无线网络技术在安全生产系统中的应用

何晓娜

摘 要：本文将结合当前无线网络技术的研究进展，通过在安全生产领域的应用，以实现对生产环境的实时监测，最大限度地确保作业人员的安全。

关键词：无线网络；智能决策；网络重构

1 无线网络概述

无线网络旨在从当前的网络状态进行感知，并采取相应的自适应行为，以实现对当前网络环境和网络事件做出优化和改善，无需控制中心而构建成自组织、多跳式网络环境。

1.1 频谱共享方式分析

从频谱共享的定义来看，即允许非授权用户在不干扰授权用户的前提下，动态的共享频谱资源，其共享方式主要有Underlay（重疊），Overlay（覆盖），Interweave（交织）和 Aggravation（聚合）四种。在Underlay模式下，要想实现 用户与主用户共同使用频谱资源，必须满足用户的功率要小于主用户的干扰温度门限，从而实现在超低功率下短距离传输的目标；在Overlay模式下，其安全运行的前提是用户与主用户的信道信息是已知的，并且用户能够协助主用户完成信息的发生，从而实现用户和主用户都实现频谱带宽的增益；Interweave模式最早有J.Mitola博士提出，其思想是基于机会主义来实现对时间-频率二维空间的有效延展，采用Interweave模式时，用户通过周期性的监听频带，智能化的选择不同频带来保障对活跃主用户的干扰最小，从而提高频谱空洞的利用效率，如FDMA系统、TDMA系统等，具有较广的应用前景；Aggregation模式实际上是对Interweave模式的一种改进，其原理是将不同可用的空白频带进行聚会，从而提供给某一用户来使用，提高用户的通信速率。

1.2 无线网络感知模式分析

频谱感知技术作为网络系统的核心技术之一，按照感知对象的不同，可以分为基于发射源的感知、基于干扰的感知和协作感知。对于发射源的不同特征来看，在频谱检测技术上也有所不同，能量检测属于非相关检测，通过对频段内检测能量的积累，当达到门限时则有信号存在，否则就作噪声处理，其优点是无需检测信号的先验知识，不足是对门限值的设定较为敏感，且检测速度较慢；匹配滤波检测作为相关检测，是在主用户信号特征下完成的最优的频谱检测技术，具有检测时间短、精度高的优点，但由于需要提供主用户信号的详细特征，对于多个主信号进行检测时，需要配置多个滤波器，在对应用场合带来限制的同时，也增加了执行成本；对于周期平稳过程特征检测来说，通过对接收信号的周期性特征进行分析，其显著优势是能够从调制信号功率中离析噪声，对于信噪比较低的检测具有较好的应用前景；对于小波检测技术，利用无线网络频谱密度的不规则性，可以实现对较宽频带的信号进行有效检测。

2 对无线网络MAC协议的分析

对网络频谱资源的分配、管理与利用是网络的核心，基于信道的MAC协议主要是从网络信息的获取上，实现对不同通信节点分配相应的信道，以提升网络资源的利用效率。为此，基于信道的MAC协议设计机制和信道选择策略主要体现在以下几点。

网络通信需要2个节点用户在相同的信道上来完成，对于信道协商策略旨在解决节点同步切换，需要依赖于公共信息来实现。通信节点通过逐个查看或单一查看的方式来获得某个时间、某个信道上与某个通信节点实现有效通信。其技术主要有：一是公共控制信道技术，即在网络通信机制中，有一个或多个控制信道专门用于交换控制包，实现对信道使用的协商。其优点是控制信道作为广播信道，用来传输控制分组信息，并从广播中实现对所有节点的侦听，以实现数据分组发送时延最小化。其不足是由于公共控制信道专门传输控制分组，对信道资源造成一定的浪费，也对网络吞吐量造成瓶颈影响。二是公共控制时期技术，利用数据信道来临时充当控制信道，因为需要在控制时段与数据时段进行切换，所有的节点都需要在临时的控制信道与目标节点进行协商，成功后等待控制时段的结束，然后进行相应数据交换，主要典型的协议有MMAC和MAP协议，其优点是公共控制时期技术将信道分为公共控制时段与数据交换时段，增加了信道的利用率，而不足是需要借助于同步技术，来满足信道协商与分组广播的进行，所以增加了发送时延。三是公共跳频序列技术，利用跳频技术对所有节点以相同的序列进行跳频，以满足可用信道之间进行数据传送，此类协议有HRMA等。其优点是对于信道协商与广播分组的发送来说可以随时进行，所以减少了信道间的干扰，而不足是需要借助于同步技术来频繁进行信道切换，从而造成功率浪费和能量消耗。四是私有信道技术，该机制中每一个节点都能够静态或动态的获得属于自己的信道，当发送节点需要给目标节点传输数据时，需要通过广播等方式来获得目标节点的私有信道，从而完成数据交换，如HMCP、PCAM和XRDT协议等。五是私有跳频序列技术，该机制设定每个节点拥有自己的跳频序列，如SSCH和McMAC协议等。其优点是减少了信道之间的干扰，但不足是需要建立同步技术来满足信道之间的切换，从而造成过多的能量消耗。

3 智能决策和网络重构技术分析

在网络结构中，需要从用户、网络，以及传统网络三个层面来实现智能决策。借助于传感设备和执行设备，通过逻辑推理、学习和决策，控制代理的行为，实现网络与底层可重构网络之间的对接。常用的智能决策技术有基于知识的方法，如遗传算法、神经网络，基于决策树的方法，如CLS算法，基于概率的不确定性推理方法，以及基于集合理论的方法，如模糊数学方法等。网络重构技术在 无线网络环境中，以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体验为目标，改善传统网络环境对人工调整方式的依赖，减少网络资源配置和维护成本，动态的适应网络环境的变化，利用可编程、可配置、可抽象的硬件环境和模块化软件，从而使得网络和终端具有多种无线接入方式的技术集合。