無線局域網(wǎng)發(fā)展及軍事應(yīng)用前景分析

甘 翼

(中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都610036)

0 引言

1990年成立了IEEE 802.11無線局域網(wǎng)（WLAN,Wireless Local Area Networks）標(biāo)準(zhǔn)工作組。該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層（PHY，Physical）和媒體訪問控制層（MAC，Media Access Control）協(xié)議規(guī)范。物理層協(xié)議定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制方式，并規(guī)定無線局域網(wǎng)工作的頻段范圍和層次劃分。

1999年9 月IEEE 802.11b被正式批準(zhǔn)，其規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 11 Mb/s。該標(biāo)準(zhǔn)是對 IEEE 802.11的一個補(bǔ)充，采用點對點模式和基本模式兩種工作模式，在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實際情況在 11 Mb/s、5.5 Mb/s、2 Mb/s、1 Mb/s的不同速率間自動切換，在2 Mb/s、1 Mb/s速率時與802.11兼容。2003年批準(zhǔn)的IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)是對流行的802.11b的提速(速度從 802.11b的 11 Mb/s提高到54 Mb/s)。802.11g接入點支持802.11b和802.11g客戶設(shè)備。2009年底，無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組提出的802.11n被正式批準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將無線局域網(wǎng)的最高傳輸速度提高到了600 Mb/s，并向下兼容802.11b/g協(xié)議[1-2]。

由于受成本、安全等因素的影響，無線局域網(wǎng)從2005年開始才在全球進(jìn)入快速發(fā)展階段，現(xiàn)在全球使用人數(shù)已經(jīng)超過 4.5億。在西歐和日本，無線局域網(wǎng)已經(jīng)被廣大的數(shù)據(jù)運營商采用，其接入點（AP,Access Point）被廣泛布置于酒店、機(jī)場、商場、住宅區(qū)、高速公路兩側(cè)等人群密集的地區(qū)[3]。中國三大通信運營商在多個大城市都開始廣泛開展無線局域網(wǎng)業(yè)務(wù)，新建的四星級以上酒店、機(jī)場包括一些高檔車站、商場都開始架設(shè)無線局域網(wǎng)設(shè)備，提供該項服務(wù)。

1 無線局域網(wǎng)安全性和抗毀性問題

無線局域網(wǎng)信號由于在空間中自由傳播，較有線以太網(wǎng)，其通信內(nèi)容較容易被他人截獲，存在一定的安全隱患。為解決該問題，802.11標(biāo)準(zhǔn)化小組從1999年～2005年先后提出了3種基于物理層的加密體制以維護(hù)用戶數(shù)據(jù)的安全性和私密性。

第1種是有線等效協(xié)議（WEP，Wired Equivalent Privacy）加密方式，其加密原理如所示。WEP加密方式于1999年與802.11協(xié)議一同發(fā)布，該加密方式由于密鑰空間較小，產(chǎn)生密鑰的初始化向量（IV，Initial Vector）數(shù)量有限，較容易被破解。對于64 bit WEP加密密鑰破解，僅需要50 MB左右的有效數(shù)據(jù)即可，對于 128 bit WEP加密密鑰破解，則需要120 MB左右的有效數(shù)據(jù)。

因此在WEP加密的時代，由于存在這樣的安全隱患，無線局域網(wǎng)在政府、軍事、企業(yè)和高私密性私人網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中都被禁止使用。

第 2種是臨時密鑰完整性協(xié)議(TKIP, Temporal Key Integrity Protocol）加密方式，其加密原理如圖2所示。從本質(zhì)上將TKIP加密模式是一次擴(kuò)大了密碼空間并將通信數(shù)據(jù)與時間相關(guān)后得到的加密數(shù)據(jù)[4]。

TKIP加密方式是，數(shù)據(jù)終端或無線接入點（AP）將無線接入點分配的臨時密鑰，與進(jìn)行了預(yù)先時間排序和計數(shù)后的 MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元以及數(shù)據(jù)幀進(jìn)行混合，形成預(yù)計發(fā)送的幀密鑰。同時將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀與MIC完整性校驗數(shù)據(jù)段混合，形成經(jīng)過交織的數(shù)據(jù)幀+奇偶校驗的數(shù)據(jù)段。最后將這兩段數(shù)據(jù)通過WEP方式進(jìn)行第2層加密。

