無線通信系統(tǒng)在局域網中的應用

鄭 婕

(中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

0 引言

無線通信是一種通過無線電信號傳輸信息的通信技術,其基本特點是無需通過物理電纜連接設備,而是通過無線電波進行信號的傳輸。由于其具有靈活性高、安裝簡單、容易擴展等特點,使得無線通信技術的應用領域非常廣泛,在移動通信、固定通信、無線網絡、物聯(lián)網等方面都有著重要的應用。其中,無線局域網(WLAN)是一種通過無線電波在狹小范圍內實現(xiàn)局域網絡連接的技術。由于無需布線,可以隨時隨地接入網絡,被廣泛應用于家庭、辦公室、公共空間等場所。近年來,隨著無線通信技術的發(fā)展和應用,無線局域網也得到了持續(xù)的改進和完善,其速度、覆蓋面積、安全性等方面也得到了不斷提高。

1 局域網的基本原理和結構

局域網是在相對小范圍內建立起來的一種計算機網絡,使得物理上相隔不遠的計算機之間能夠以高速、高效的方式相互通信。因為局域網的范圍相對較小,所以可以在網絡中提供高速率、低時延和高可靠性的數(shù)據傳輸。局域網一般由一組計算機和一些設備組成,他們通過某種通信介質相互連接,可以用以完成共享文件、打印、通信等功能。局域網的基本原理是以一個中心節(jié)點為核心,連接若干個終端節(jié)點。其中,中心節(jié)點作為網絡的控制中心,負責調度和管理整個網絡的資源。終端節(jié)點則是網絡上的各個工作站,通過與中心節(jié)點之間建立連接,實現(xiàn)彼此之間的信息交換。局域網按照架構結構可以分為總線式、環(huán)式和星式3種[1]。

總線形局域網的架構如圖1所示,主要特點是所有計算機共享一根總線,以此來實現(xiàn)信息的傳遞。在總線形局域網中,計算機之間的通信是通過總線協(xié)議來實現(xiàn)的。由于總線形局域網整個網絡只有一根總線,所以在通信過程中,一旦總線出現(xiàn)故障,整個網絡就會癱瘓。此外,在總線形局域網中進行信息傳遞的速度也會受到總帶寬的限制。

圖1 總線型局域網的架構

在環(huán)形局域網中,所有計算機都互相連成一個環(huán),以此來實現(xiàn)信息的傳遞。環(huán)形局域網一般采用雙向傳輸,數(shù)據包從計算機發(fā)送到環(huán)中,然后依次被每個計算機檢查,直到到達最終目標計算機。由于環(huán)形局域網的結構緊湊,每個計算機之間的通信速度非常高。但在環(huán)形局域網中,每個計算機都要將信息逐個傳遞,因此信息傳輸速度也會受到環(huán)中每個計算機處理速度的影響。

在星形局域網中,所有計算機都連接到一個主機上,通過主機共享信息。在星形局域網中,主機起到了中心節(jié)點的作用,負責控制和管理整個網絡的資源。由于星形局域網只存在一個中心節(jié)點,所以信息傳遞速度很快,而且計算機之間的通信不會受到其他計算機影響[1]。

2 無線通信系統(tǒng)在局域網中應用存在的問題分析

2.1 信號干擾問題

在局域網中,無線通信系統(tǒng)會面臨電磁干擾的情況,導致信號質量下降、數(shù)據傳輸錯誤等問題,影響無線通信的可靠性。主要原因有:一是無線信號與其他設備發(fā)生干擾,如無線信號與其他無線設備、藍牙設備、微波爐、電子設備等發(fā)生干擾。二是無線信號傳輸距離過遠,由于距離遠、掉電和雜信等原因,可能導致信號丟失和傳輸錯誤[2]。

2.2 數(shù)據安全問題

局域網中的無線通信系統(tǒng)需要保證傳輸?shù)臄?shù)據安全性,但往往存在數(shù)據被攔截、被泄露和被篡改等安全問題;或是通信數(shù)據在傳輸過程中被未經授權的人、設備接入而被竊取或篡改,如黑客攻擊等;或是在消息傳輸過程中,密鑰被未經授權的人或設備獲取。

2.3 網絡拓撲結構問題

無線通信系統(tǒng)在局域網中應用時,需要考慮網絡的拓撲結構和無線覆蓋范圍以及接入點的位置和數(shù)量等問題,這可能會影響通信的穩(wěn)定性和覆蓋范圍。其一是網絡結構復雜的原因。例如,在局域網中存在多個接入點和無線信號、網絡結構復雜,很可能會導致信噪比降低,網絡傳輸延遲增加等問題。其二是由于接入點的位置和數(shù)量不合理。由于網絡結構復雜或者設備位置以及接入點數(shù)量不合理,會導致整個局域網中某些區(qū)域接收信號不佳,甚至無法接收到信號等情況[2]。

