无线网络论文范文精选

摘要：无线网状网络是由AdHoc网络发展而来的一种多点对多点的无线网络，目前无线网状网络的路由协议都从很大程度上参考AdHocl~络的路由协议，其中经典型路由协议更是直接将AdHoc路由协议应用于无线网状网络环境。对经典型无线网状网路由协议进行介绍，并对其中具有代表性的协议进行重点分析。

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

一、无线网络概述

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。

1校园无线网络应用简述

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

1双向数据推送技术

传统的广播电视网络中，信号通过有线线路范围覆盖，中心和边缘位置因为信号放大和传输距离的问题，信号质量无法保证一致，为此在实现数据推送时，信号质量成为最大的障碍，而且因为放大设备不具备双向处理能力，单向推送明显已经不能应付当代的使用要求。蜂窝网络是比较典型的双向通信技术，双向通信效率高，但存在辐射范围小的问题。如果使用蜂窝网络实现更大范围的无线网络传输，就需要更多的信号发射装置，这无疑增加了网络建设投入。在下一代广播电视网络中，将会采用重叠式网络构架，传统广播和双向推送共同使用。通过大范围传播装置实现数据推送和用户反馈信息的处理，再结合小范围传播装置对网络推送进行补充，重叠式的信号交互可以让网络运用更加充分，传播效率也更高。

2下一代广播电视无线网络模块

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。

2.1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。

2.2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。

1院内无线网络线路情况

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。

从上个世纪90年代以来，移动通信和Internet是信息产业发展最快的两个领域，它们直接影响了亿万人的生活，移动通信使人们可以任何时间、任何地点和任何人进行通信，Internet使人们可以获得丰富多彩的信息。那么如何把移动通信和Internet结合起来，达到可以任何人、任何地方都能联网呢?无线网络解决了这个问题。无线网络和个人通信网(PCN)代表了21世纪通信网络技术的发展方向。PCN主要用于支持速率小于56bit/s的语音/数据通信，而无线网络主要用于传输速率大于1Mbit/s的局域网和室内数据通信，同时为未来多媒体应用(语音、数据和图像)提供了一种潜在的手段。计算机无线联网方式是有线联网方式的一种补充，它是在有线网的基础上发展起来的，使联网的计算机可以自由移动，能快速、方便的解决以有线方式不易实现的信道联接问题。然而，由于无线网络采用空间传播的电磁波作为信息的载体，因此与有线网络不同，辅以专业设备，任何人都有条件窃听或干扰信息，因此在无线网络中，网络安全是至关重要的。

目前常用的计算机无线通信手段有无线电波(短波或超短波、微波)和光波(红外线、激光)。这些无线通讯媒介各有特点和适用性。

红外线和激光：易受天气影响，也不具有穿透力，难以实际应用。

短波或超短波：类似电台或是电视台广播，采用调幅、调频或调相的载波，通信距离可到数十公里，早已用于计算机通信，但速率慢，保密性差，没有通信的单一性。而且是窄宽通信，既干扰别人也易受其他电台或电气设备的干扰，可靠性差。并且频道拥挤、频段需专门申请。这使之不具备无线联网的基本要求。

微波：以微波收、发机作为计算机网的通信信道，因其频率很高，故可以实现高的数据传输速率。受天气影响很小。虽然在这样高的频率下工作，要求通信的两点彼此可视，但其一定的穿透能力和可以控制的波角对通信是极有帮助的。

综合比较前述各种无线通信媒介，可看到有发展潜力的是采用微波通信。它具有传输数据率高(可达11Mbit/s)，发射功率小(只有100～250mw)保密性好，抗干扰能力很强，不会与其他无线电设备或用户互相发生干扰的特点。

扩展频谱技术在50年前第一次被军方公开介绍，它用来进行保密传输。从一开始它就设计成抗噪声，干扰、阻塞和未授权检测。扩展频储发送器用一个非常弱的功率信号在一个很宽的频率范围内发射出去，与窄带射频相反，它将所有的能量集中到一个单一的频点。扩展频谱的实现方式有多种，最常用的两种是直接序列和跳频序列。

无线网技术的安全性有以下4级定义：第一级，扩频、跳频无线传输技术本身使盗听者难以捉到有用的数据。第二级，采取网络隔离及网络认证措施。第三级，设置严密的用户口令及认证措施，防止非法用户入侵。第四级，设置附加的第三方数据加密方案，即使信号被盗听也难以理解其中的内容。

