关键词：无线网状网络AdHoc路由协议
一、无线网状网的路由协议
传统的路由协议是专为有线网络设计的，并不适用于无线网状网环境。因为传统的路由协议不能够很好处理无线网状网环境中常见的拓扑结构和链接质的快速变化。无线网状网络都有一些显著的特性，例如：高动态性，智能性，端对端最佳路径选择，多跳性，通常带宽有限和计算能力不足。无线网状网络的高动态性的原因有两个：第一，路由器本身可能移动，并造成网络拓扑结构的快速变动。第二，即使路由器本身不移动，由于干扰、地理和环境等因素，无线电链路的质量仍可能发生快速变化。
从以上这些特性可以知道，完备的无线网状网路由协议必须需要具备以下特点：①分布式操作；②快速收敛(适应更快的移动)；③可扩展性：④适用于大量的小型设备；⑤只占用有限的带宽和计算能力主动式操作(减少初始延迟)：⑥在选择路由时考虑无线电链路的质量和容量；⑦避免环路：⑧安全性。
由于无线网状网是由AdHoc网络发展而来的无线网络。AdHoc网络和无线网状网络之间具有一定的相似性，因此现有的主流无线网状网路由协议也是从AdHoc网络的路由协议发展而来的，主要包括三种类型的路由协--议：一种为先验式路由协议：一种为反应式路由协议；另外一种就是二者的混合，称为混合式路由协议。
二、先验式路由协议
(一)简介
先验式路由协议是一种基于表格的路由协议。在这种协议中，每个节点维护一张或多张表格，这些表格包含到达网络中其它所有节点的路由信息。当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送路由更新信息。收到更新信息的节点更新自己的表格，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。不同的先验式路由协议的区别在于拓扑更新信息在网络中传输的方式和需要存储的表的类型。先验式路由协议不断的检测网络拓扑和链路质量的变化，根据变化更新路由表，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦需要发送报文，可以立即得到到达目的节点的路由。
(二)典型先验式路由协议DSDV协议
DSDV的基本原理是：每一个节点维持一个到其它节点的路由表，表的内容为路由的“下一跳”节点。DSDV创新之处是为每一条路由设置一个序列号，序列号大的路由为优选路由，序列号相同时，跳数少的路由为优选路由。正常情况下，节点广播的序列号是单调递增的偶数，当节点B发现到节点D的路由(路由序列号为s)中断后，节点B就广播一个路由信息，告知该路由的序列号变为s+l，并把跳数设置为无穷大，这样，任何一个通过B发送信息的节点A的路由表中就包括一个无穷大的距离，这一过程直到A收到一个到达D的有效路由(路由序列号为s+1-1)为止。
在此方案中，网络内所有的移动终端都建立一个路由表，包括所有的目的节点到达各个目标节点的跳跃次数(或标识距离矢量的路径矩阵)。每个路由记录都有一个由目标节点设定的序列号。序列号使移动终端可以区分当前有效路由路径和已过时的路由路径。路由表周期性地做全网更新以维护全网的通信有效性。通常，为了减少由于路由表更新而产生的大量路由信息传递，减少网络路由开销，可以采用两种路由更新方式。第一种是全清除方式，即通过多个网络协议数据单元将路由更新信息在全网中传输。如果网络内终端出现移动，则产生的新路由分组信息不定期的传达至网络内所有终端。第二种是部分更新方式，或称为增量更新方式，即在最后一次全清除传输后，只传递那些涉及变化了的路由信息进行传输，这些信息通常被放置在一个标准的NPDU里，从而减少路由信息的传递量。在增量更新方式中移动终端可以增加另外一个附加的表来存储路由更新信息。
新路由信息的广播信息包含目标节点的地址，到每个目标节点的跳数、接收信息的序列号，以及独有的广播序列号。新路由信息适用最新的序列号。如果两次更新具有相同的序列号，则具有较小的距离矢量阵的路由具有优先权。因为它代表路径最短(或跳数最少)。在通常情况下，从源节点到目的节点可能存在多条路径，在最佳路由路径的确定过程中，移动终端跟踪不同路由路径的时间，最佳路由路径就是时间最短的路径。在找到最佳路径之前，该时间呈收敛性涨落。一旦路径确定，这些信息就存放到每一个终端的路由表中，直到节点收到新的路由信息。
三、反应式硌由协议
反应式路由选择协议是一种当需要一条从源节点到目的节点的路径进行数据发送时才查找路由的路由选择方式。节点并不保存整个网络的及时准确的路由信息。当源节点要向目的节点发送报文时，源节点在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由后，才开始发送报文。为了提高效率，节点可以将找到的路由保存在缓存中供后续发送使用。反应式路由协议按需路由的特点可以较好地适应节点移动较为频繁的无线网络环境，节点发生移动后，只需要更新需要发送数据的相关路径的路由信息即可。
四、混合式路由协议
混合式路由是将前面两种路由方式结合起来，在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路由信息，并可以缩小路由控制消息传播的范围。当目标节点较远时，则使用反应式路由协议查找发现路由。ZRP协议就是混合式路由协议的代表。ZRP协议是一种专为多变的通信环境(如可重构无线网络，RwN)设计的平铺式路由协议。在每个节点定义一个区域，此区域包含一些节点，这些节点的距离(也就是跳数)在一个限定的范围之内。这个距离被成为区域半径rzone。每一个节点只需要知道它的路由区域内的拓扑结构，而且其路由信息随着区域内的拓扑更新而更新。这样，尽管网络很大，但更新仅仅在局部区域进行。由于距离大于1，这样区域就有大量重叠。
若s要与D通信，则s发送query消息，并一级一级广播下去，直到到达D，D响应这个请求，表明路山为：S-H-B-D。
B知道路由路径的机制成为路由累积。累积过程如下：query消息每经过一个节点，则在query消息中加上该节点的信息。为了限定信息大小并能反应出路由发现过程，在query消息中加入跳数限制，并且每经过一个节点，跳数减l，若跳数域为0，则丢弃该消息。区域内部采用先验式路由协议。
