標(biāo)頻段的盲目性，認(rèn)知用戶根據(jù)認(rèn)知基站的交互信息，感知授權(quán)用戶的授權(quán)頻段的空閑情況并利用。在非授權(quán)頻段區(qū)域，認(rèn)知用戶感知非授權(quán)頻段的使用情況并進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)利用，能夠及時(shí)規(guī)避干擾頻段，使用動(dòng)態(tài)分配的頻譜資源，在該區(qū)域中頻譜經(jīng)紀(jì)人充當(dāng)協(xié)調(diào)者角色，負(fù)責(zé)不同認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)之間的頻譜資源協(xié)調(diào)管理。為提高頻譜感知效率，縮短系統(tǒng)接入時(shí)間，提升頻譜切換性能，本文設(shè)計(jì)兩張用于認(rèn)知基站內(nèi)維護(hù)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(rèn)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(shù)據(jù)傳輸平均占用時(shí)長(zhǎng)和空閑率，由此可以計(jì)算頻段的大致可用時(shí)長(zhǎng);“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(dāng)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(qiáng)度，包括無線環(huán)境下的路徑損耗等干擾和電力設(shè)施運(yùn)行時(shí)的電磁干擾，以功率形式量化，結(jié)合相關(guān)系數(shù)，可以計(jì)算信道最大容量;“可用狀態(tài)”表示頻率資源的利用方式，包括共享式和獨(dú)享式，共享式是指認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶共享頻率資源，但不會(huì)對(duì)授權(quán)用戶造成干擾，或者是由多個(gè)認(rèn)知用戶之間進(jìn)行共享使用空閑授權(quán)頻率資源或空閑非授權(quán)頻率資源，獨(dú)享式是指空閑頻率資源無其他用戶使用，由單個(gè)認(rèn)知用戶單獨(dú)享用。綜合以上信息，認(rèn)知基站能夠根據(jù)認(rèn)知用戶的需求情況快速找到匹配資源進(jìn)行分配，提高了分配效率、縮短了分配時(shí)間，根據(jù)業(yè)務(wù)特性，有選擇地選取特定頻譜實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)需求的匹配。
2頻率分配方法
本文假設(shè)頻譜感知由物理層來完成，而且能夠獲得準(zhǔn)確的感知結(jié)果，MAC層在獲取感知結(jié)果的基礎(chǔ)上主要負(fù)責(zé)頻譜資源的動(dòng)態(tài)管理。其中頻譜分配和頻譜干擾規(guī)避是頻譜資源管理的重要部分，也是電力行業(yè)應(yīng)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(rèn)知用戶的接入的迫切程度，同時(shí)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(nèi)容，影響迫切性主要參數(shù)包括:業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)、等待時(shí)間，影響公平性主要參數(shù)包括:用戶不良信用記錄、用戶接入成功率，其中，業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)是指業(yè)務(wù)的重要程度，等待時(shí)間是指用戶數(shù)據(jù)的有效期，超過一定時(shí)間，數(shù)據(jù)的傳輸就無意義，在電力行業(yè)下，這一參數(shù)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(qǐng)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(rèn)知用戶使用授權(quán)用戶暫時(shí)未使用的授權(quán)頻段，一旦授權(quán)用戶出現(xiàn)，認(rèn)知用戶需要立即采取相應(yīng)措施以免對(duì)授權(quán)用戶的使用造成干擾，或者當(dāng)認(rèn)知用戶使用的非授權(quán)頻段的頻譜環(huán)境惡化，也需采取措施來防止業(yè)務(wù)受到重大影響，另外，電力系統(tǒng)中復(fù)雜的電磁干擾進(jìn)一步加劇了無線環(huán)境的復(fù)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(shè)計(jì)合理的目標(biāo)頻段切換機(jī)制對(duì)切換性能有著十分重要的影響。本文在此基礎(chǔ)上提出一種基于加權(quán)的多參量目標(biāo)頻段切換算法，認(rèn)知基站根據(jù)認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)特性和需求進(jìn)行計(jì)算選取目標(biāo)切換頻段并分配，這樣就有利于進(jìn)一步降低認(rèn)知用戶的復(fù)雜度，綜合考慮多種選擇因素，彌補(bǔ)單一屬性選擇的不足。
4結(jié)束語
電力通信是支撐智能電網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)，無線通信作為其中的一部分，發(fā)揮了重要作用，但由于無線通信頻率資源和電力行業(yè)的限制性因素，需結(jié)合新的技術(shù)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(rèn)知無線電技術(shù)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(tǒng)的性能。下一步將開展具體的仿真實(shí)驗(yàn)工作，對(duì)理論研究算法效果進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。
作者:姚繼明黃莉田文鋒黃鳳朱亮單位:中國電力科學(xué)研究院
1、多種無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合
如果能在單一架構(gòu)下管理多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，或者說在單一架構(gòu)下管理統(tǒng)一后的單一無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)該是過程行業(yè)用戶一致的要求，所以我們說多種無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合是一個(gè)大趨勢(shì)，它可以提供遠(yuǎn)程操作的更高可靠性和更低成本。三大無線國際標(biāo)準(zhǔn)合作的技術(shù)基礎(chǔ)原本是存在的，因?yàn)镮SA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協(xié)議都是IEEE802.15.4，而提供芯片和通信協(xié)議棧的商家往往同時(shí)提供這幾種技術(shù)的部件，即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營內(nèi)，還包括有很多相同的會(huì)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(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的軟件而聞名，同時(shí)在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發(fā)基于標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)狀通信堆棧方面擁有豐富的知識(shí)和能力。尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時(shí)提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業(yè)無線產(chǎn)品供應(yīng)商，比如其無線節(jié)點(diǎn)和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號(hào)是相同的，使用戶能夠在單一的硬件上運(yùn)行任何一種標(biāo)準(zhǔn)。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)，也支持WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)，擁有在同一平臺(tái)上運(yùn)行的軟件，VersaRouter910是一個(gè)雙啟動(dòng)硬件（Dualboothardware），是集全功能于一身，專門為客戶準(zhǔn)備好提供的無線解決方案設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)無線路由器。中科博微公司是可同時(shí)提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業(yè)無線產(chǎn)品供應(yīng)商，比如其無線網(wǎng)關(guān)既有屬于WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號(hào)的網(wǎng)關(guān)，又有屬于WirelessHART無線網(wǎng)絡(luò)的WHT-GW1250網(wǎng)關(guān)。北京天宇藍(lán)翔科技發(fā)展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。在ISA100.11a和WirelessHART問世之初，在ISA名下成立過ISA100.12工作組，負(fù)責(zé)尋找將WirelessHART和ISA100.11a無線標(biāo)準(zhǔn)融合的技術(shù)途徑。當(dāng)時(shí)認(rèn)定實(shí)現(xiàn)無線標(biāo)準(zhǔn)融合技術(shù)途徑的唯一方法是提案申請(qǐng)，后有3個(gè)團(tuán)隊(duì)提出申請(qǐng)。但最終這些團(tuán)隊(duì)沒有解決以下核心問題：網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個(gè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應(yīng)商的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都不能接受修改自己基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的要求，因此無法達(dá)成任何妥協(xié)協(xié)議。其原因非技術(shù)方面，而是集中在營銷效應(yīng)方面。因此在2013年，ISA100.12工作組已決定放棄在無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)商可提供同時(shí)對(duì)ISA100.11a和WirelessHART無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作的產(chǎn)品，即“雙啟動(dòng)”產(chǎn)品的解決方案。2010年初，德國測(cè)量與控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)NAMURPressRelease（公告），開始提出單一（融合）工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)（僅過程自動(dòng)化領(lǐng)域）的要求，建議三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并為一個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)。2010年8月在倫敦的Heathrow（希思羅）機(jī)場(chǎng)召開了工作組第一次會(huì)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(huì)議形成備忘錄決定成立技術(shù)工作組，重慶郵電大學(xué)是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術(shù)工作組主要成員。技術(shù)工作組首先完成“三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的異同”資料的編輯，然后達(dá)成分三步開展工作的共識(shí)，第一步是實(shí)現(xiàn)三標(biāo)準(zhǔn)共存，如圖1所示，第二步完成漸進(jìn)式融合，第三步以單一的OSI/ISO層過程儀表協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、統(tǒng)一的接入點(diǎn)、統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的最終融合，這里的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)均以希思羅命名。2012年12月現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FF）宣布與國際自動(dòng)化學(xué)會(huì)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ISA100合作提出了一個(gè)通用的框架，允許多個(gè)工業(yè)通信協(xié)議通過共享無線集成架構(gòu)在過程自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)行，使現(xiàn)場(chǎng)總線連接到遠(yuǎn)程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協(xié)議集成到單一的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境中，這稱為基金會(huì)的遠(yuǎn)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(yuǎn)程操作。這個(gè)框架保持了“基礎(chǔ)設(shè)施”戰(zhàn)略，而不是試圖在無線設(shè)備水平方面競(jìng)爭(zhēng)。
2、系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新
霍尼韋爾公司2004年推出工業(yè)無線變送器——基于ZigBee無線技術(shù)的XYR5000無線壓力變送器，載頻為902MHz~928MHz，以此為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備的基站W(wǎng)BR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信，最大數(shù)量為50臺(tái)，最大距離610m。