相对于2G时代,3G时代是一个竞争的时代,众多运营商将参与到3G的竞争,对用户而言运营商提供服务的优劣将直接影响到用户的认知度,因此,运营商从一开始就应当准备建设一个高质量、能提供多种类型业务、有竞争力的网络,这是WCDMA无线网络规划的出发点论文。本文即主要对WCDMA无线网络规划过程的原则及规划方法进行了探讨,并对依托于现有2G网络规划做了阐述。

网络规划内容探讨

WCDMA网络规划主要包括覆盖规划、容量规划、业务质量规划以及与之相关的无线网络资源的规划。WCDMA系统覆盖能力与系统容量、负载状况相关。系统负载的增加会导致覆盖范围的缩小,这就是WCDMA的“软”特性。同时由于WCDMA系统的目标是为用户提供包括话音业务在内的多种不同速率、不同QoS质量要求的业务,因此业务质量要求也与网络的覆盖和容量有密切关系。在同一小区内,不同的覆盖范围可以提供不同质量要求的业务。

WCDMA网络规划的目标是根据规划的无线网络特性以及网络规划的需求,通过对相应的工程参数和无线资源管理参数规划设计,使得在满足一定信号覆盖、系统容量和业务质量要求的前提下,综合建网成本最低,并能保证网络具有良好的可升级能力。因此,WCDMA无线网络规划一般需要关注以下几个方面。

(1)总体规划

WCDMA是一个自干扰系统,WCDMA无线网络规划的核心就是对系统干扰的控制。如果仍采用传统的GSM无线网络规划的分阶段规划和分阶段实施的原则,就会产生新加站对原有系统的强烈干扰,这一点在国内外的CDMA网络建设中已得到了证实。因此WCDMA网络规划一般采用全网总体规划,分阶段实施的原则,也就是通过合理的话务预测来得到未来几年WCDMA网络的用户数量和话务量,并据此对WCDMA无线网络进行规划。在实施过程中,根据预测的用户数量和话务量,在规划的基础上分阶段进行网络建设,这样将大大减少后期维护和优化成本,系统也将具有很好的可升级能力。

基于全网总体规划,分阶段实施的原则,需要对未来一段时间的用户数量和业务发展进行准确的预测,预测过高将会导致建设成本的增加,而预测过低将无法满足实际业务的发展需要。由于经济的发展、市场竞争格局的变化以及新技术的出现都可能对预测的准确性产生较多影响。因此,为了既能保证一定的预测前瞻性,又能适应各方面条件的变化,一般将预测时间设定为3~5年为宜。

(2)覆盖、容量规划

1引言

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。

1设备无线监测网络数据流建模

1.1数据流分析为了解决变电站设备状态监测标准问题，IEC61850已开始制定相关标准。虽然IEC61850－90－3对输变电一次设备的输变电一次设备状态监测诊断与分析［13］进行了详细描述和分析，并给出了具体数据建模方案，但对设备在线监测数据流上还未进行规定和规范。在IEC61850－5中，变电站自动化通信系统的报文类型分为7类：快速报文、中速报文、低速报文、原始数据报文、文件传输报文、时间同步报文和访问控制命令。为了避免冗余，这7类报文又归为3大类：周期性数据、随机性数据和突发性数据。因此在对智能变电站设备监测网络数据流分析中参考以上分类方法，具体分为以下4种类型：周期性采样信息CT1、故障信息CT2、设备运行信息CT3、维护信息CT4。在智能变电站设备监测网络中，CT1包括监测传感器向簇头节点传输周期实时设备电气、物理、化学等状态采样值；CT2主要包括设备故障发生时，监测传感器向簇头节点传输的状态改变信息；设备自诊断、事件记录、读或改变整定值等信息属于CT3类设备运行信息；而簇头节点和Sink节点之间的大型记录数据属于CT4类维护信息，如文件传输、配置文件、设备诊断信息等。EC61850标准中，根据国际标准化组织（In－ternationalOrganizationforStandardization，ISO）的开放系统互联（opensysteminterconnec－tion，OSI）7层参考模型，分别定义了3层模型和7层模型结构，因此在分析以上4种信息流特性时，参考IEC61850网络模型定义规范。CT1类信息主要是传输监测传感器采集的周期性测量值，通信量大，CT2类信息是设备出故障时，监测传感器采集的测量值变化所产生信息，具有突发性，目前变电设备状态监测信息的传输延时没有特别定义，也没有严格要求，但比较以上4种信息流类型，CT1和CT2类信息相比其他两种重要，因此为了提高CT1和CT2类信息传输的速度和性能，避免通信栈延时，此两类信息传输采用3层模型，采用－订阅机制，并通过组播方式实现；CT3类信息为设备状态记录信息，具有突发性，通常采用7层无连接模型（基于UDP／IP协议的客户–服务器模型），采取主动上送的策略；CT4类信息为大型记录数据，具有随机性，通信量大，通常采用7层连接模型（基于TCP／IP协议的客户–服务器模型）。