可以看出ZRP仅需要一些相对小数量的query信息，这些信息只是发给周边节点的信息。由于区域半径相对于整个网络来说总是比较小，得知区域内部拓扑的开销只是整个网络很少的一部分。而且，每一个节点储蓄的信息也大为减小。另外，ZRP协议比全网的反应式路由发现机制要快得
[论文摘要]探讨无线网络中实现安全通信的若干手段，并对比它们之间的差异，供同行参考。
一、引言
无线通信采用无线电波传输，具有保密性强、移动性高、抗干扰性好、架设与维护容易等特点，还能支持移动计算，越来越成为室外通信的最佳方案。目前无线通信可以实现计算机局域网、无线接入、网际互联、图文传真、电子邮件、互联网浏览、数据采集和遥测遥控等，已经成为现代通信手段的重要组成部分。因此，无线网络的安全通信技术成为业界的研究热点。
二、无线网络的安全通信措施
（一）WLAN的安全保障
虽然目前广泛使用的跳频扩频技术可以让人难于截取，但也只是对普通人难而已，随着通信技术的飞速发展，相信很快就会普及起来。
IEEE802.11标准制定了如下3种方法来为WLAN的数据通信提供安全保障：
1．使用802.11的服务群标识符SSID。但是，在一个中等规模的WLAN上，即使每年只进行两次基本群标识符的人工修改，也足以证明这是一个低效的不可靠的安全措施。
2．使用设备的MAC地址来提供安全防范，显然这也是一个低水平的防护手段。
3．安全机制相比前两种效果要好得多，即WEP(WiredEquivalentPrivacy)。它是采用RC4算法来加密传输的网络分组，通过WEP协议来保护进入无线网的身份验证过程。但从有线网连接到无线网是通过使用某些网络设备进行连接（即网络适配器验证，而不是利用网络资源进行加密的），还有其他的一些不可靠问题，人们在重要点的加密场合，都不使用WEP安全协议。
（二）VPN与IPSec的作用
VPN首先是用于在Internet上扩展一个公司的网络当然公司的部门或子公司在地理上位于不同的地域，甚至在不同的国家。VPN是一个加密了的隧道，在隧道中它对IP中的所有数据进行封装。在VPN中最常用的两种隧道协议是，点对点隧道协议PPTP和第二层隧道化协议LTP，它们分别是由微软和Cisco公司开发的。还有一种现在也在VPN中广泛使用的有隧道功能的协议即IPSec，它还是一个IETF建议IP层安全标准。IPSec首先是作为IPv4的附加系统实现的，而IPv6则将该协议功能作为强制配置了。
（三）IPSec协议及其实施
IPSec协议包括如下：验证头AH(Authentication)，封装安全载荷ESP(EncapsulationSecurityPayload)，Internet密钥交换IKE(InternetKeyExchange)，Internet安全关联和密钥管理协议ISAKMP(InternetSecurityAssociationandKeyManagementProtocol)及转码。IPSec体系定义了主机和网关应该提供的各科能力，讨论了协议的语义，以及牵涉到IPSec协议同TCP/IP协议套件剩余部分如何进行沟通的问题。封装安全载荷和验证头文档定义了协议、载荷头的格式以及它们提供的服务，还定义了包的处理规则。转码方式定义了如何对数据进行转换，以保证其安全。这些内容包括：算法、密钥大小、转码程序和算法专用信息。IKE可以为IPSec协议生成密钥。还有一个安全策略的问题，它决定了两个实体间是否能够通信，采取哪一种转码方式等。
IPSec的工作模式有如下2种：
1．通道模式：这种模式特点是数据包的最终目的地不是安全终点。路由器为自己转发的数据包提供安全服务时，也要选用通道模式。在通道模式中，IPSec模块在一个正常的普通IP数据包内封装了IPSec头，并增加了一个外部IP头。
2．传送模式：在传送模式中，AH和ESP保护的是传送头，在这种模式中，AH和ESP会拦截从传送层到网络层的数据包，并根据具体情况提供保护。例如：A、B是两个已配置好的主机，它们之间流通的数据包均应予以加密。在这种情况采用的是封装安全载荷(ESP)的传送模式。若只是为了对传送层数据包进行验证，则应采用“验证头(AH)”传送模式。IPSec可以在终端主机、网关/路由器或两者之间进行实施和配置。
（四）一个实现无线通信加密的方法
在给出下面加密方案之前，首先确定加密的位置：综前所述，选择在TCP/IP协议的IP层进行加密（当然也含了解密功能，下同）处理，可以达到既便利又满足尽可能与上下游平台无关性。为了叙述方便，笔者定义一个抽象实体：加密模块，当它是一台PC或工控机时，它就是具备基本网络协议解析与转换功能的安全（加密）网关；当它是一个DSP或FPGA芯片时，它就是一个具备网络协议功能的加密芯片；当它是一个与操作系统内核集成的软件模块时，它就是一个加密模块。至此，就形成如下加密方案的雏形：
1．在无线网络的桥路器或是无线Hub与有线LAN间置一加密模块，这时可用一台功能强劲的PC或是工控机（方便户外携带使用），最好是双CPU的，具备强大的数学运算能力，实现网络层到链路层之间的功能和IP数据包的加解密功能。
2．BlackBox：对FPGA(FieldProgrammableGateArray)进行集群，初定为由3块FPGA芯片构成，1块加密，1块解密，1块进行协议处理。之所以要求集群，是基于这样一个事实：由独立的一块100－1000MIPS的FPGA芯片完成协议处理和加解密这样超强度的运算处理，缺乏可行性。
3．在购买第三方厂商的无线HUB及桥路器时，与厂商进行技术合作，要求他们在设备上提供FPGA的接口，逻辑上FPGA只完成IP包数据的加解密功能，不涉及协议处理（由厂商的软硬件平成）。但这涉及知识产权归属的问题，对厂商来说，由他们来实现这一点是非常容易的。
三、小结
网络协议是数据传输安全的基础，加密技术是数据传输完全的核心技术，通讯传输机制是数据传输安全的实现方式，网络管理是数据传输安全的保障，网络数据的安全传输是在多方面机制的共同作用下实现的。因此，研究网络安全机制也应从网络协议、网络管理、网络传输、数据加密及安全认证机制等多方面进行探讨，网络的安全性应当在网络运行机制中的各个环节中得到保障。
参考文献：
[1]赵冬梅、徐宁、马建峰，无线网络安全的风险评估[J].网络安全技术与应用，2006.(03).