基站還可有線接入最多25個(gè)AO/DO組件，基站與控制系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的早期無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)是由網(wǎng)關(guān)和無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成，如橫河電機(jī)無線系統(tǒng)的早期架構(gòu)是YFGW710現(xiàn)場(chǎng)無線一體型網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)無線設(shè)備，一臺(tái)網(wǎng)關(guān)可接入最多10臺(tái)（刷新率1s）或50臺(tái)（刷新率5s）現(xiàn)場(chǎng)無線設(shè)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(duì)流程行業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)也是由網(wǎng)關(guān)和無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成，可能會(huì)包括適配器等設(shè)備，同時(shí)每一臺(tái)無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還可作為路由器將其他無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息傳送到網(wǎng)關(guān)，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(wǎng)絡(luò)方案，采用了XYR6000變送器，載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網(wǎng)絡(luò)后，系統(tǒng)架構(gòu)也在不斷更新，較早的版本是2009年4月的120版，當(dāng)時(shí)作為網(wǎng)關(guān)的是多功能節(jié)點(diǎn)；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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入點(diǎn)FDAP、增加了HART適配器等，2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備、CiscoWLAN控制器；2013年4月210版的新功能包括在線無線設(shè)備授權(quán)等新功能。AP節(jié)點(diǎn)設(shè)備被分為兩類：網(wǎng)格接入點(diǎn)（MAP）和根接入點(diǎn)（RAP）。網(wǎng)格接入點(diǎn)是Mesh網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程接入點(diǎn)，它作為ISA100.11a無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，這是所有接入點(diǎn)的默認(rèn)角色。對(duì)下層ISA100.11a無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)來說，每個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)都可以發(fā)送和接收來自無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的消息，同時(shí)，它又作為一個(gè)路由器，為其相鄰網(wǎng)格接入點(diǎn)以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)消息，從而在2層網(wǎng)絡(luò)中為無線設(shè)備和主機(jī)應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過轉(zhuǎn)發(fā)過程，數(shù)據(jù)可以找到通過中間網(wǎng)格接入點(diǎn)抵達(dá)目的地的最佳路徑。如果一個(gè)鏈路因?yàn)槿魏卧蚨霈F(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)通過其他路徑安排數(shù)據(jù)傳輸，直到數(shù)據(jù)抵達(dá)網(wǎng)關(guān)為止。根接入點(diǎn)通過光纖、有線以太網(wǎng)或電纜連接器連接到有線網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器，作為到有線網(wǎng)絡(luò)的“根”或“網(wǎng)關(guān)”，它必須在接入點(diǎn)配置時(shí)設(shè)定為根接入點(diǎn)。通信時(shí)，網(wǎng)格接入點(diǎn)通過網(wǎng)格接入點(diǎn)之間的路徑或直接傳送到根接入點(diǎn)。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，接入點(diǎn)之間有許多冗余路徑連接，因而特別可靠。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大和網(wǎng)格接入點(diǎn)數(shù)量的增加，有必要使用多臺(tái)根接入點(diǎn)以保證無線網(wǎng)絡(luò)所需的性能和吞吐量（如圖5所示）。推薦根接入點(diǎn)對(duì)網(wǎng)格接入點(diǎn)比值為20，這意味著，最多20個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)可以共享相同的一次和二次根接入點(diǎn)，由于每個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)可接入數(shù)十臺(tái)無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，每個(gè)根接入點(diǎn)可接入20個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)，而根接入點(diǎn)又可以多個(gè)同時(shí)接入交換機(jī)，其應(yīng)用規(guī)模可滿足數(shù)百點(diǎn)到數(shù)千點(diǎn)的大型無線網(wǎng)絡(luò)的要求。艾默生過程管理公司在WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中也推出了CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備作為構(gòu)成回傳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入點(diǎn)，菲尼克斯公司在WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中也推出了可與該公司多臺(tái)WirelessHART網(wǎng)關(guān)組成骨干網(wǎng)絡(luò)的WLAN接入點(diǎn)，且都通過Wi-Fi傳送采集的所有信息，同時(shí)，WirelessHART網(wǎng)絡(luò)也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設(shè)備的信息。隨著工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)將過程控制延伸到工廠現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)角落，其應(yīng)用越來越普及，單個(gè)應(yīng)用實(shí)例的規(guī)模也越來越大，已突破一個(gè)工序或一個(gè)車間的范圍。在這種形勢(shì)下，流程行業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造廠家不失時(shí)機(jī)地推出可覆蓋整個(gè)工廠的全集成式多用途無線網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)中既包括簡(jiǎn)單的無線現(xiàn)場(chǎng)儀表網(wǎng)絡(luò)，也覆蓋多種無線應(yīng)用的場(chǎng)合。