无线通信系统在局域网中的应用

郑 婕

(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北 石家庄 050081)

0 引言

无线通信是一种通过无线电信号传输信息的通信技术,其基本特点是无需通过物理电缆连接设备,而是通过无线电波进行信号的传输。由于其具有灵活性高、安装简单、容易扩展等特点,使得无线通信技术的应用领域非常广泛,在移动通信、固定通信、无线网络、物联网等方面都有着重要的应用。其中,无线局域网(WLAN)是一种通过无线电波在狭小范围内实现局域网络连接的技术。由于无需布线,可以随时随地接入网络,被广泛应用于家庭、办公室、公共空间等场所。近年来,随着无线通信技术的发展和应用,无线局域网也得到了持续的改进和完善,其速度、覆盖面积、安全性等方面也得到了不断提高。

1 局域网的基本原理和结构

局域网是在相对小范围内建立起来的一种计算机网络,使得物理上相隔不远的计算机之间能够以高速、高效的方式相互通信。因为局域网的范围相对较小,所以可以在网络中提供高速率、低时延和高可靠性的数据传输。局域网一般由一组计算机和一些设备组成,他们通过某种通信介质相互连接,可以用以完成共享文件、打印、通信等功能。局域网的基本原理是以一个中心节点为核心,连接若干个终端节点。其中,中心节点作为网络的控制中心,负责调度和管理整个网络的资源。终端节点则是网络上的各个工作站,通过与中心节点之间建立连接,实现彼此之间的信息交换。局域网按照架构结构可以分为总线式、环式和星式3种[1]。

总线形局域网的架构如图1所示,主要特点是所有计算机共享一根总线,以此来实现信息的传递。在总线形局域网中,计算机之间的通信是通过总线协议来实现的。由于总线形局域网整个网络只有一根总线,所以在通信过程中,一旦总线出现故障,整个网络就会瘫痪。此外,在总线形局域网中进行信息传递的速度也会受到总带宽的限制。

图1 总线型局域网的架构

在环形局域网中,所有计算机都互相连成一个环,以此来实现信息的传递。环形局域网一般采用双向传输,数据包从计算机发送到环中,然后依次被每个计算机检查,直到到达最终目标计算机。由于环形局域网的结构紧凑,每个计算机之间的通信速度非常高。但在环形局域网中,每个计算机都要将信息逐个传递,因此信息传输速度也会受到环中每个计算机处理速度的影响。

在星形局域网中,所有计算机都连接到一个主机上,通过主机共享信息。在星形局域网中,主机起到了中心节点的作用,负责控制和管理整个网络的资源。由于星形局域网只存在一个中心节点,所以信息传递速度很快,而且计算机之间的通信不会受到其他计算机影响[1]。

2 无线通信系统在局域网中应用存在的问题分析

2.1 信号干扰问题

在局域网中,无线通信系统会面临电磁干扰的情况,导致信号质量下降、数据传输错误等问题,影响无线通信的可靠性。主要原因有:一是无线信号与其他设备发生干扰,如无线信号与其他无线设备、蓝牙设备、微波炉、电子设备等发生干扰。二是无线信号传输距离过远,由于距离远、掉电和杂信等原因,可能导致信号丢失和传输错误[2]。

2.2 数据安全问题

局域网中的无线通信系统需要保证传输的数据安全性,但往往存在数据被拦截、被泄露和被篡改等安全问题;或是通信数据在传输过程中被未经授权的人、设备接入而被窃取或篡改,如黑客攻击等;或是在消息传输过程中,密钥被未经授权的人或设备获取。

2.3 网络拓扑结构问题

无线通信系统在局域网中应用时,需要考虑网络的拓扑结构和无线覆盖范围以及接入点的位置和数量等问题,这可能会影响通信的稳定性和覆盖范围。其一是网络结构复杂的原因。例如,在局域网中存在多个接入点和无线信号、网络结构复杂,很可能会导致信噪比降低,网络传输延迟增加等问题。其二是由于接入点的位置和数量不合理。由于网络结构复杂或者设备位置以及接入点数量不合理,会导致整个局域网中某些区域接收信号不佳,甚至无法接收到信号等情况[2]。

3 无线通信系统在局域网中应用存在问题的解决措施

3.1 信号干扰问题的解决措施

3.1.1 采用多频道技术

在局域无线通信系统中,由于设备密集,可能存在信号干扰的问题。为了解决这一问题,可以采用多频道技术。多频道技术可以将多个无线设备分配到不同的频道上进行传输,使设备之间相互独立,不会互相干扰,提高了通信效率和稳定性。现代无线设备通常都内置了多信道收发器,可以在不同频道上进行传输,或者通过管理软件控制不同设备的频道通道。采用多频道技术是解决无线通信系统在局域网中信号干扰问题的有效解决方案之一,它能够提高无线设备之间的独立性,避免干扰,提高通信效率和稳定性。

3.1.2 选择合适的频率

在局域无线通信系统中,解决信号干扰问题除了采用多频道技术以外,还可以对设备信号的频率进行调整。一是要选择合适的频率,避免使用周围已经被其他无线设备占用的频段。如果频率已经被占用,就不能在该频率上发送信号。此外还可以通过扫描工具来检测某个频率是否正在被占用,避开已经被占用的频率可以降低信号干扰的可能。二是要充分了解有关使用频率的规定。有些频率是被政府部门指定为保留频率,而有的频率则是给无线设备使用的。应该避免使用保留频率以避免冲突。选择合适的频率是解决无线通信系统在局域网中信号干扰问题的有效解决方案之一。通过选择未受其他无线设备占用的频段及避开保留频率等策略,可以减少信号干扰问题,提高通信抗干扰能力[3]。