[2]张东黎，无线网络安全与认证[J].网络安全技术与应用，2005.(04).
1.1个人及家庭用户的无线网络构建
一部分家庭如果拥有两台或者更多台电脑，往往会采用含无线功能的路由器使得除了作为主机的机器需要通过网线进行网络传输以外，其余电脑乃至于手机等产品均可以通过无线网络的形式进行网络交互。在校园中，这样的例子也并不少见。一部分寝室如果拥有多台笔记本电脑，往往会购买一个无线路由器，使得全寝室的笔记本电脑都能够通过路由器集成的无线网络连接功能连接到因特网。
1.2热点应用的架构
近年来，校园内的咖啡厅、图书馆纷纷兴起了提供无线网络热点应用的服务，这些无线网络多是由商家自身搭建，往往会给享受服务的用户带来一定的帮助。例如将无线网络的技术引入到图书馆中，当图书馆需要召开会议时，可以让相关会议人员接入同一WIFI热点，在保障高速率传输速率的同时，还能节省大量的硬件成本，从而在保障会议质量的同时提升经济效益。
2校园无线网络安全管理中存在的问题分析
正如上文中所论述的，随着无线网络技术的日益发展，构建无线网络已经成为了解决了校园师生种种需求的最佳解决方法。无线网络中强调了传输效率和可管理性，相较于有线网络具有易扩容性、节省硬件开支、便捷性等一系列优势，在校园中的流媒体感知、教学内容下载、CDN和校园业务调度等不同方面更是均有着得天独厚的巨大优势，已经逐渐成为了校园网络发展的一种潮流。但在广大师生手持笔记本电脑，在校园中的任何地点都能轻而易举地接入到互联网中的同时，无线网络的安全性也面临着重大的安全隐患，诸如非法接入网络窃取用户资料、带宽盗用等一系列安全问题也渐渐出现在校园师生的关注当中。无线网络的安全级别与网络部署者及用户的安全意识息息相关。由电信、网通这些网络巨头构建的大型无线网络（如CMCC），多会采用强制性的安全认证措施，同时网络内部的防火墙也往往会布置的较为完善。但校园网络隶属于中小规模的无线网络，上文提到的诸如校园图书馆、咖啡厅、商场等架构的热点应用，多是由管理者自行架构，但由于管理者的安全意识和技术水平存在差异，这样架构的热点无线网络应用的安全性同样也是参差不齐。调查显示，校园网络中60%的热点应用的无线接入点都存在安全隐患，部分热点应用的无线接入点甚至连基于MAC地址的身份认证都没有设置，这无异于让无线网络“裸奔”。如果让黑客连入到这样一个无线网络中，只需要黑客破解无线系统的加密算法，就可以窃取同一时刻连入到热点中的用户的资料，进而对其造成威胁。而也正是由于部署者和使用者安全意识淡薄，使得校园无线网络这一网络构建体系成为了安全事故的重灾区。
3校园无线网络的安全问题的优化路径分析
随着笔记本电脑的迅速普及，网络接入的需求也日益高涨。而在校园这样一个信息交流更为迫切的公共场所中，无论是校园中的教师还是学生，由于自身的各种因素，往往更是对随时随地能够进行网络交流这一要求显得更为迫切。在这样一个背景条件下，传统的有线网络构建已经难以满足校园内师生日益高涨的网络互联需求，因此，无线局域网络构建及相关无线网络优化路径的选择便成为了解决这一难题的重要方法。
3.1利用WPA2算法加强校园无线网络密码保护
WEP安全加密模式由于操作性简单，在无线网络刚刚兴起的时候，成为了保护无线网络安全的重要工具。但随着近几年来无线网络的迅速发展，WEP这种安全加密模式渐渐却变得形同虚设。只需使用浏览器插件，甚至是一个简单的手机APP应用，就可以利用穷举法得出WEP加密模式的密码，进而进入到无线网络中，造成带宽的盗用。实际上，无线网络中的连接密码作为保护无线网络安全的重要关卡，在整个无线网络的构建中有着举足轻重的作用。基于此，校园无线网络可将WPA2算法作为密码的基本算法，在密码的设置中，也采用添加大量大小写字母，添加特殊符号，增加密码位数等多种方法，使得黑客利用穷举法破解密码的难度大大增加。
3.2利用身份认证保护校园无线网络重要数据的传输及用户资料安全
同样，校园师生对于无线网络的安全问题也存在一定的认知误区，认为无线网络没有身份认证可以给自身带来极大的方便，对于校园无线网络中保存的重要资料，相关的部署着可以采用难度较大的802.1x标准认证与EAP-FAST的身份验证的方式，同时为访问资料的用户提供动态加密密钥、物理地址和标准802.\验证机制，以确保访问资料的用户输入账号密码不会被木马软件截获。
3.3利用网络准入策略加以检测
当有用户连接到校园无线网络中时，可先暂时关闭用户对资源的访问权限。此时，校园无线网络中的用户接入的无线网络服务器，也就是网络准入策略，会开始对连入资源的用户系统进行扫描，查看用户是否符介准入策略的要求。如果用户符合网络准入策略的要求，则会重新分配一个校园无线网络内网地址给用户。再重新开放用户对资源的访问权限，使其能够继续使用校园无线网络。
4结束语
无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话、笔式计算机和寻呼机。无线技术用于多种实际用途。例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件。
二、无线网络的标准