創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)主要體現(xiàn)在接入點(diǎn)設(shè)備作為主干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，比如OneWireless無線網(wǎng)絡(luò)先后推出的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入點(diǎn)FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點(diǎn)，橫河電機(jī)ISA100.11a無線網(wǎng)絡(luò)的YFGW510現(xiàn)場(chǎng)無線接入點(diǎn)，艾默生過程管理公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡(luò)推出的781遠(yuǎn)程鏈路、CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備和WLAN接入點(diǎn)，菲尼克斯公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡(luò)的WLAN接入點(diǎn)。這些設(shè)備具有骨干路由器功能，可將眾多的無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息通過底層網(wǎng)絡(luò)采集后，盡快地通過骨干網(wǎng)絡(luò)傳送到無線網(wǎng)關(guān)。這種將網(wǎng)關(guān)功能分離為接入點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)無線管理站以及將信息傳送分為底層網(wǎng)絡(luò)及骨干網(wǎng)絡(luò)的分層架構(gòu)，不僅擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、提高了信息傳送速度，還能更好地實(shí)現(xiàn)同時(shí)管理多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)無線子網(wǎng)通信系統(tǒng)的要求。
3、引入無線行業(yè)領(lǐng)軍廠家的技術(shù)和產(chǎn)品
借助網(wǎng)絡(luò)解決方案供應(yīng)商的技術(shù)迅速提高產(chǎn)品檔次，霍尼韋爾公司2012年直接采用支持標(biāo)準(zhǔn)的思科（Cisco）公司組態(tài)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性統(tǒng)一無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這包括使用冗余交換機(jī)、冗余的無線局域網(wǎng)控制器以及多重網(wǎng)格接入點(diǎn)MAP和根接入點(diǎn)RAP，實(shí)現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)大的高可用性的網(wǎng)絡(luò)。如使用CiscoAironet1552SAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)建OneWireless工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還采用CiscoWLAN控制器用于管理CiscoAironet1552SAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備，在單一的架構(gòu)下為Wi-Fi應(yīng)用和ISA100.11a現(xiàn)場(chǎng)儀表提供無線覆蓋，從而有效降低總體擁有成本。CiscoAironet1552SAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備的功能與原有的多功能節(jié)點(diǎn)完全一樣，但天線數(shù)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(jīng)同思科公司建立了合作伙伴關(guān)系，如在異構(gòu)系統(tǒng)的無線通信方面雙方就進(jìn)行了合作，最近又引入了CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備。羅克韋爾自動(dòng)化收購了vMonitor，將劃入羅克韋爾自動(dòng)化控制產(chǎn)品和解決方案營運(yùn)部門。vMonitor是全球范圍內(nèi)數(shù)字油田實(shí)施及遠(yuǎn)程運(yùn)營領(lǐng)域的先驅(qū)，早在2005年1月，它就在殼牌公司的支持下，進(jìn)行了Kanbode8口油井無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)，為井口和上游應(yīng)用提供了創(chuàng)新的監(jiān)控解決方案，創(chuàng)造性地將最尖端的無線儀表和通信與可視化軟件結(jié)合在一起，幫助客戶制定更明智的決策并改善生產(chǎn)狀況。vMonitor的技術(shù)涵蓋井口傳感器與變送器、遠(yuǎn)程終端單元、網(wǎng)關(guān)和調(diào)制解調(diào)器的全無線產(chǎn)品組合，以及交鑰匙監(jiān)控系統(tǒng)和服務(wù)。這些產(chǎn)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(yīng)用。
作者：方原柏 單位：昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院
1.1泄露電纜方式
傳統(tǒng)覆蓋中，使用泄漏電纜進(jìn)行隧道覆蓋。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)通過槽孔向外界輻射電磁波，外界的電磁場(chǎng)也可通過槽孔感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)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(chǎng)景。這種方法的優(yōu)點(diǎn)為，可減小信號(hào)陰影和遮擋，在復(fù)雜的隧道中采用泄漏電纜，信號(hào)波動(dòng)范圍減少，與其它天線系統(tǒng)相比，隧道內(nèi)信號(hào)覆蓋均勻，可對(duì)多種服務(wù)同時(shí)提供覆蓋，泄漏電纜本質(zhì)上是寬帶系統(tǒng)，多種不同的無線系統(tǒng)可以共享同一泄漏電纜，考慮到在隧道中經(jīng)常使用某些無線系統(tǒng)（尋呼系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、廣播等），采用共享一條泄漏電纜的方法，可省去架設(shè)多個(gè)天線的工程。其缺點(diǎn)在于，由于整個(gè)是一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，在隧道比較長(zhǎng)的情況下，放大器需要串聯(lián)使用，系統(tǒng)噪聲比較高，降低了信號(hào)的可靠性。如果泄露電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，其信號(hào)衰減明顯，使用成本大幅上升，而且成本相對(duì)較高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。適用于無源系統(tǒng)安裝受限的環(huán)境
1.23G微蜂窩方式