經(jīng)過3次兩層加密，特別是數(shù)據(jù)幀不僅與MIC完整性校驗數(shù)據(jù)通過Michael完整性檢查方式交織，同時與預(yù)先計算的要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀順序以及臨時密鑰混合，使得解密難度大大提高。

雖然從理論上講，TKIP在WEP的基礎(chǔ)上發(fā)展得來，最后一級WEP加密可以破解分別得到Phase2 Key Mixing和Fragment，但是從Phase2 Key Mixing和Fragment反推出Phase1 Key Mixing和PlaintextMSDU+MIC以及最后解密MAC層數(shù)據(jù)幀的難度也較大，因為這兩級也采用了MD5或SHA-1算法加密，且由其認(rèn)證時的隨機(jī)數(shù)Anonce、Snonce產(chǎn)生的TA、MIC Key也必須在獲取認(rèn)證幀的基礎(chǔ)上才有可能推出，并且產(chǎn)生TA和MIC Key的算法同樣為 MD5和 SHA-1不可反解HASH算法[5-6]。當(dāng)TKIP加密方式出現(xiàn)后，多個西方政府放松了在高安全需求領(lǐng)域?qū)o線局域網(wǎng)的限制。允許政府公共管理部門、軍隊后勤部門等非最高安全等級的系統(tǒng)使用無線局域網(wǎng)。

第 3種是基于先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES, Advanced Encryption Standard）的計數(shù)器模式密碼塊鏈消息完整碼協(xié)議（CCMP, CTR with CBC-MAC Protocol）加密方式，其加密原理如圖3所示。

CCMP是一種更加先進(jìn)安全的加密方式，其密碼空間相比 TKIP更大，且每級加密和數(shù)據(jù)混合均采用了SHA-1算法[7]，該算法加密強(qiáng)度遠(yuǎn)強(qiáng)于MD5，即使在獲得大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上也無法破解。根據(jù)現(xiàn)有資料，現(xiàn)在還無成功破解CCMP加密方式的案例。

與此同時，無線局域網(wǎng)安全協(xié)議（IEEE802.11i）將基于安全有線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證技術(shù)：基于端口的網(wǎng)絡(luò)訪問控制技術(shù)（IEEE802.1X）集成到協(xié)議中[8]，該協(xié)議使用開放式安全平臺，可以集成例如：數(shù)字證書、USBKey等軟硬件加密認(rèn)證方式，對IEEE802.11數(shù)據(jù)及管理幀進(jìn)行二次封裝。認(rèn)證時通過公共不可控端口（Uncontrolled Port）進(jìn)行，認(rèn)證一旦通過，每個終端和接入點的數(shù)據(jù)交互都通過獨立且不同的可控端口（Controlled Port）進(jìn)行。由于采用802.1X可以集成任何外聯(lián)式加密手段，使數(shù)據(jù)傳輸和認(rèn)證過程的安全性和可靠性變得非常強(qiáng)大，而且隨著技術(shù)的發(fā)展可以隨時更新其安全策略。缺點在于2次加密封裝帶來的有效數(shù)據(jù)率的下降，根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料和實際測試，采用不同的數(shù)字證書其傳輸效率下降5%～20%不等。不過這種損失對于高可靠性應(yīng)用，如戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)以及軍工企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是完全可以接受的。

2004年，IEEE802.1X集成到IEEE802.11i無線局域網(wǎng)安全協(xié)議以及CCMP加密方式出現(xiàn)后，美國國防部開始考慮是否用增強(qiáng)安全性和抗毀性的無線局域網(wǎng)作為“全球信息柵格的最后一英里”。政府部門則放開了無線局域網(wǎng)的使用禁令，允許各級政府部門使用“安全”的無線局域網(wǎng)。