为了解决各种无线网络设备互连的问题，美国电机电子工程师协会(IEEE)推出了IEEE802.11无线协议标注。目前802.11主要有802.11b、802.11a、802.11g三个标准。最开始推出的是802,11b，它的传输速度为lIMB／s，最大距离室外300米，室内约50米。因为它的连接速度比较低，随后推出了802.11a标准，它的连接速度可达54MB／s。但由于两者不互相兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802，11a网络中不能用，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b标准且与802.11a速率上兼容的802.11g标准，这样通过802.11g，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。IEEE802.11g同802.11b一样，也工作在2.4GHz频段内，比现在通用的802.11b速度要快出5倍，并且与802，11完全兼容，在选购设备时建议弄清是否支持该协议标准。选择适合自己的，802.11g标准现在已经开始普及。
三、无线网络类型
(一)无线广域网(WWAN)。无限广域网技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家(地区)。目前的WWAN技术被称为第二代(2G)系统。2G系统主要包括移动通信全球系统(GSM)、蜂窝式数字分组数据(CDPD)和码分多址(CDMA)。现在正努力从2G网络向第三代(3G)技术过渡。一些2G网络限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代(3G)技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。ITU正积极促进3G全球标准的指定。
(二)无线局域网(WLAN)。无线局域网技术可以使用户在本地创建无线连接(例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场)。WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。WLAN以两种不同方式运行。在基础结构WLAN中，无线站(具有无线电网卡或外置调制解调器的设备)连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。在点对点(临时)WLAN中，有限区域(例如会议室)内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。
(三)无线个人网(WPAN)。无线个人网技术使用户能够为个人操作空间(POS)设备(如PDA、移动电话和笔记本电脑等)创建临时无线通讯。POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。目前，两个主要的胛AN技术是“Bluetooth”和红外线。“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在30英尺以内使用无线电波传送数据。Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。“Bluetooth专门利益组(SIG)”推动着“Bluetooth”技术的发展，于1999年了Bluetooth版本1.0规范。作为替代方案，要近距离(一米以内)连接设备，用户还可以创建红外链接。
为了规范无线个人网技术的发展，IEEE已为无线个人网成立了802.15工作组。该工作组正在发展基于Bluetooth版本1.0规范的WPAN标准。该标准草案的主要目标是低复杂性、低能耗、交互性强并且能与802.11网络共存。
无线个人网和无线局域网并不一样。无线个人网是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速度和低价格的电缆替代技术。但无线局域网却是同时为许多用户服务的无线网络，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。
最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是[EEE802.15.1[w-BLUE]。蓝牙的数据率为720kb／s，通信范围在10米左右。为了适应不同用户的需求，无线个人网还定义了另外两种低速WPAN和高速WPAN。
(四)无线城域网(WMAN)。无线城域网技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接(例如，在一个城市或大学校园的多个办公楼之间)，而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。此外，当有线网络的主要租赁线路不能使用时，WWAN还可以作备用网络使用。WWAN使用无线电波或红外光波传送数据。为用户提供高速Internet接入的宽带无线接入网络的需求量正日益增长。尽管目前正在使用各种不同技术，例如多路多点分布服务(MMDS)和本地多点分布服务(LMDS)，但负责制定宽带无线访问标准的IEEE802.16工作组仍在开发规范以便实现这些技术的标准化。
无线城域网服务范围可覆盖一个城市的部分区域，通信的距离变化较大(远的可达50公里)，因此接收到的信号功率和信噪比等也会有很大的差别。这就要求有多种的调制方法。因此工作在毫米波段的802.16必须有不同的物理层。802.16的基站可能需要多个定向天线，各指向对应的接收点。由于天气条件(雨、雪、雹、雾等)对毫米波的传输的影响较大，因此与室内工作的无线局域网相比较时，802.16对差错的处理也更为重要。
四、结语