本方案由3G移動(dòng)通信微蜂窩基站、3G專用核心網(wǎng)共同組成。針對(duì)隧道通信的專用場(chǎng)景，本方案將采用微蜂窩聯(lián)合組網(wǎng)的方式進(jìn)行覆蓋。微蜂窩基站通過以太鏈路和固定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，同時(shí)，有線網(wǎng)絡(luò)連接核心網(wǎng)設(shè)備，構(gòu)成完整的接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)，如圖1。本系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的3G移動(dòng)通信功能，同時(shí)兼容WCDMA、TD-SCDMA兩種模式基站組網(wǎng)。基站側(cè)提供WCDMA、TD-SCDMA兩種版本的設(shè)備，可以提供標(biāo)準(zhǔn)商用終端的接入使用。支持基站間切換功能，保障移動(dòng)場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)暢通。網(wǎng)絡(luò)支持語音、視頻、短消息以及PS域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)和SIP網(wǎng)絡(luò)以及IMS實(shí)體的互聯(lián)互通。考慮到專用通信場(chǎng)景的需要，系統(tǒng)同時(shí)支持強(qiáng)插、強(qiáng)拆、分組會(huì)議、廣播、群呼、監(jiān)聽、錄音等調(diào)度業(yè)務(wù)。組網(wǎng)時(shí)規(guī)劃將按照?qǐng)鼍皩?shí)地的無線環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，重點(diǎn)區(qū)域如閉塞位置、屏蔽位置將重點(diǎn)部署基站設(shè)備，利用微蜂窩基站的低成本、靈活配置的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)全域的信號(hào)覆蓋。核心網(wǎng)將部署安裝在網(wǎng)絡(luò)中控機(jī)房，同時(shí)提供友好的配置使用界面，快速配置和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和組網(wǎng)規(guī)模。
1.3WLAN覆蓋方式
電力隧道無線專網(wǎng)覆蓋方案可采用WLAN覆蓋方式。WLAN無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks）利用無線技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、話音和視頻信號(hào)。能夠方便地聯(lián)網(wǎng)，因?yàn)閃LAN可以便捷、迅速地接納新加入的雇員，而不必對(duì)網(wǎng)絡(luò)的用戶管理配置進(jìn)行過多的變動(dòng)；WLAN在有線網(wǎng)絡(luò)布線困難的地方比較容易實(shí)施，使用WLAN方案，則不必再實(shí)施打孔敷線作業(yè)，因而不會(huì)對(duì)建筑設(shè)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(jī)通過網(wǎng)線與AP連接，AP再接天線，對(duì)目標(biāo)隧道進(jìn)行全面、無縫的覆蓋。本方案邊緣場(chǎng)強(qiáng)根據(jù)AP及無線終端接收天線靈敏度確定，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)無線環(huán)境、干擾源情況、系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)流量、系統(tǒng)信噪比等因素，本系統(tǒng)設(shè)定邊緣場(chǎng)強(qiáng)≥-75dBm，
2方案對(duì)比
為了直觀比較三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，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(shù)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋是較可行的方案。
3結(jié)語
進(jìn)入21世紀(jì)以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，在智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用無線通信傳輸，已經(jīng)成為了大勢(shì)所趨。目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用到了智能家電設(shè)備信息交互之中，系統(tǒng)中的重要信息作為記錄實(shí)時(shí)用電量的基礎(chǔ)資料，可以讓用戶明確了解電費(fèi)使用情況，并根據(jù)實(shí)際合理的安排用電計(jì)劃，減少開銷。與此同時(shí)，用戶側(cè)電量和電能質(zhì)量信息也是智能電網(wǎng)和城市配電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)資料，有助于幫助人們統(tǒng)計(jì)季度性和地區(qū)性用電情況，從而決定電能交互系統(tǒng)的最終運(yùn)行模式。據(jù)調(diào)查了解到，我國各城市配網(wǎng)系統(tǒng)通過新技術(shù)已經(jīng)使高帶寬光纖實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定通信，只有AMI還無法使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得以全面延伸，用戶側(cè)應(yīng)用環(huán)境不利于實(shí)現(xiàn)可靠通信。建立物聯(lián)網(wǎng)無線通信傳輸層動(dòng)態(tài)通道，并對(duì)其加以有效保障，是解決上述問題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量通信、提高AMI數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)挠行Т胧Ｔ撐木徒Y(jié)合實(shí)際，采用多技術(shù)在傳輸層動(dòng)態(tài)建立附加通道，對(duì)大批量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分?jǐn)偅瑥亩鴾p少傳輸延時(shí)時(shí)間，提高物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)母咝浴?/p>
1無線通信傳輸層協(xié)議研究的現(xiàn)實(shí)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(yōu)勢(shì)，但是其主要阻礙在于信道的可靠性較低，在某些特殊場(chǎng)景中具有較高的延遲率和丟包率，利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴９?jié)點(diǎn)會(huì)以相對(duì)較低的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)移，一旦檢測(cè)到有數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，它還會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。其在傳輸過程中，中間節(jié)點(diǎn)還會(huì)為接收到的報(bào)文進(jìn)行緩存處理，通過多次重復(fù)手段成功接受報(bào)文，即RBC協(xié)議具有多重ACK機(jī)制。據(jù)此可以證明，上述兩協(xié)議適用于兩節(jié)點(diǎn)之間直接相連的傳輸情況，從智能終端到戶內(nèi)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)融合中實(shí)現(xiàn)有效接入。因此，我們可以針對(duì)自組織結(jié)構(gòu)對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)協(xié)議的高效傳輸。為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專門設(shè)計(jì)的TCP協(xié)議的應(yīng)用是基于SACK報(bào)文依照傳輸路徑回溯給源節(jié)點(diǎn)的主要手段。它能夠?qū)厮輦鞑ヂ窂降墓?jié)點(diǎn)做檢查，但是它會(huì)延長(zhǎng)數(shù)據(jù)的傳送時(shí)長(zhǎng)，并造成流量的增多，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載過重的問題，造成網(wǎng)絡(luò)的擁堵，引起連接吞吐量的急劇下降。對(duì)此，我們一定要提高數(shù)據(jù)的完整性，不斷提高系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)效性，對(duì)傳輸層動(dòng)態(tài)機(jī)制設(shè)置保障。