在數(shù)據(jù)碰撞及仲裁方面，無線局域網(wǎng)在 MAC子層采用沖突避免載波偵聽(CSMA/CA, Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)技術(shù)實現(xiàn)無線信道資源的共享，主要包括物理載波偵聽機(jī)制、虛擬載波偵聽機(jī)制、隨機(jī)回退機(jī)制、基于xISF的優(yōu)先接入控制機(jī)制等。因此，如果敵方針對上述載波偵聽的弱點，比如連續(xù)發(fā)射高優(yōu)先級信號長期占據(jù)物理信道，或連續(xù)發(fā)送管理幀或數(shù)據(jù)幀[8]，同時將這些幀的網(wǎng)絡(luò)分配矢量字段(NAV)設(shè)為最大值，都可以達(dá)到中斷無線局域網(wǎng)通信的目的。

因此，無線局域網(wǎng)在抗毀性上具有較大的弱點，若用于軍事用途需對其抗毀性進(jìn)行升級或改造。

2 WIN-T及WLAN在其中應(yīng)用情況簡介

無線局域網(wǎng)由于擁有架設(shè)簡單、快速、傳輸帶寬大、成本較低和接入路由策略靈活的特點，從其誕生之日開始就有被納入戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)短視距（D≤30 km）寬帶通信的呼聲。但是由于當(dāng)時無線局域網(wǎng)傳輸距離較近、傳輸數(shù)據(jù)量較小和安全性抗毀性較差等原因，一直沒有被納入戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)體系。直到2003年，美軍陸軍提出發(fā)展下一代寬帶戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)：戰(zhàn)術(shù)級指戰(zhàn)員信息網(wǎng)[9]。

戰(zhàn)術(shù)級指戰(zhàn)員信息網(wǎng)（WIN-T, Warfighter Information Network-Tactical）又被稱為下一代高級戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，是美國陸軍歷史上第二次大規(guī)模重建的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)，用以代替現(xiàn)役的三軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)和移動用戶設(shè)備系統(tǒng)。該通信網(wǎng)絡(luò)面向未來信息化戰(zhàn)爭的需求，提供無線電、衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等多種物理層、鏈路層接口，能夠支持戰(zhàn)役到戰(zhàn)斗級的各種信息服務(wù)，同時支持移動實時組網(wǎng)，是美軍全球信息柵格（GIG）的重要組成部分。

2005年第4季度，WIN-T增量1開始交駐伊拉克和阿富汗美軍測試，該部分主要以保密無線電與移動通信和“快停通”衛(wèi)星通信為主。

增量2于2008年3月下旬完成初步用戶測試，并于當(dāng)年進(jìn)入低速生產(chǎn)并小批量實驗裝備第三和第四機(jī)步師，該部分集成了窄帶“動中通”衛(wèi)星通信和“快停通”寬帶空地、星地以及星空數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，可實時協(xié)調(diào)高速移動中的戰(zhàn)術(shù)分隊、地面與空中載具、武器系統(tǒng)乃至基地的指揮、控制與通信。同時在增量2后續(xù)集成了增強(qiáng)安全和抗毀性能滿足軍用需求的商用無線寬帶局域網(wǎng)/城域網(wǎng)技術(shù)：IEEE802.11與IEEE 802.16e，主要用于旅及其以下級別的單兵/戰(zhàn)車視距通信系統(tǒng)，有資料顯示指揮官還將可以使用3G手機(jī)。該增量裝備將于2009年～2015年之間完成。

增量3將于2014年開始設(shè)計，該增量將完善三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和互操作能力，進(jìn)一步采用高安全性的商用衛(wèi)星通信與寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、綜合網(wǎng)絡(luò)動作，完善全“動中通”能力。在“動中通”的情況下地面及空中載具與衛(wèi)星的最高數(shù)據(jù)傳輸率將達(dá)到12 Mb/s，預(yù)計將于2025年與增量4同時完成全軍部署，與此同時，GPS二代（軍碼）也將集成到WIN-T。

增量4將集成下一代移動寬帶網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星通信技術(shù)，高速移動中的通信帶寬更寬、抗毀壞性與安全性更強(qiáng)，現(xiàn)在還在論證階段，預(yù)計在2014年后會下發(fā)預(yù)研合同，2025年左右在美國陸軍完成部署WIN-T戰(zhàn)術(shù)級指戰(zhàn)員信息網(wǎng)。WIN-T星空及星地通信主干網(wǎng)絡(luò)主要工作于Ka與Ku頻段，地面通信干線網(wǎng)絡(luò)工作在C頻段。