随着第三代(3G)移动通信时代的到来，无线网络能够可以提供更多的多媒体业务，话音、数据、视频等，可收发电子邮件，浏览网页，进行视频会议等。虽然，未来的第四代(4G)移动通信的标准尚未出台，但它在各方面提供的服务都将优于3G的水平。今后几年，无线网络技术将更加成熟，产品性能将更加稳定，市场将持续不断地增长，价钱将持续降低，大型设备提供商将进入这个市场，大所属企业和公司将采用无线局域网进行内部网络建设。面对如此良好的发展前景，我国应大力推动无线局域网技术的研究和实用化，抓住无线局域网发展的契机。这样，不仅可极大地推动国家信息化的发展进程，还将为我国信息产业和通信市场步入国际市场提供大好机遇。
信息通信技术的发展和移动互联网的快速普及，使得包括笔记本电脑、智能手机和平板电脑等终端使用呈现爆炸式的增长。根据工信部电信研究院的《移动终端白皮书2012》，2011年全国移动智能终端出货量超过1.1亿部，超过了2011年之前中国移动智能终端出货量的总和。而目前包括智能手机和平板电脑等在内的移动互联网终端的全球年出货量已经远超过传统的PC出货量[1]。根据全球权威的技术研究和咨询公司Gartner最新预测，2014年全球IT终端设备（个人电脑、平板电脑和智能手机）出货量预计将超过25亿台，与2013年相比，增长7.6%[2]。移动互联网的应用已经渗透到社会生活的各个领域，人们无时不刻地需要保持网络连接，这与乘坐飞机旅行中不能使用各种移动终端之间产生了极大的矛盾，对此国内外学术界和工业界都给予了高度的关注，文献[3]提出了一种面向卫星网络的主动重传扩频时隙ALOHA多址接入控制方法。目前已有多家航空公司尝试在飞机上安装机载卫星宽带通信系统，并开始试点基于机载卫星通信系统向乘客提供无线接入的测试和试运营的工作，国内民航公司也已经开始计划利用卫星通信技术，为客舱提供宽带通信服务，解决飞行中的信息孤岛问题[4]。传统上而言，在飞机飞行的全程中都不允许使用各类电子设备、特别是包括带有无线和射频等功能模块的手机、平板电脑和笔记本电脑等。飞机起降期间是飞行中事故最易发的时间段，此时如果手机或电脑尝试登录或连接地面无线网络，会发射较强的无线信号，可能超出了航空环境的辐射信号安全允许范围，继而对飞机上的通信、导航和飞行控制等电子设备造成影响和干扰。即使在机舱内建立一个小型无线网络，降低地面无线网络的影响，但现行的法律法规仍然严格限定在飞机起飞和降落时不允许使用各类电子设备，只有在平飞阶段旅客才可使用机载无线网络，尽可能地减小对飞行安全的影响。另一方面，已经提出的机载无线网络解决方案仅支持笔记本电脑和平板电脑等配置了无线局域网（WLAN）的终端设备，依然不能使用手机等传统的移动通信终端。对于经常搭乘飞机出行的商务乘客而言，他们对于机票价格的敏感性比较低，但是对于航班途中能够提供的服务敏感性比较高。特别对于搭载国际和长途航班的商务乘客而言，在数小时乃至十几个小时航程的航班上无法与外界沟通，可能造成非常大的直接和间接经济损失。如果能够在飞行中提供通信和网络服务，即使增加一定的成本，但与长时间失去外界联系造成的损失相比仍是可以接受的。显然，对于商务乘客而言会倾向于优先选择可以提供地空互联的航班。而对于航空公司而言，提供额外的通信和网络服务也会给其带来附加的收入或通过降低航班票价的折扣比例获得收入增加，而飞机制造商和维护厂商也能从设备采购、安装和维护等环节中获得收益。不难看出，提供机载通信和网络服务对于整个产业链都具有显著的正面影响，在飞机上安装地空互联和机载无线接入系统将是未来航空产业发展的一个主要趋势，结合拓扑控制技术和功率控制技术，采用定向天线代替全向天线的通讯机制有效地缓解了无线骨干网络的信号干扰问题。[5]目前已经提出的机载无线网络的主要实现方式是首先由飞机通过卫星转接后与地面主站实现通信，飞机机舱内建立无线局域网（WLAN），并使机上乘客通过WLAN接入机舱局域网。这种方案的主要缺点是WLAN使用的多为2.4GHz~5GHz的电磁波段，频谱资源非常有限，对于乘客密集的飞机机舱应用场景而言，较多用户同时使用网络的带宽很难保证；同时该频段还有包括蓝牙等其他短距无线网络的干扰。考虑到飞机上空间非常有限，大量各类通信、控制和传感等电子装置及其线缆密集地集中在较小的布线空间内，而增加WLAN接入点及网络布线无疑会遇到许多困难，更重要的是WLAN的无线信号也可能对一些电磁干扰敏感的电子设备造成影响，机舱的电子环境发生变化使得飞机制造商和航空公司不得不投入巨资重新考虑机上的电磁兼容问题。可见光通信（VLC）技术是利用发光二极管（LED）等发出的肉眼觉察不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，即将需要传输的数据调制在LED发出的光并进行传输，利用光电转换器件接收光载波信号并解调以获取信息。可见光通信系统的网络覆盖范围就是灯光所能达到的范围，不需要电线或其他的连接。与WLAN技术相比，可见光通信系统利用照明设备代替WLAN中的基站或热点，采用MIMO-OFDM技术其传输容量可达数Gbit/s。[6]可见光通信同时实现了照明和通信，将其引入机载无线通信网络时可以直接利用原有的机舱中的阅读灯，无需增加复杂的网络布线和热点等设施，从而实现低成本的机舱内无线网络，不仅对飞行安全而且实现了绿色环保。本文针对基于VLC的机舱无线网络的信道和布局进行了研究，论文第二节给出了VLC系统原理及关键技术，第三节是机舱内VLC系统的布局模型研究和性能分析。
2VLC系统原理和关键技术