2動(dòng)態(tài)附加傳輸通道保障機(jī)制的描述
物聯(lián)網(wǎng)無線通信傳輸機(jī)制會(huì)出現(xiàn)傳輸層數(shù)據(jù)堵塞的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致丟包加速遞增。如果當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸連接通道為S（V0，VDAPi），V0作為數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)，那么VDAPi則是匯聚目的的節(jié)點(diǎn)，它可以通過任意一個(gè)DAP匯聚點(diǎn)與AMI系統(tǒng)接入。一旦to傳輸時(shí)刻出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，那么其節(jié)點(diǎn)也會(huì)通過自檢手段發(fā)現(xiàn)源數(shù)據(jù)，使其逐步累積，并開始丟棄，直到擁堵點(diǎn)后向節(jié)點(diǎn)在未拆除區(qū)域同源數(shù)據(jù)的消失為止。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)Vi和Vj就可以對(duì)連接通道堵塞的情況進(jìn)行單獨(dú)分析，從而快速啟動(dòng)多動(dòng)態(tài)附加通道保障制度。物聯(lián)網(wǎng)無線通信傳輸層動(dòng)態(tài)通道保障機(jī)制主要采用的是漂白技術(shù)，節(jié)點(diǎn)Vi和Vj會(huì)沿著以往的傳輸通道回溯到向源和目的節(jié)點(diǎn)之中，S（V0，Vi）以紅色著色，S（Vj，VDAPi）則為藍(lán)色，并將其定義為永久色，不會(huì)出現(xiàn)褪色現(xiàn)象。然后，Ag-Red再從Vi出發(fā)，Ag-blu則從另一端出發(fā)，沿著自身的復(fù)合量數(shù)據(jù)進(jìn)行探究，選取最佳的附加通道。想要實(shí)現(xiàn)通道傳輸?shù)母哔|(zhì)量特性，避免出現(xiàn)抖動(dòng)，使其性能達(dá)到最佳，器在整個(gè)傳送的過程中一定要保證好復(fù)合量度，并由殘余帶寬進(jìn)行接收，將具體公式運(yùn)算到其中：物聯(lián)網(wǎng)無線通信傳輸層動(dòng)態(tài)通道保障機(jī)制還運(yùn)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(jìn)一步分析了該算法的時(shí)間復(fù)雜情況。通過兩級(jí)嵌套過程的建立，避免節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)多次訪問現(xiàn)象。
3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和數(shù)學(xué)模型的建立
物聯(lián)網(wǎng)無線通信傳輸層動(dòng)態(tài)通道保障機(jī)制的有效保證一定要以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)分析和數(shù)學(xué)模型的建立為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)可再生資源的合理利用，也是解決能源危機(jī)的有效對(duì)策。如果AMI系統(tǒng)延伸到用戶側(cè)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)通信組網(wǎng)提出更高的要求。具體而言，包括對(duì)大規(guī)模組網(wǎng)要求的提升以及AMI數(shù)據(jù)抄收、負(fù)荷控制、信息等的高要求。物聯(lián)網(wǎng)無線通信傳輸層動(dòng)態(tài)通信保障機(jī)制的運(yùn)用不是簡(jiǎn)單地過程，構(gòu)建能量測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架，對(duì)智能家居電能實(shí)施監(jiān)測(cè)、控制智能電表和DAPS中斷，組成系統(tǒng)圖形就成為了必然之舉。它能夠?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)高級(jí)測(cè)量，使無線通信長(zhǎng)度持續(xù)延伸，直到“最后一公里”。根據(jù)上述模型，我們也不難發(fā)現(xiàn)具有通信功能的智能家電可以實(shí)施抽象化，將其轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)，利用多極化結(jié)構(gòu)將用戶所需的信息傳送至相應(yīng)的系統(tǒng)。此外，還能夠構(gòu)建新的結(jié)構(gòu)模型，周期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，找到建筑阻隔和節(jié)點(diǎn)通信能力的不同，實(shí)現(xiàn)通信模式的異構(gòu)。4結(jié)束語總而言之，電能交換系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電網(wǎng)運(yùn)營模式最終是由用戶側(cè)用電需求以及實(shí)時(shí)用電量的質(zhì)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(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)體系，能夠有效提升接入效率，實(shí)現(xiàn)智能終端靈活接入AMI系統(tǒng)。但是，其在通信量出現(xiàn)負(fù)載情況的時(shí)候則較為容易出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，丟包和重傳率都會(huì)有所增多，成為技術(shù)難點(diǎn)所在。對(duì)此，該文就采用多器協(xié)同技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)附加傳輸通道實(shí)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(yàn)證工作，從傳輸層面提高物聯(lián)網(wǎng)通信信息的完整性。
作者:陳家遷 單位:廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
1.1微處理器選擇S3C2440是三星公司開發(fā)一款16/32位RISC微處理器，基于ARM920T內(nèi)核，ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA總線和哈佛結(jié)構(gòu)高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16kB指令高速緩存和16kB數(shù)據(jù)高速緩存，工作頻率可以達(dá)到400MHz。芯片內(nèi)部NAND控制器，通用串行接口，2個(gè)USBhost，1個(gè)USB設(shè)備，攝像頭和MMC接口。S3C2440具有130個(gè)通用I/O接口以及24個(gè)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(chǔ)方式等為實(shí)現(xiàn)電梯檢驗(yàn)設(shè)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口，具有很高的可靠性和易用性，適合開發(fā)一些基于GSM/GPRS的如監(jiān)控、調(diào)度、車載、遙控、遠(yuǎn)程測(cè)量、定位等無線應(yīng)用產(chǎn)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(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。