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，美國為降低其軍費開支，同時使軍用設(shè)備在物理層面能夠和商用設(shè)備同步升級或互換，提出了一個新的概念：基于現(xiàn)成商業(yè)產(chǎn)品經(jīng)改造后用于軍事領(lǐng)域（COTS, Commercial-Off-The-Shelf）。通過這種方式大大降低了軍用設(shè)備的研制和維護(hù)成本、延長了其生命周期。無線局域網(wǎng)則作為COTS的低成本典范，在由美國國防部指定的Ciso和Fortress公司經(jīng)過安全性和抗毀性改造后，直接作為WIN-T的營連級寬帶無線接入點，與單兵攜帶的傳感器共同作用，結(jié)合無線局域網(wǎng)的大數(shù)據(jù)帶寬形成小范圍內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，使?fàn)I連級指揮員能夠了解每一個士兵的狀態(tài)和觀察的信息。

2005年，德國開發(fā)了第一部基于無線局域網(wǎng)IEEE802.11協(xié)議的點對點單兵互聯(lián)網(wǎng)電臺，最大通信數(shù)據(jù)率≥300 Mb/s，最遠(yuǎn)通信距離D≥40 km。該單兵互聯(lián)網(wǎng)電臺使用了后來 IEEE802.11n規(guī)定的多種新技術(shù)，并提高了發(fā)射功率，改善了接收機(jī)的接收動態(tài)范圍，使其能夠滿足軍用安全性、抗毀性和高帶寬的要求。

3 WLAN在戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用可行性

根據(jù)前面對無線局域網(wǎng)在外軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析，無線局域網(wǎng)擁有加改裝方便、毀壞后恢復(fù)時間較短、成本極低等特點；因此無線局域網(wǎng)主要用于作戰(zhàn)部署極為靈活且損失相對偏高的陸軍營連級無線接入點（含裝甲部隊），以及重點單兵目標(biāo)的寬帶通信，如：特種部隊。

無線局域網(wǎng)要實際用于戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，需解決以下3個問題。

（1）安全性問題

雖然隨著TKIP和CCMP安全協(xié)議的提出，無線局域網(wǎng)的安全性已經(jīng)大大提高。在現(xiàn)有資料尚未發(fā)現(xiàn)有人破解數(shù)據(jù)密鑰，還原出傳輸數(shù)據(jù)。同時也只有少量無線局域網(wǎng)發(fā)燒友，通過輪詢和試錯的方式經(jīng)過較長的時間才能破解 TKIP的預(yù)共享密鑰，而基于CCMP方式的加密，現(xiàn)在尚無資料介紹有破解成功的實例。

但是如果用于軍事領(lǐng)域，敵方數(shù)據(jù)偵察和密鑰破解手段則更加先進(jìn)，因此還需要在安全性上做進(jìn)一步考慮。其中在不改變加密算法的基礎(chǔ)上，將密鑰與時間同步具有較高的性價比，同時數(shù)據(jù)和預(yù)共享密鑰的加密強(qiáng)度將大大提高。其實現(xiàn)的具體流程是：數(shù)據(jù)加密方式依然使用TKIP或CCMP方式，預(yù)共享密鑰（TK）隨時間改變而改變，其改變時間T根據(jù)安全等級要求的場合不同，可是秒、分鐘或小時級，新共享密鑰以舊共享密鑰產(chǎn)生的數(shù)據(jù)密鑰加密的方式傳輸。

在這種情況下，即使被敵方獲取了原來的預(yù)共享密鑰，由于數(shù)據(jù)密鑰在預(yù)共享密鑰的基礎(chǔ)上經(jīng)過時間同步產(chǎn)生，如果時間不同步，敵方也不可能獲取通信內(nèi)容。即使敵方做到了與我方通信的時間同步，只要丟掉一幀數(shù)據(jù)則需重新同步和重新解密，以獲取新預(yù)共享密鑰，通過這種方式，數(shù)據(jù)通信的安全性得到較大的提高。美軍在WIN-T營連級無線接入點密鑰策略中也采用了密鑰隨時間變化的方式，根據(jù)現(xiàn)有資料，其更新時間大約為半小時，由旅團(tuán)級指揮中心下發(fā)。