人们使用的照明光源已经历经了白炽灯、节能灯和LED三代，其中白光LED因其能耗低、寿命长、尺寸小、亮度高等特点迅速占领了市场，得到人们的广泛认可，成为理想的照明光源。正是因为LED照明灯将在未来普及，人们想到在LED灯泡照明的同时，将信息加载到灯光上，而通信所使用的较高调制频率人眼无法察觉，从而在照明的同时实现网络通信。可见光作为信息传输介质与传统的射频及无线通信方式相比，有着诸多优势，其中最主要的就是可见光通信不需要复杂的电磁波频谱分配，可以作为现有射频无线通信的补充，极大地扩展通信所使用的电磁波频谱范围。传统的射频和无线通信技术最大的一个缺点是需要对所使用的电磁波频谱进行仔细划分和规划，特别是使用较多的射频和微波频段，可以使用频谱资源非常有限。同时，射频和无线通信的空中接口是开放的，存在难以完全解决的安全问题。而可见光通信使用的频率约在400~800THz（波长约为375~780nm），其信道的使用是完全免费的，不需要购买或授权使用许可。在信息安全方面，可见光通信也有其独特的优势，可见光传输是视距（LOS）模式，只要信道被遮挡信号就会中断，减小了信息被窃取的机会。同时，可见光通信还具有高度的安全性，不会涉及如射频和无线信号可能存在的对人体健康产生的影响或伤害。基于LED的可见光通信最早由日本的中川研究室于20世纪初提出，国内在2006前后开始跟踪相关的研究进展，并对可见光通信的系统结构和关键技术进行了初步研究[7]-[9]；文献[10]提出了一种基于光码分多址（OCDMA）的可见光通信的无线局域网系统设计方案；文献[11]和[12]提出了一种基于USB接口的室内可见光无线接入电路；文献[13]和[14]分别就如何削弱VLC系统中多径串扰和背景光噪声的影响，以及室内光照度的分布等进行了研究。可见光通信作为一种新型的无线通信方式，在一些特殊情形下有着突出的优势，例如一些对于电磁干涉敏感的环境如医院和航空器等，一个典型的可见光通信系统的组成框图如图1所示。如图可知，一个典型的VLC系统主要包括光源与驱动、光检测与放大、调制与解调、信号处理等部分组成。可见光通信系统利用LED光源发出的光信号传递信息，现阶段的白光LED相比于白炽灯具有极好的响应性能（白炽灯响应时间为毫秒级，LED响应时间为纳秒级），且LED电光转化效率高（接近100%），非常适合高频电信号的调制。使用RGB-LED可以满足比传统白光LED更加多元的需求，当需要用到某一波段的灯光时，RGB的混色可以随心所欲[15]。可见光通信系统中最基本的调制方式是幅移键控（ASK），随着对系统容量需求的不断提升，也开始逐步引入包括正交频分复用（OFDM）等先进的调制方案。调制后的光载波信号直接在大气中传输，因此需要考虑信道中可能的外部影响。对于室外和室内使用的VLC系统而言，干扰源及其影响不尽相同。例如对于室外VLC应用场景，主要的干扰源是太阳光等自然光的强背景辐射噪声，而在室内环境中，则是各种照明光源带来的干扰。对于特定的应用场景而言，两种干扰可能会同时存在。例如对于基于VLC技术的机舱通信系统而言，机舱照明灯和窗户照进来的阳光会对VLC信号同时产生影响。另一方面，对于无线信道的传输通常需要考到多径效应等影响，但是对于机舱阅读灯等特定应用场景而言，由于其照射范围比较集中，受邻座阅读灯干扰很小，可以只考虑直射光信号。经过信道传输后，VLC系统接收端通过光检测器（如光电二极管PD）来检测光信号，把光信号转换成电信号后经过解调还原处原始信息。对于VLC系统而言，一般需要在为了保证接收到足够的光信号，VLC系统一般在PD前配置了透镜用以对接收到的光功率进行聚焦。特别是对于室内VLC应用环境，由于PD有效检测面积很小，接收到的光信号较弱，考虑到相邻光源可能的干扰，用透镜，把光信号会聚到PD上，可以有效增加PD接收到的光信号强度，并且减小相邻信号的干扰。PD将光信号转成电信号后，需要经过信号放大、滤波整形、定时再生后、解调后可恢复出原始信号。
3基于VLC的机载无线通信系统
3.1系统模型和基本参数由于基于VLC的机载通信系统应用的基本前提是不对已有的飞机机舱格局进行改变，因此我们通过对典型民用客机的机舱环境进行调研和资料查阅，初步构建了基于乘客独立阅读灯的通信+照明合一的VLC系统模型。以民用航空中使用最普及的波音系列客机座椅作为参照进行系统建模，一般情况下认为前排座椅背面放下的小桌板为乘客理想的工作平面，而小桌板的尺寸为400×2402mm。因此，只要满足在这个平面区域内照明和通信即可。图2和表1分别给出了机舱座椅模型和主要参数。如果不考虑外部遮挡，当光源位于工作平面的正上方时，该模型为最佳模型，此时光源到小桌板的垂直距离为850mm。但是基于VLC的机载通信系统中一个重要的问题是必须考虑到遮挡效应，即当前排乘客放倒座椅时，此时座椅角度会增大至倾斜约38°（初始倾斜角度为15°）。此时若VLC光源仍位于工作平面正上方，则将会有一部分区域为照明通信阴影。因此需要将光源位置水平后移一定距离，保证工作区域始终处于照明条件下。通过计算得到完全无遮挡的并且光源距离工作平面中心最近的水平距离为544mm，光源的发射角约为11.5°，如图3所示。
3.2性能分析