3.2 数据安全问题的解决措施

3.2.1 数据加密

数据加密是通过改变数据的形式,使得只有经过授权的用户或设备能够正确解读数据内容的一种技术。在无线通信系统中,数据传输往往是通过无线信号进行的,这使得数据更容易被黑客或其他未经授权的用户窃取或篡改。通过采用数据加密技术,可以保证数据传输的完整性、保密性和可靠性。加密算法主要包括对称加密、非对称加密和哈希函数。其中,对称加密是最常用的加密算法之一,它使用同一个密码进行加密和解密。这种算法的优点是速度比较快,但是安全性没有非对称加密高。非对称加密是使用两个密钥进行加密和解密,公钥用于加密,私钥用于解密,这种算法的特点是安全性较高,但是速度比较慢。哈希函数则是将输入数值转化为散列值(或者称为摘要、哈希值),具有快速处理的特点。为了保证数据安全,现代计算机系统通常采用多种加密算法进行混合加密,这样能够保证加密过程的安全性和可靠性。目前采用的加密算法越来越复杂,使得破解数据变得越来越难[3]。

3.2.2 数字签名

数字签名技术是一种常用于验证数据合法性的技术。使用数字签名技术,可以为消息添加数字签名,确保消息未被篡改。数字签名技术使用公钥密码学或哈希函数进行实现。其中公钥密码学是一种基于非对称加密算法的加密技术。在公钥密码学中,通常使用一对公钥和私钥,其中公钥可以向任何人公开,私钥只有持有者可以访问。通过对数据进行加密,然后使用私钥进行解密,可以保证数据的安全性。因此在数字签名中,签名者使用自己的私钥加密数据的摘要值,而验证者使用签名者的公钥进行解密,以验证消息的合法性。哈希函数是一种将任意长度的输入数据映射为固定长度的散列值的技术。通过哈希函数,可以将数据生成一个不可逆的密文。在数字签名中,消息接收方可以通过使用同样的哈希函数,计算摘要值来验证签名的真实性。数字签名技术可以确保消息的完整性和真实性,在数据传输过程中可以有效地避免数据篡改和伪造。数字签名技术被广泛应用于银行、医疗保健、政府和军事等领域。为了保证数字签名的安全性,数字证书是必不可少的,其作用是验证公钥的真实性,同时确保不会使用假冒的公钥进行数字签名[3]。

3.3 网络拓扑结构问题的解决措施

3.3.1 合理设置无线接入点位置

合理设置无线接入点的位置是解决局域无线系统网络拓扑结构问题的关键措施之一。首先,应该对网络的结构特点进行分析,根据应用情况、用户数量和业务流量等因素合理规划无线接入点。最好采用一定的测量工具,如无线扫描仪等,进行现场勘查,确定接入点设置的具体位置;其次,当新增用户或增加业务流量时,应及时调整和增加无线接入点。这需要根据实际需求、网络运行状况等因素,及时安排接入点的调整或扩充工作,以维护网络的稳定性和可靠性;最后,除了合理设置无线接入点位置外,还应选择合适的设备和技术方案,如增加天线数量、采用信号放大器等措施来强化无线信号覆盖面,从而更好地避免因为网络拓扑结构问题而带来的通信故障。合理设置无线接入点的位置是解决局域无线系统网络拓扑结构问题的重要措施。同时,还应综合考虑设备选择、技术方案等因素,深入分析、规划和优化无线网络的拓扑结构,以实现无线网络通信的高效稳定运行。

3.3.2 提高网络拓扑结构的稳定性

为了保障网络的稳定性和可靠性,应该使用具有高质量的无线传输协议的无线接入点。无线接入点的传输协议是影响无线传输速率、可靠性和抗干扰性的重要因素之一。比如,802.11ac协议能够提供更高的传输速率和更快的响应时间,而802.11 n协议则能提供更可靠的无线连接和更好的抗干扰性。根据不同的需求选择相应的无线传输协议是非常重要的。此外,为了保证网络的稳定运行,无线接入点还应该保证设备的合理运行和及时更新操作系统、网络驱动程序等软件。合理的设备运行和软件更新可以及时修复各种网络问题,包括漏洞和安全隐患等,有效防止网络被黑客攻击和数据泄露等风险。同时,定期更新网络驱动程序和操作系统可以实现更优秀的网络性能和更高的稳定性,提高网络响应速度和传输的有效性。因此,选择具有高质量的无线传输协议的无线接入点,并采取适当的措施管理网络设备和定期更新软件,有助于提高网络性能,加强网络的安全性和稳定性,保护企业数据和用户信息的安全[4]。

3.4 增强网络管理

增强网络管理,可以通过监测网络状况,及时发现问题并及时处理。例如,通过网络管理系统,将无线通信系统进行分类管理,以便更好地监测网络的运行状况。在网络管理系统中,可以根据发现的问题,采取相应的措施,例如,更换设备、更换接入点、优化网络拓扑结构等。此外,定期维护设备、更新固件也是保持网络稳定运行的重要手段[4]。

4 结语

在无线通信技术快速发展的今天,局域网中的无线通信系统成为各行各业提升生产效率和降低成本的必要手段。针对无线通信系统在局域网中应用存在的问题,本文提出了一系列的解决措施,包括采用多频道技术、数据加密和数字签名、合理设置无线接入点等,并建议对网络设备和软件定期维护升级,加强网络管理,从而提高网络的稳定性和可靠性,确保网络的安全高效稳定运行。相信这些措施可以更好地发挥无线通信系统在局域网中的优势,推动无线通信技术更加广泛的应用。