初探基于WLAN通訊方式的機械式停車設備接入點切換的安全性

劉方

摘 要：就目前來看，許多大型的機械式停車設備都會選擇WLAN通訊的方式，而考慮到設備本身的尺寸較大，加上結構的局限性，在實際應用中必然會存在接入點的切換問題，而如何保證接入點切換的安全性，是需要技術人員深入研究的問題。本文對機械式停車設備接入點切換的安全問題進行了討論，并提出了有效的應對措施。

關鍵詞：WLAN通訊；機械式停車設備；接入點切換；安全性

最近幾年，我國的汽車需求量持續(xù)增長，已然成為了全球最大的汽車市場，相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到2016年底，全國機動車保有量達到了2.9億，汽車保有量1.94億。在這種情況下，機械式停車設備應運而生，為解決停車難題做出了巨大的貢獻。而一般情況下，大型自動化機械式停車設備都會采用集中或者集散控制的方式，以無線通訊來進行命令的傳輸。不過，大型機械式停車設備本身的尺寸較大，而且內(nèi)部結構相對復雜，基于WLAN通訊的方式難免會涉及接入點切換的問題，如果出現(xiàn)切換延時等，可能會帶來一定的安全隱患。對此，需要加強設備切入點切換安全問題的研究和探討。

1 機械式停車設備接入點切換的安全問題

大型機械式停車設備采用的是WLAN通訊方式，與有線通訊相比具有相當明確的優(yōu)勢，但是在802.11協(xié)議下，考慮無線接入點（AP）的功率及環(huán)境干擾問題，理論上覆蓋范圍可以達到數(shù)百米的WLAN網(wǎng)絡在實際應用中一般僅在100m以內(nèi)有效，一旦超出這個范圍，信號的衰減速度會急劇增加，數(shù)據(jù)丟包率的提高會直接影響信號的傳輸。在這種情況下，接入點的切換就存在著兩個比較關鍵的安全問題，一是切換延時，二是切換陷阱。這里結合實例進行分析[ 1 ]。

某立體車路采用的是平面橫移設計，以民用路由器作為AP，在一層中設置兩個AP，如圖1所示。

在車庫中，采用的是1信道802.11b協(xié)議，STA采用的是被動掃描，延時在1100ms，計算認證和重新連接的延時，理論上，接入點的切換延時為1.5s，但是在實際操作中由于各種因素的干擾，切換延時的時間更長。機械式停車設備的設計移動速度為98m/min，在理論切換延時的時間內(nèi)，移動距離為2.45m，從2.2m的車位寬度對比，一旦出現(xiàn)切換延時，設備的移動將會超出一個車位的距離，誤差較大，無法滿足在相關規(guī)范的要求。

同時切換陷阱的存在一樣會對接入點的切換安全造成不容忽視的影響。所謂切換陷阱，是從數(shù)學學科中的迭代陷阱引申而言，發(fā)生在兩個AP信號覆蓋范圍的交叉位置和重疊區(qū)域。這里假設臺車正在區(qū)域B中運行，STA檢測到當前的AP信號開始減弱，會自動掃描周邊的其他AP，如果發(fā)現(xiàn)其信號較當前AP的信號更強，則會實現(xiàn)接入點的自動切換。而從圖中可知，B屬于AP信號的交叉區(qū)域，不僅兩個AP的信號強度均較弱，而且沒有很大的差異，在這種情況下，即使TA已經(jīng)完成了AP切換，依然會繼續(xù)進行AP信號的搜索，然后再次切換，這種頻繁的切換就是所謂的切換陷阱。簡單來講，就是在某個AP信號重疊區(qū)域，多個AP點的信號均相對較弱且差別不大，STA會進行頻繁的切換，在掃描、認證和重新連接中無限重復，難以做出有效的通訊動作。

2 應對措施

對上述問題進行分析，主要是由于技術本身的局限性造成的，想要實現(xiàn)對隱患的有效檢測非常困難。因此，并不能直接對WLAN通訊進行否定，而是應該從實際情況出發(fā)，采取切實可行的措施來弱化乃至消除安全隱患。

2.1 引入快速切換算法

在802.11協(xié)議中，并沒有考慮接入點的切換問題，這也是引發(fā)AP切換安全問題的主要原因，對于相關研究人員而言，需要加強對于AP點快速切換算法的研究。例如，可以引入通過對數(shù)據(jù)丟包率的分析來確定切換時機調(diào)諧探測機制，也可以引入基于AP鄰居圖的掃描機制以及基于緩存機制的選擇性掃描算法等?？焖偾袚Q算法的引入，能夠降低AP切換延時，不過相應的，對于通訊算法的重新設置也會在一定程度上導致成本的增加。

2.2 采用自動復位操作

在關于其中設備的相關標準中規(guī)定，如果在受到干擾的情況下，無法得到可靠的控制信號，則應該停止作業(yè)等待控制信號可靠性的提升。不過，從接入點的切換問題分析，如果設備停止動作，會更進一步加大切換陷阱的幾率，使得設備在較長的時間內(nèi)都無法獲取可靠的控制信號。對此，可以采用自動復位操作，使得系統(tǒng)在遭遇相關問題時，自動推動STA移動到信號較為可靠的AP區(qū)域內(nèi)，對無法得到可靠控制信號的問題進行解決。

2.3 改變決策控制模型

在現(xiàn)代化立體車庫中，采用的多是集中或者集散控制，而無論是哪一種控制，主機與控制機構的距離都比較遠，需要通過AP將控制信號發(fā)送給執(zhí)行段STA。這種“決策控制-執(zhí)行”模式的優(yōu)勢在于集中化的控制系統(tǒng)能夠有效降低成本，但是同時也會增大數(shù)據(jù)丟包率。對此，可以將現(xiàn)有的決策控制模型改變?yōu)椤皼Q策-控制執(zhí)行”，主機僅僅進行決策，發(fā)送簡單的目標指令，由執(zhí)行機構中的控制單元對指令進行分析和動作分解，有效減少指令丟失的問題，保證了指令的可靠傳遞。

3 結語

總而言之，在基于 WLAN 通訊方式的機械式停車設備中，接入點切換不可避免，其中也存在著一定的安全隱患，需要相關技術人員的重視和研究，對安全隱患產(chǎn)生的原因進行分析，從實際情況出發(fā)，采取切實有效的措施和方法來提升接入點切換的安全性，消除安全隱患，為城市居民提供更加優(yōu)越、更加可靠的自動化停車服務。

參考文獻：

[1] 徐德超.基于WLAN的CBTC系統(tǒng)車-地通信越區(qū)切換性能分析與研究[D].蘭州交通大學，2015.