基于VLC的机载无线通信系统的基本要求，是所使用的LED光源的光照强度满足相关的机舱照明标准，针对我们设计构建的机舱VLC通信系统模型，根据HB6491-91《飞机内部照明设备通用要求》，并参考《飞机设计手册》的相关章节，其有效照度的指标要求光照度应达到300～500lx之间[17]。由此可见，点光源在面元ds上所产生的光照度与光源的发光强度I成正比，与距离的平方成反比，并且与面元相对于光束的倾角θ有关，这个即为点光源光照度的距离平方反比定律。由于白光LED是一种非相干光源，不会形成光的干涉现象，因此多个LED构成阵列时遵循叠加原理，即总的光照度1NiiEE???，其中iE为每个LED的光照度，N代表总LED灯的个数。结合现有机载照明灯的尺寸和文献中一般采用的LED阵列，本文使用的模型中为光功率1W，中心发光强度为55cd的LED芯片。当光源距离工作平面中心554mm时，采取3?3的阵列模式，等效发光面积大小为60×602mm。当光源位于工作平面中心正上方时，采取3?2的阵列模式，等效发光面积大小为60×362mm。根据以上建立的模型，可以计算得出机载VLC系统中接收平面（小桌板）处的光照度分布以及最值。当光源距离工作平面中心554mm（如图5a所示）时，与光源位于工作平面中心正上方（如图5b所示）相比，工作平面靠近乘客的一端有更大光照度。另一方面，由机阅读灯照明范围一般只覆盖到每位乘客小桌板范围，不会影响到其他乘客，所以这里我们只考虑光线直射情况。从图中我们可以看出，该光源模式下，靠近光源的小桌板一侧会出现光照度最大值，小桌板的两侧会出现光照度最小值，这符合飞机阅读灯只给单个乘客提供照明而又不影响其他乘客的要求，也保证了来自相邻座位的通信干扰相对较低。图6给出了中心光源对相邻座位的影响，只有中心光源照明时，相邻座位接收到的光照度不足300lx，并且可以通过调整接收机的接收角，以达到完全屏蔽来自相邻座位光源的信号。同时小桌板中心区域照明度满足国际标准（ISO）提出的工作照明300-500lx的要求。图7给出了本文提出模型的工作平面处接收光功率计算结果，可以看出在工作平面内，光线入射角处于光探测器接收范围内。与图5给出的光照度分布图对比可以发现，光电探测器的接收功率分布大致类似于光照度分布，但相对于光照度分布值相对陡峭，这是由于接收角的存在，LED阵列正下方的光线很容易进入探测器的接受范围之内，而边缘的光线因为接收角的原因较难进入探测器接收范围之内。
4结束语
1．1固定位置部署的医生工作站
目前我院有医院信息系统(HIS)、电子病历系统(EMR)、口腔专科门诊电子病历系统(MZEMR)、影像处理系统(PACS)、实验室数据处理系统(LIS)等重要信息系统，连接了江苏省医保、南京市医保、市卫生局干部保健、南京市各区县医保、市民卡中心、12320网上预约等多条网络线路。但由于网络模块位置的局限和追求布线的工整美观，计算机终端设备基本都部署在各科室的固定位置。医护人员通过固定位置部署的医生工作站电脑来操作各类信息系统程序，完成日常的医疗工作(如病历书写、检查申请、诊断开药、影像浏览等)，查阅或医院最新通知公告、发展动态，下载常用办公软件和各类院内制式表单，进行网上报修等。因为医疗行业的特殊性，我院医护人员日常需要对病人进行引导、查房、换药、接送手术等工作，在院内移动相对较为频繁，在接待完患者之后，他们需要回到科室固定的位置使用计算机来处理相关系统数据，来回往返，耗时耗力。随着医院业务量的不断增加，医护人员的工作强度和压力也与日俱增，对信息系统的依赖和对计算机数量的需求也逐步提高，这就要求网络给予足够的扩容空间，然而这些要求显然已不是传统有线网络所能满足的。
1．2不断升级的院内网络功能需求
随着网络社会的迅速发展，医院网络的功能也不断升级，为更好地优化医院管理、应对网络舆情，我院近年来开设了中英文网站、西祠讨论版、官方微博、院内论坛、数字多媒体等多个面向院内外的网络媒体，这就要求医院各相关职能科室人员需通过办公电脑连接互联网进行相关工作。在传统有线网络时代，我们需要通过增设网络线路或通过小型交换机、路由器等辅助设备来满足不断增长的网络应用需求。但是布线需要采取排线、钻墙、穿越天花板等方式进行，这不仅会影响院内办公场所的整洁美观，还会干扰医院的正常诊疗秩序，而且在诊室和病房中施工改造具有较高的危险性。无线网络的架构只需要通过在原网络点部署AP接入便可实现区域网络的覆盖，实施便捷，不会造成环境和秩序的影响，而且危险性大大降低。
2院内无线网络系统的建设
2．1利用现有网络环境部署
由于医院现有的传统有线网络模式已基本成型，并且某些医疗区域(如:手术室、消毒供应室等)的布线施工难度较大，因此再为无线网络系统的部署去改造现有的网络环境，增加网络布线，不仅工期长，而且也会给病人和日常的诊疗工作带来诸多不便。将机房的核心交换机及各楼层交换机划分不同的WLAN，再把无线设备通过有线方式接入网络交换机，实现无线网络与原有网络逻辑隔离、互不影响，在不改变原网架构的前提下实现无线网络的便捷部署，见图1。
2．2无线访问接入点(AP)采用基于局域网的供电(POE)技术
在无线网络的建设过程中，为降低施工复杂度，减少日后的安全隐患，我院采取了以太网在线供电技术，通过承载以太网数据的同一条五类/超五类双绞线电缆提供可靠的直流电源，保障无线AP工作所需。［1］我院将原各楼层交换机更换为支持IEEE802．3af标准的POE供电交换机，用于汇聚各对应楼层的所有AP，并通过网线直接对AP供电。
2．3覆盖全院的无线网络无线接入点AP分布
在医院主楼2－15层和医技楼1－5层，根据AP的性能指数及各楼层的建设布局，选择性地部署在最佳方位，确保各楼层各角落都能搜索到无线信号。医护人员工作的时候，需要在不同的病房、办公室之间移动，这样移动设备也会在不同的AP覆盖范围之间切换漫游，要保证AP部署的合理性，避免在移动过程中断网或者网络延时过高，为医护人员工作带来麻烦。［2］传统无线网络中，某个无线接入点一旦出现故障，无线覆盖就会出现盲区，导致该区域无网络信号。我院此次无线网络建设中采用了ARM(自适应射频管理)技术，该技术可以在某个无线接入点出现故障后，通过自动增加附近无线接入点的发射功率，实现对故障无线接入点所属范围的无线覆盖，见图2。SiINTERNET1123414图2口腔医院无线部署后网络拓扑图
2．4采用统一的监控与管理