（2）抗毀性問題

在第1章中提到了無線局域網(wǎng)在MAC子層采用的沖突避免載波偵聽(CSMA/CA)技術(shù)，以實現(xiàn)無線信道資源的共享。這種方式在軍事應(yīng)用中，有著極大的弱點，因為無論是數(shù)據(jù)終端還是無線接入點并不對信道占據(jù)方的身份進(jìn)行認(rèn)證，只要對方長期占據(jù)無線信道，且其在幀頭內(nèi)的優(yōu)先級字為最高，占據(jù)時間最大，則回退等待。

因此，在無線局域網(wǎng)在戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中則需要在MAC層采用其他技術(shù)來實現(xiàn)無線信道資源的共享。其中較為常用的就是應(yīng)對虛擬機(jī)制的優(yōu)先級占據(jù)，使用中心點分配的方式，給不同的終端分配不同的優(yōu)先級，且優(yōu)先級和終端設(shè)備號對應(yīng)，如果出現(xiàn)其他優(yōu)先級或非法設(shè)備號的目標(biāo)則當(dāng)作干擾丟棄；對應(yīng)物理層的載波監(jiān)聽機(jī)制，則是當(dāng)接入點或終端發(fā)現(xiàn)有非法目標(biāo)信號長期占據(jù)通信信道，如時間 T≥1 s，則根據(jù)無線信道選擇矩陣中規(guī)定的下一跳信道自動切換。

（3）傳輸距離問題

無線局域網(wǎng)在商業(yè)上主要用于小范圍內(nèi)的小區(qū)、企業(yè)或家庭組網(wǎng)，在采用54 Mb/s傳輸率的時候，通視條件下最大距離D≤200 m，2 Mb/s傳輸率的時候通視條件下最大距離D≤2 km，并不滿足戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)營連級作戰(zhàn)單位的作戰(zhàn)扇區(qū)，因此需增加無線局域網(wǎng)的有效作用距離。

以IEEE802.11g規(guī)定的54 Mb/s傳輸率為例，協(xié)議規(guī)定最低可解調(diào)的信號強(qiáng)度為-65 dBm。按自由空間中波的傳播公式：

式中，Pr為接收功率，最小值為-65 dBm；d為傳輸距離，d=30 km；f為信號頻率，f=2.4 GHz。代入式(1)，得到為了滿足協(xié)議要求的最小接收功率，軍用無線局域網(wǎng)設(shè)備的最小等效輻射功率（EIRP）為64.58 dBm，若天線增益為 20 dBi，則發(fā)射功率≥45 dBm（30 W）即可。另一方面從接收方向計算，根據(jù)接收機(jī)噪聲計算公式：

式中，B為帶寬，單位為Hz，IEEE802.11協(xié)議規(guī)定的最大傳輸帶寬為20 MHz；考慮天線和接收機(jī)的噪聲系數(shù)NC為15 dB，則接收機(jī)的底噪功率為：-87 dBm。再結(jié)合式(1)計算的信號強(qiáng)度，SNR≥22 dBc，滿足解調(diào)要求。

因此若要增加作用距離，則需要在現(xiàn)有IEEE802.11協(xié)議的基礎(chǔ)上增大發(fā)射功率，降低天饋和接收機(jī)引入的噪聲系數(shù)。