3 無線通信系統(tǒng)在局域網中應用存在問題的解決措施

3.1 信號干擾問題的解決措施

3.1.1 采用多頻道技術

在局域無線通信系統(tǒng)中,由于設備密集,可能存在信號干擾的問題。為了解決這一問題,可以采用多頻道技術。多頻道技術可以將多個無線設備分配到不同的頻道上進行傳輸,使設備之間相互獨立,不會互相干擾,提高了通信效率和穩(wěn)定性?，F(xiàn)代無線設備通常都內置了多信道收發(fā)器,可以在不同頻道上進行傳輸,或者通過管理軟件控制不同設備的頻道通道。采用多頻道技術是解決無線通信系統(tǒng)在局域網中信號干擾問題的有效解決方案之一,它能夠提高無線設備之間的獨立性,避免干擾,提高通信效率和穩(wěn)定性。

3.1.2 選擇合適的頻率

在局域無線通信系統(tǒng)中,解決信號干擾問題除了采用多頻道技術以外,還可以對設備信號的頻率進行調整。一是要選擇合適的頻率,避免使用周圍已經被其他無線設備占用的頻段。如果頻率已經被占用,就不能在該頻率上發(fā)送信號。此外還可以通過掃描工具來檢測某個頻率是否正在被占用,避開已經被占用的頻率可以降低信號干擾的可能。二是要充分了解有關使用頻率的規(guī)定。有些頻率是被政府部門指定為保留頻率,而有的頻率則是給無線設備使用的。應該避免使用保留頻率以避免沖突。選擇合適的頻率是解決無線通信系統(tǒng)在局域網中信號干擾問題的有效解決方案之一。通過選擇未受其他無線設備占用的頻段及避開保留頻率等策略,可以減少信號干擾問題,提高通信抗干擾能力[3]。

3.2 數(shù)據安全問題的解決措施

3.2.1 數(shù)據加密

數(shù)據加密是通過改變數(shù)據的形式,使得只有經過授權的用戶或設備能夠正確解讀數(shù)據內容的一種技術。在無線通信系統(tǒng)中,數(shù)據傳輸往往是通過無線信號進行的,這使得數(shù)據更容易被黑客或其他未經授權的用戶竊取或篡改。通過采用數(shù)據加密技術,可以保證數(shù)據傳輸?shù)耐暾?、保密性和可靠性。加密算法主要包括對稱加密、非對稱加密和哈希函數(shù)。其中,對稱加密是最常用的加密算法之一,它使用同一個密碼進行加密和解密。這種算法的優(yōu)點是速度比較快,但是安全性沒有非對稱加密高。非對稱加密是使用兩個密鑰進行加密和解密,公鑰用于加密,私鑰用于解密,這種算法的特點是安全性較高,但是速度比較慢。哈希函數(shù)則是將輸入數(shù)值轉化為散列值(或者稱為摘要、哈希值),具有快速處理的特點。為了保證數(shù)據安全,現(xiàn)代計算機系統(tǒng)通常采用多種加密算法進行混合加密,這樣能夠保證加密過程的安全性和可靠性。目前采用的加密算法越來越復雜,使得破解數(shù)據變得越來越難[3]。

3.2.2 數(shù)字簽名

數(shù)字簽名技術是一種常用于驗證數(shù)據合法性的技術。使用數(shù)字簽名技術,可以為消息添加數(shù)字簽名,確保消息未被篡改。數(shù)字簽名技術使用公鑰密碼學或哈希函數(shù)進行實現(xiàn)。其中公鑰密碼學是一種基于非對稱加密算法的加密技術。在公鑰密碼學中,通常使用一對公鑰和私鑰,其中公鑰可以向任何人公開,私鑰只有持有者可以訪問。通過對數(shù)據進行加密,然后使用私鑰進行解密,可以保證數(shù)據的安全性。因此在數(shù)字簽名中,簽名者使用自己的私鑰加密數(shù)據的摘要值,而驗證者使用簽名者的公鑰進行解密,以驗證消息的合法性。哈希函數(shù)是一種將任意長度的輸入數(shù)據映射為固定長度的散列值的技術。通過哈希函數(shù),可以將數(shù)據生成一個不可逆的密文。在數(shù)字簽名中,消息接收方可以通過使用同樣的哈希函數(shù),計算摘要值來驗證簽名的真實性。數(shù)字簽名技術可以確保消息的完整性和真實性,在數(shù)據傳輸過程中可以有效地避免數(shù)據篡改和偽造。數(shù)字簽名技術被廣泛應用于銀行、醫(yī)療保健、政府和軍事等領域。為了保證數(shù)字簽名的安全性,數(shù)字證書是必不可少的,其作用是驗證公鑰的真實性,同時確保不會使用假冒的公鑰進行數(shù)字簽名[3]。