1.2数据流建模设备无线传感监测网络中采用Zigbee协议，整个协议栈由物理层、MAC层、网络层和应用层组成，每一层都有特定的帧结构，应用层序需要发送数据时，它将数据实体发送请求到应用支持子层（applicationsupportsublayer，APS），在之后的每一层都会为数据加上相应帧头，组成发送帧信息，通信帧格式如图2所示。智能变电站采用IEC61850实现无缝通信，在对数据流建模时，需要遵循IEC61850对变电站通信网络和系统的规定，主要是IEC61850标准建议的通信模式和标准中定义的ASDU和APDU。IEC61850－9－1中规定的典型电子式传感器ASDU长度为60字节，假定监测传感器采用和电子式传感器相同ASDU长度，则可推算出CT1类信息最大报文长度为109字节。IEC61850－7－2定义的GOOSE报文帧格式如图3所示，在对CT2类信息分析时，把GOOSE报文帧中的APDU引入到CT2类信息帧格式中，因为GOOSE报文是直接从应用层映射到数据链路层，因此去掉Zigbee帧格式中的网络层帧报头，则CT2类信息报文长度为39＋n字节，其中n是GOOSEPDU长度。CT3类信息为主动上传设备运行状态记录信息，运行状态监视信息ASDU为32字节，因此信息报文长度为81字节；CT4类信息采用多帧传送，最大ASDU为249字节，则信息报文长度最大为298字节。

2设备无线监测网络QoS仿真建模

2.1QoS指标本文是对变电站的无线传感监测网络性能进行定量分析，因此需要定义一些适当的性能指标，目前研究学者对无线传感器网络的QoS指标主要从三个方面来进行定义：一是从节点感知的角度，主要包括节点功率控制、节点休眠机制和时间同步；二是从用户感知的角度，主要包括网络生存周期、感知精度、感知时延和吞吐率；三是从网络感知的角度，主要包括网络覆盖率和连通性、能量开销、传输可靠性、处理时延和传输时延［16］。在此基础上，结合Opnet对无线传感器网络的性能统计，定义设备无线监测网络QoS主要指标。

2.1.1用户感知QoS端到端时延（end－to－enddelay）：指数据包从源节点产生到目的节点接收之间的总时延，包括节点采样时延、处理时延和传输时延等。

2.1.2网络QoSMAC层时延（MACdelay）：指目的节点的MAC层从源节点接收所有数据包并上传至网络层的端到端时延。MAC层吞吐率（MACthroughput）：衡量每单位时间MAC层成功接收并发送至网络层的数据包数量，它是网络传输数据能力的最终体现。MAC层丢包率（MACdatadropped）：统计因MAC层没有接收到确认信号ACKs，网络层数据包每单位时间内丢失的数据包数量，是网络传输可靠性的重要衡量指标。

2.1.3节点QoS数据碰撞（collision）：指节点接收机通道中数据包的碰撞情况。丢包率（packetlossratio）：是指节点丢失数据包数量占所接收数据包的比率。比特误码率（biterrorrate）：衡量节点中数据在规定时间内数据传输的精确性。信噪比（signal／noiseratio）：是指节点接收机接收数据包片段的平均功率和所有干扰噪声源平均功率的比值。接收功率（receivedpower）：指节点接收机接收一个数据包所消耗的平均功率。

1下一代广播电视无线网络模块

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

本文针对新的广播电视传播网络展开技术讨论，就其中关键的编码技术、传输技术和调制技术进行简要的介绍。对关键的星座螺旋技术，交织技术，编码纠错技术等进行相关的分析。在相同情况下，运用星座螺旋技术对于信号传输的增益与信号质量成正比，也就是说提高信号质量的一个关键技术就是星座螺旋技术在信号调制中的作用。下一代广播电视网络的建设还处于探索阶段，还需要通过不同的技术探索来追求更好的网络建设。