綜上所述，在解決上述3個問題的基礎(chǔ)上，無線局域網(wǎng)可較好的應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中的營連級組網(wǎng)通信或單兵/裝甲連隊通信。其營連級組網(wǎng)工作的模式如圖4所示。連隊內(nèi)任何一個終端都可以和就近的無線接入點相連，并通過無線中繼和其他終端之間傳輸數(shù)據(jù)，IP地址可以自動分配也可以通過命令手動分配。如果一個節(jié)點被損壞，與其相連的終端自動選擇就近的其他節(jié)點聯(lián)接，具有極強(qiáng)的自我修復(fù)能力。單兵/裝甲連隊通信如圖5所示，通過調(diào)整通信雙方使用的信道，并設(shè)置一個主發(fā)起人，則可以實現(xiàn)單兵/裝甲連隊無中心節(jié)點通信。無中心節(jié)點通信，完成數(shù)據(jù)傳輸仲裁的額外開銷較小，傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)率較高。

4 典型應(yīng)用場景分析

下面詳細(xì)分析一個連級裝甲部隊在平原作戰(zhàn)環(huán)境中，利用無線局域網(wǎng)完成戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)底層節(jié)點—連級戰(zhàn)術(shù)自組網(wǎng)的方法。

一個裝甲連標(biāo)準(zhǔn)編制為4輛戰(zhàn)車，單車間距離約為1～4 km不等，相對運動速度0～15 m/s。為統(tǒng)一多車對敵方單車進(jìn)行分布式目標(biāo)打擊或綜合共享作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)敵情及我方戰(zhàn)損情況，需交互以下數(shù)據(jù)：

1）戰(zhàn)場指揮控制命令。

2）敵方目標(biāo)所在位置信息。

3）發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)的我方戰(zhàn)車位置信息。

4）微光夜視儀、紅外熱成像儀所觀察的環(huán)境及敵方目標(biāo)圖像信息。

5）我方戰(zhàn)車的車輛情況，含運動速度、運動方向、受損情況、彈藥儲備、車內(nèi)人員傷亡等。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)需求估算數(shù)據(jù)量：戰(zhàn)場指控命令需要大約64個32 bit字表示（含后續(xù)擴(kuò)展），傳輸率最快為1幀每秒；敵方和我方戰(zhàn)車以相對縱橫坐標(biāo)及相對觀測高度進(jìn)行表示，精確到米級。一個目標(biāo)或戰(zhàn)車位置信息共需3個32 bit字，傳輸率為8幀每秒，與實時圖像配合；微光夜視儀、紅外熱成像儀所觀察的環(huán)境及敵方目標(biāo)圖像信息用320×240的256階灰度圖像表示，傳輸率恒定為24幀每秒；我方車輛情況根據(jù)車載傳感器數(shù)量不同可能會有所差別，在定義時都是數(shù)字信息表述，且運動速度、運動方向（以正北坐標(biāo)系為參考）、受損部件代碼、彈藥種類代碼及儲備和人員傷亡情況所需代碼種類不會太多，因此經(jīng)測算采用32個32 bit字表示即可，傳輸率最快為2幀每秒。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)兩測算單車在最快數(shù)據(jù)傳輸時要求的有效數(shù)據(jù)率為：EDTR=64×32+3×32×8+480×320×24+32×32×2≈1.8 Mb/s?？紤]基于信源層的校驗引入10%的額外數(shù)據(jù)量，無線局域網(wǎng)基于MAC層的數(shù)據(jù)加密和抗干擾措施引入15%的額外數(shù)據(jù)量，在物理層采用 3/4卷積編碼，物理層數(shù)據(jù)包誤碼帶來的數(shù)據(jù)重傳開銷為編碼后數(shù)據(jù)率的10%。物理層實際雙向最高傳輸率為：DTR=1.8×1.1×1.15×（4/3）×1.1×2≈6.1 Mb/s。

結(jié)合無線局域網(wǎng)特性，可以有兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以選擇：

（1）基于單一信道接入點的中心節(jié)點架構(gòu)

中心節(jié)點架構(gòu)如圖4所示，根據(jù)4車編制計算，其物理層最高數(shù)據(jù)傳輸率為 24.6 Mb/s，采用IEEE802.11g/n物理層協(xié)議均能滿足要求。但同時也存在兩個問題：IEEE802.11g/n采用OFDM+16QAM/64QAM調(diào)制，傳輸距離受幀頭時間同步參數(shù)約束，傳輸距離有限；另一方面，采用高數(shù)據(jù)承載率的16QAM或64QAM調(diào)制在遠(yuǎn)距離傳輸時誤碼率急劇上升，當(dāng)物理層數(shù)據(jù)誤包率 PER≥30%，會自動變?yōu)?QPSK或 BPSK調(diào)制，物理層數(shù)據(jù)率則下降到18 Mb/s，不能滿足作戰(zhàn)使用要求。