1.3時(shí)鐘和存儲(chǔ)模塊S3C2440只需要外部的一個(gè)12MHz到20MHz的時(shí)鐘信號(hào)就可以通過內(nèi)部的PLL模塊產(chǎn)生需要的時(shí)鐘信號(hào)，本文設(shè)計(jì)時(shí)采用了一個(gè)12MHz的無源晶振作為S3C2440的外部時(shí)鐘。S3C2440是一個(gè)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(shù)據(jù)總線。應(yīng)用bank6作為SDRAM的尋址空間，采用了nGCS6作為SDRAM的片選。S3C2440的內(nèi)部有4KB左右的存儲(chǔ)空間。同時(shí)，S3C2440集成了FLASH控制器和SD接口。依據(jù)設(shè)計(jì)，本文采用了128MB的SDRAM、1GB的NandFlash以及SD卡的外擴(kuò)存儲(chǔ)器方案。NANDFlash存儲(chǔ)器是一種不易失且可重寫的存儲(chǔ)器，即使在系統(tǒng)掉電后也不會(huì)丟失信息，一般用于存放程序代碼、用戶數(shù)據(jù)等。S3C2440集成了8位/16位的NANDFlash控制器，支持512/1024/2048個(gè)字節(jié)的NANDFlash頁面大小。NANDFlash采用非標(biāo)準(zhǔn)總線形式的地址和數(shù)據(jù)傳輸方式，需要專門的NANDFlash控制器來完成對(duì)其尋址和數(shù)據(jù)讀寫[5]，具體電路連接如圖4所示。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
電梯檢驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)軟件主要包括GPRS模塊控制程序、電梯檢驗(yàn)設(shè)備主程序兩部分。系統(tǒng)啟動(dòng)后自動(dòng)運(yùn)行軟件程序，完成通過GPRS無線通信從數(shù)據(jù)中心下載電梯檢驗(yàn)任務(wù)、完成檢驗(yàn)任務(wù)、使用GPRS模塊無線通信實(shí)時(shí)上傳檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心。
2.1GPRS模塊軟件設(shè)計(jì)電梯檢驗(yàn)設(shè)備中使用的GPRS模塊為西門子公司生產(chǎn)的MC35i，該設(shè)備支持AT指令控制，處理器通過串口與MC35i模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該模塊軟件主要包括模塊初始化、指令和數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收處理，這3部分操作都通過串口與MC35i數(shù)據(jù)通信完成。串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收調(diào)用串口模塊的通用接口函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，這部分編程不詳細(xì)介紹，本文重點(diǎn)介紹MC35i控制編程。電梯檢驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行GPRS無線通信，首先需要與服務(wù)器建立GPRS連接，即實(shí)現(xiàn)GPRS登陸。在登陸前需要使用AT指令對(duì)無線通信模塊MC35i進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括連接方式、服務(wù)類型、接入點(diǎn)名稱、服務(wù)器地址及端口。初始化完成后即可開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，模塊會(huì)自動(dòng)登錄到服務(wù)器的相應(yīng)端口上，登陸完成后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)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(yàn)設(shè)備主程序設(shè)計(jì)S3C2440處理器通過RS232串口和GPRS無線模塊進(jìn)行通信。首先處理器通過串口向MC35i模塊發(fā)送指令從數(shù)據(jù)中心下載檢驗(yàn)任務(wù)，然后通過串口接收MC35i無線模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，獲取電梯檢驗(yàn)任務(wù)并顯示在顯示屏上，電梯檢驗(yàn)結(jié)束后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理器將檢驗(yàn)結(jié)果通過串口發(fā)送給MC35i無線模塊，最后由MC35i無線模塊將檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)中心，電梯檢驗(yàn)設(shè)備軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。
3系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果
基于MC35i的電梯檢驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用效果測(cè)試工作是對(duì)整個(gè)電梯檢驗(yàn)管理系統(tǒng)運(yùn)行情況的徹底檢查，主要目的是測(cè)試電梯檢驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用到檢驗(yàn)工作的效果。測(cè)試工作制定了測(cè)試方案，對(duì)測(cè)試的范圍、流程、方法及要求作出了具體的規(guī)定。測(cè)試工作包括了從檢驗(yàn)任務(wù)受理開始，一直到檢驗(yàn)報(bào)告生成等系統(tǒng)涉及的所有環(huán)節(jié)。測(cè)試工作選取了6個(gè)檢驗(yàn)小組，12名檢驗(yàn)人員（其中有檢驗(yàn)師6名）分別采用傳統(tǒng)檢驗(yàn)管理系統(tǒng)和基于GPRS無線通信的檢驗(yàn)設(shè)備對(duì)226臺(tái)電梯設(shè)備進(jìn)行了檢驗(yàn)。通過測(cè)試，統(tǒng)計(jì)分析了檢驗(yàn)信息輸入的時(shí)間及準(zhǔn)確性[6]，檢驗(yàn)記錄及檢驗(yàn)報(bào)告處理時(shí)間及信息的準(zhǔn)確性等要素。具體測(cè)試結(jié)果如下：
4結(jié)束語
無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)由于具有一定的共性，所以也無可避免的會(huì)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(wǎng)絡(luò)本身開放性、移動(dòng)性、傳輸信道的不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，所以會(huì)具有一些有線通信網(wǎng)絡(luò)不一樣的問題：首先，與有線網(wǎng)絡(luò)的私密性不同，無線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)比較開源開放。如有線網(wǎng)絡(luò)具有明確的實(shí)體邊界，電力自動(dòng)化無線通信網(wǎng)絡(luò)卻沒有確定的物理邊界，比如WLAN，它的接入點(diǎn)的信號(hào)由于發(fā)向天空，在沒有控制措施的情況下，無線覆蓋范圍之內(nèi)具有一樣接收頻率的使用者就可以獲取發(fā)送的信息，甚至可以經(jīng)由接入點(diǎn)訪問上一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)。所以無線通信網(wǎng)絡(luò)的開放性，可能會(huì)引起非法信息接收和違法信息服務(wù)等相關(guān)的安全問題。第二，無線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道比有線網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，容易變化。電力自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)由于傳輸環(huán)境是不確定的，隨著用戶的移動(dòng)而產(chǎn)生變化，會(huì)受到多種外界因素的干擾影響，引起信號(hào)質(zhì)量的起伏不定，以致通信中斷的情況出現(xiàn)。所以，無線網(wǎng)絡(luò)由于傳輸信道的不穩(wěn)定會(huì)造成通信質(zhì)量的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響其安全性。由于以上無線通信網(wǎng)絡(luò)的固有性特點(diǎn)，決定了它的安全問題主要體現(xiàn)在如下五個(gè)方面：