传统无线接入点也称为FATAP，其自身需要有相应控制软件并进行独立的配置方能运行。由于医院的无线接入点数量较多，且医院业务网络具有复杂性和多样性等特点，如需要了解各AP的工作状态及性能，并对每个AP进行相应的配置，没有专业的技术支持和后期的维护保障，在日常工作中很难做到及时有效的监控与管理，因此我院此次部署了由无线控制器(AC)统一管理的无线接入点THINAP。采用集中式部署的方式，无线控制器AC与核心交换机配合完成对网络内无线接入点AP的统一监控与管理，方便了日常的维护与监管，尤其是在AP出现故障时，能很快地查到出故障点。
2．5合法的无线保护机制
无线网络虽然为医院工作人员提供了方便，但是存在着无线入侵、网络攻击、非法AP接入、信息泄露等安全问题。我院无线系统提供多层次的无线安全措施来保护无线资源、数据、网络和用户。首先配备完善的射频监控技术，获得专利的分类引擎让管理员可以通过自动检测非授权用户、抑制和保证用户不会连接到非法AP等方法来保护无线资源。其次，院内管理人员通过无线控制器的WEB界面，便可实时查看到是否有非法AP在网内。管理人员亦可开启自动保护机制，阻止合法无线终端通过非法AP连接到院内网或者被诱骗到假冒AP上。这些非法的无线连接会被周边最接近的AP所发出的802．11De－Auth包所切断。802．11De－Auth包会不停地发出直到在线的无线终端的无线连接被打断为止。要做到一个真正自动的保护机制就必须能正确识别所有在医院无线覆盖范围内检测出来的AP身份。我院使用的无线自动保护系统可同时收集和分析来自有线端口和无线信道两方面的数据信息，通过无线入侵保护系统能够准确地区分出连接到院内网的非法AP和位于围墙外面的干扰AP之间的差异，从而可以避免对非法AP的错判和漏判。
3医院无线网络系统的优势
3．1建立移动式的工作站信息系统
无线网络技术以其终端可移动性、接入灵活方便等特点，打破了先前医院各种系统应用的局限性，使得医院工作人员可以随时随地通过无线网络接入到医院的信息系统当中，方便及时地了解医院信息、科室信息及病人信息(影像图片、病理诊断、检查检验、病历医嘱等等)，为医疗服务提供了便捷。无线网络的覆盖可以最大程度地发挥现有医疗信息资源的能效，提高管理人员、医护人员的工作效率，降低工作强度，提升患者满意度水平。
3．2为接入互联网提供方便
无线系统的引入，使得医院工作人员接入互联网不再局限于通过办公电脑，而是可随时随地的在医院各个角落使用各种终端设备接入互联网，优化了医院现有的办公模式，提升了网络宣传水平和网络舆情的应对能力。医院是公共场所，聚集了大批社会人员，由于无线网络没有固定的边界，为防止医院周边以及进入医院的其他人员通过各种非法方式访问，对医院网络造成影响。［3］我院无线采用了明暗服务集标识(SSID)配合WPA/WPA2的加密方式。连接互联网的无线SSID为搜索可见，用户可直接通过密码连接访问;内网无线SSID仅院内相关人员知晓，需要用户通过手动查找并输入对应密码方可连接。
广播电视网络最主要的信号是音视频信号，但在加入了交互信息后，成组信号传输时容易出现信号混合。在下一代广播电视无线网络模块首先要对信号预处理进行解决，将混合信号处理成有逻辑的信号组，通过信号封装流进入无线网络传输到用户端。
1.1信号的输入处理广播电视信号在进入网络传播前，要对信号进行编码以保证传播过程中的准确性，编码与适配器组合才可以进行后续的信号操作。对于不同的信号采取不同的编码，也就对应不同的适配器，一对一的进行处理，更好的形成输出流。无线网络模块信号输入处理的部分，编码适配器都具备特定输入接口，将输入信号进行处理，将处理后的信号分到不同传输域中，通过适配器处理的信号都会加入头包进入数据域。
1.2编码纠错能力无线网络传输组帧之间需要适当的编码和调制技术进行协调，在下一代广播电视网络中将采用联合处理技术。首先是交织打散，对反分散后信号在时间和频段上进行复核交织以提升信号的分散度。这样分散交织的处理手段，能够强化信号传输质量，编码模块通过编码纠错、调制和交织综合处理。编码纠错主要是保证广播网络信号出错率在10-7以下，为此编码主要采用内码外码混合编制技术进行处理。外码编码完成后会产生对编码检验的结果信息，这些校验信息会放到信号处理模块的尾部，与处理生成的基带编码形成内码处理的信息串。调制主要采用的星座映射，任意的两个星座之间只有一个变化位，以此来保证变化误差降到最低。
调制方法有很多，为了保证调制后的信号具有统一性，映射处理还会对信号功率进行处理，保证信号具有统一的功率。传统的编码机制在网络中已经表现了较好的数据传输效率，但有线网络面临衰减，无线网络面临选择，编码信号的传输还是存在问题。在新一代广播电视网络中，调制技术得到了更新，星座关系通过旋转和交织，支路采取单独传输策略，接收端不仅能够接收当前线路的信息，还能接收另一条线路的有关信息，这样单独传输复合接收的模式，保证支路信号丢失时仍有可以恢复的信号流。交织技术是针对传统有线线路干扰多、衰弱快的问题产生的，多种交织技术在无线网络中，对信号通道进行处理。
信号在信道传输过程中，受到最严重的影响就是多通道噪声，在较长的传输过程中，变信道对信息流的干扰，在多通路传播时影响的不只一条信息流，而在接收端进行恢复时，又只能单独进行恢复，其他受影响线路就出现了永久的连续错误。在下一代广播电视网络中，多种交织技术，在多通道信号内部形成更为精准的随机效果，时间交织和频段交织能够保证受到影响的信号流仍然能够进行完全恢复。时间交织是将模块内数据用伪随机机制分散到不同的时间处理线路上，将无关信号的干扰降到最低。频段交织则是在频段数据内进行随机化配列，对信号单元进行重组，极大的降低了选择通道中信号的相互干扰。
2总结