3.3 網絡拓撲結構問題的解決措施

3.3.1 合理設置無線接入點位置

合理設置無線接入點的位置是解決局域無線系統(tǒng)網絡拓撲結構問題的關鍵措施之一。首先,應該對網絡的結構特點進行分析,根據應用情況、用戶數(shù)量和業(yè)務流量等因素合理規(guī)劃無線接入點。最好采用一定的測量工具,如無線掃描儀等,進行現(xiàn)場勘查,確定接入點設置的具體位置;其次,當新增用戶或增加業(yè)務流量時,應及時調整和增加無線接入點。這需要根據實際需求、網絡運行狀況等因素,及時安排接入點的調整或擴充工作,以維護網絡的穩(wěn)定性和可靠性;最后,除了合理設置無線接入點位置外,還應選擇合適的設備和技術方案,如增加天線數(shù)量、采用信號放大器等措施來強化無線信號覆蓋面,從而更好地避免因為網絡拓撲結構問題而帶來的通信故障。合理設置無線接入點的位置是解決局域無線系統(tǒng)網絡拓撲結構問題的重要措施。同時,還應綜合考慮設備選擇、技術方案等因素,深入分析、規(guī)劃和優(yōu)化無線網絡的拓撲結構,以實現(xiàn)無線網絡通信的高效穩(wěn)定運行。

3.3.2 提高網絡拓撲結構的穩(wěn)定性

為了保障網絡的穩(wěn)定性和可靠性,應該使用具有高質量的無線傳輸協(xié)議的無線接入點。無線接入點的傳輸協(xié)議是影響無線傳輸速率、可靠性和抗干擾性的重要因素之一。比如,802.11ac協(xié)議能夠提供更高的傳輸速率和更快的響應時間,而802.11 n協(xié)議則能提供更可靠的無線連接和更好的抗干擾性。根據不同的需求選擇相應的無線傳輸協(xié)議是非常重要的。此外,為了保證網絡的穩(wěn)定運行,無線接入點還應該保證設備的合理運行和及時更新操作系統(tǒng)、網絡驅動程序等軟件。合理的設備運行和軟件更新可以及時修復各種網絡問題,包括漏洞和安全隱患等,有效防止網絡被黑客攻擊和數(shù)據泄露等風險。同時,定期更新網絡驅動程序和操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)更優(yōu)秀的網絡性能和更高的穩(wěn)定性,提高網絡響應速度和傳輸?shù)挠行浴Ｒ虼?選擇具有高質量的無線傳輸協(xié)議的無線接入點,并采取適當?shù)拇胧┕芾砭W絡設備和定期更新軟件,有助于提高網絡性能,加強網絡的安全性和穩(wěn)定性,保護企業(yè)數(shù)據和用戶信息的安全[4]。

3.4 增強網絡管理

增強網絡管理,可以通過監(jiān)測網絡狀況,及時發(fā)現(xiàn)問題并及時處理。例如,通過網絡管理系統(tǒng),將無線通信系統(tǒng)進行分類管理,以便更好地監(jiān)測網絡的運行狀況。在網絡管理系統(tǒng)中,可以根據發(fā)現(xiàn)的問題,采取相應的措施,例如,更換設備、更換接入點、優(yōu)化網絡拓撲結構等。此外,定期維護設備、更新固件也是保持網絡穩(wěn)定運行的重要手段[4]。

4 結語

在無線通信技術快速發(fā)展的今天,局域網中的無線通信系統(tǒng)成為各行各業(yè)提升生產效率和降低成本的必要手段。針對無線通信系統(tǒng)在局域網中應用存在的問題,本文提出了一系列的解決措施,包括采用多頻道技術、數(shù)據加密和數(shù)字簽名、合理設置無線接入點等,并建議對網絡設備和軟件定期維護升級,加強網絡管理,從而提高網絡的穩(wěn)定性和可靠性,確保網絡的安全高效穩(wěn)定運行。相信這些措施可以更好地發(fā)揮無線通信系統(tǒng)在局域網中的優(yōu)勢,推動無線通信技術更加廣泛的應用。