（1）監(jiān)聽攻擊：空中的通信信號(hào)被截取，信息被非法獲取并被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析。
（2）插入攻擊：利用監(jiān)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(jìn)入系統(tǒng)，再控制系統(tǒng)。
（3）無線網(wǎng)絡(luò)干擾：指發(fā)射較大功率的相同頻率信號(hào)干擾無線信道的運(yùn)作。
（4）未授權(quán)信息服務(wù)：部分用戶在未經(jīng)授權(quán)的前提下使用系統(tǒng)信息資源。
（5）移動(dòng)IP安全：終端用戶在一定區(qū)域內(nèi)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(wǎng)絡(luò)安全問題的解決策略
對(duì)于以上五個(gè)方面的問題，我們一一進(jìn)行分析，并提出一定的對(duì)策。
1反監(jiān)聽攻擊
為了預(yù)防以及遏制監(jiān)聽攻擊的問題，首先要避免空中信號(hào)被攔截情況的發(fā)生。可以采用不易被偵測(cè)到的信號(hào)加密技術(shù)，如直接序列擴(kuò)頻調(diào)制或跳頻擴(kuò)頻調(diào)制的方式。在該技術(shù)的前提下，加強(qiáng)對(duì)重要信息的保密處理，也就是萬一空中信號(hào)被非法截取后，必須要一定的分析計(jì)算工具才能破解相應(yīng)信息，比如用戶系統(tǒng)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(guī)用戶，借助無線信道傳輸信息系統(tǒng)、進(jìn)而掌握系統(tǒng)的指揮權(quán)。為了預(yù)防這種情況的出現(xiàn)，應(yīng)采取接入控制技術(shù)。身份認(rèn)證是接入控制技術(shù)的關(guān)鍵，用戶想進(jìn)入系統(tǒng)必須通過身份編碼識(shí)別系統(tǒng)的認(rèn)證才行。目前，與無線網(wǎng)絡(luò)的身份認(rèn)證有關(guān)的協(xié)議主要有RADIUS協(xié)議、IEEE802.1x協(xié)議、擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議（extensibleauthenticationprotocol，EAP，包括EAP-TLS、EAP-SIM、EAP-MD5、EAP-OTP）等。申請(qǐng)者、認(rèn)證者、和認(rèn)證服務(wù)器三個(gè)部分組成了一個(gè)典型的接入控制系統(tǒng)。圖1主要體現(xiàn)了WALN的接入和控制結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)者表示為用戶站點(diǎn)（STA），認(rèn)證者是接入控制器部分（AC），包括認(rèn)證服務(wù)器（authenticationserver，AS）。
3預(yù)防未授權(quán)信息服務(wù)
雖然用戶可以獲得合法的授權(quán)，并享受相應(yīng)的信息資源的服務(wù)，并不代表就能查閱任意資源的，系統(tǒng)將分權(quán)限管理。如果用戶想要獲得訪問權(quán)限，必須要提交身份認(rèn)證，并在系統(tǒng)的檢查通過的情況下，才能獲得訪問權(quán)限，該方法可以充分阻止未授權(quán)信息服務(wù)。但是結(jié)合無線通信網(wǎng)絡(luò)開放性的特點(diǎn)，僅僅通過檢查用戶權(quán)限，并不能全面預(yù)防未授權(quán)信息服務(wù)，必須有條件的接收用戶。接入點(diǎn)發(fā)射出來的無線信號(hào)會(huì)被加密，接收機(jī)沒有正確的密碼將無法正確的打開信息。
4移動(dòng)IP安全
移動(dòng)IP用戶可能會(huì)受到多種攻擊和干擾，但最主要的便是拒絕服務(wù)（DOS）、竊聽等。某個(gè)破壞者嘗試阻止一個(gè)用戶的正常無線網(wǎng)絡(luò)通信，讓該用戶的信息無法傳遞，既可以成為拒絕服務(wù)。DOS主要分兩種情況：第一種是破壞者破壞用戶傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包；第二種是破壞者用大量垃圾信息包干擾用戶主機(jī)。DOS攻擊經(jīng)常發(fā)生在破壞者利用假注冊(cè)對(duì)特定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的破壞上，這種情況會(huì)引起合法用戶的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)無法傳輸，甚至合法用戶傳向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包被破壞者截取。破壞者竊移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與家鄉(xiāng)之間的信息交換稱為被動(dòng)監(jiān)聽。破壞者可能通過物理終端接口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)共用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，合法用戶的信息都可能暴露在破壞者的監(jiān)聽下。竊聽者同無線信號(hào)設(shè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)加密技術(shù)。破壞者的主動(dòng)行為主要變現(xiàn)為插入攻擊，通過竊聽移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與家鄉(xiāng)之間的信息交流經(jīng)過，阻止以及中斷移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的通信并且插入和家鄉(xiāng)的傳輸過程。端到端信息加密是解決這個(gè)問題的最好方法，一般會(huì)采取虛擬專用網(wǎng)（VPN）的方法來實(shí)現(xiàn)，這樣就算信息被截取，破壞者只會(huì)得到虛假的資料。
5無線干擾
根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，無線干擾問題不僅發(fā)生次數(shù)較多，而且可以造成很大的破壞。一旦破壞者采用發(fā)射較大功率的相近信號(hào)破壞無線信道的正常運(yùn)行，這種攻擊一般是故意而為的。對(duì)于此問題的應(yīng)對(duì)方法，不僅可以通過無線電管理及時(shí)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(yīng)用載波檢測(cè)—跳頻通信技術(shù)。通過發(fā)射機(jī)對(duì)信道載波使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與判定，一旦出現(xiàn)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(jī)的方式更換頻道，也可以改變圖形運(yùn)行，結(jié)合糾錯(cuò)編碼，能夠阻止一定條件下的惡意破壞。
三、結(jié)語