（2）基于多信道的無中心節(jié)點架構(gòu)

由圖5得到無中心節(jié)點的基本架構(gòu)，即4車編制兩兩之間采用獨立信道通信，信道帶寬均采用10 MHz標(biāo)準(zhǔn)帶寬。在物理層編碼上采用DSSS+QPSK的調(diào)制方式，最高數(shù)據(jù)傳輸率為9 Mb/s，在2 km以上的數(shù)據(jù)傳輸誤碼率較低，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備測試誤包率 PER≤10%，滿足戰(zhàn)術(shù)自組網(wǎng)的最大穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸率要求，同時也減少了同一信道內(nèi)的數(shù)據(jù)碰撞與仲裁。較中心節(jié)點架構(gòu)而言，更適合特種部隊單兵/裝甲連隊的組網(wǎng)需求。

常規(guī)野戰(zhàn)軍營連級組網(wǎng)，由于單兵數(shù)據(jù)量不大，且接入點太多，因此可采用基于單一信道接入點的中心節(jié)點架構(gòu)。

5 WLAN的應(yīng)用前景

無線局域網(wǎng)在中國軍事和政府等高安全等級部門的應(yīng)用尚處于起步階段，由于以前無線局域網(wǎng)的安全性原因，很多保密單位、部門和軍隊都禁止使用無線局域網(wǎng)。

隨著無線局域網(wǎng)安全技術(shù)的發(fā)展，以及外軍在提升安全性、抗毀性后通過無線局域網(wǎng)發(fā)展的一系列短視距通信裝備和系統(tǒng)，已經(jīng)證明無線局域網(wǎng)經(jīng)過安全性和抗毀性升級后，并增加一定的作用距離，可作為低成本方案用于戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)。相對于寬帶數(shù)據(jù)鏈，無線局域網(wǎng)成本低、架設(shè)簡單、戰(zhàn)損后的快速恢復(fù)能力強(qiáng)。作為營連一級的支線戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)比寬帶數(shù)據(jù)鏈具有更好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。美軍也是采用以寬帶數(shù)據(jù)鏈作為陸軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)干線，軍用無線城域網(wǎng)作為旅團(tuán)級寬帶通信第二級干線，軍用無線局域網(wǎng)作為營連級和單兵級通信支線，而 WGS衛(wèi)星的寬帶星地數(shù)據(jù)鏈完成戰(zhàn)略數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，?gòu)成下一代戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)。

因此，如果將無線局域網(wǎng)經(jīng)過升級后用于連隊級組網(wǎng)通信以及單兵點對點通信，可以實現(xiàn)最基層軍事主官對每一個士兵狀態(tài)和面臨敵情的直觀掌握，配合單兵傳感器可以將這些情況數(shù)字化后傳入指揮點，自動和人工相結(jié)合判斷信息的重要等級，并快速作出響應(yīng)。另外，相比使用單兵數(shù)據(jù)鏈終端和中繼處理機(jī)，無線局域網(wǎng)終端和接入點具有成本極低和易于生產(chǎn)的特點，更適合大量裝備。

6 結(jié)語

隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的無線局域網(wǎng)已具有較好的安全性和抗毀性，在美國和德國等國家都已獲得軍事上的應(yīng)用。根據(jù)美國“基于現(xiàn)成商業(yè)產(chǎn)品經(jīng)改造后用于軍事領(lǐng)域”的發(fā)展理念和在現(xiàn)役裝備上的廣泛應(yīng)用，無線局域網(wǎng)在軍事上有著更大的發(fā)展空間。以此為參考，結(jié)合信息化的發(fā)展需求，無線局域網(wǎng)在未來的寬帶戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用前景，能夠使我軍以較快的速度和較低的成本實現(xiàn)對“全球信息柵格最后一英里”的覆蓋。

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