船舶通信網(wǎng)絡(luò)互信認(rèn)證體系設(shè)計(jì)研究范文

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摘要:近幾年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越深入，逐漸改變了傳統(tǒng)的單一無(wú)線通信方式，且信號(hào)傳輸類(lèi)型和傳輸模式的差異化程度也越來(lái)越高。本文主要針對(duì)船舶的通信網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計(jì)，系統(tǒng)介紹船聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議、通信架構(gòu)和數(shù)據(jù)鏈路等技術(shù)模塊，并利用船聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)和改進(jìn)出納表的通信網(wǎng)絡(luò)互信認(rèn)證體系，對(duì)提高船舶通信能力有重要意義。

關(guān)鍵詞：船聯(lián)網(wǎng)；通信網(wǎng)絡(luò)；互信認(rèn)證體系；數(shù)據(jù)鏈路

0引言

近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了船舶通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)升級(jí)，性能優(yōu)越的處理芯片和網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)不僅提高了船舶通信網(wǎng)絡(luò)的信息處理效率，還為船舶通信軟件程序的開(kāi)發(fā)提供了穩(wěn)定、可靠的平臺(tái)。本文主要面向船舶的通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合目前常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，在ZigBee和Wifi無(wú)線通信基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新型的TCP/IP協(xié)議，并針對(duì)該協(xié)議實(shí)現(xiàn)了船舶通信網(wǎng)絡(luò)的互信認(rèn)證體系設(shè)計(jì)[1]。

1船聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計(jì)

船聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建立在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上的，不論是船聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層次，還是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等技術(shù)，都具有技術(shù)先進(jìn)性。船聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系具有重要的意義，一方面，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)多種模式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的垂直切換；另一方面，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有效的促進(jìn)了無(wú)線局域網(wǎng)與以太網(wǎng)的相互融合，大大提高了通信信息的時(shí)效性。

船聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)決定了通信網(wǎng)絡(luò)的性能，通常節(jié)點(diǎn)的有效通信需要滿足以下幾個(gè)方面的協(xié)同：

1）無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接入端口與無(wú)線自組網(wǎng)的協(xié)同；

2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議具有不同的數(shù)據(jù)格式，不同格式的轉(zhuǎn)換需要協(xié)同操作；

3）應(yīng)用層方案的共享協(xié)同。本文在傳統(tǒng)的船聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，充分利用Wifi網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸通道和ZigBee網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)等功能模塊，設(shè)計(jì)一種新型的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型。該新型無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、無(wú)損流動(dòng)。

本研究設(shè)計(jì)的船舶異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的層次及功能模塊如下：

1）數(shù)據(jù)鏈路層和物理層船舶通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的物理層主要包括802.1數(shù)據(jù)鏈路、802.15.4數(shù)據(jù)鏈路、802.15.1數(shù)據(jù)鏈路和802.11物理層等結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路是基于IEEE802的ZigBee協(xié)議，該頻段的無(wú)線通道具有傳輸速度快、帶寬大等優(yōu)點(diǎn)。

2）網(wǎng)絡(luò)層該異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層主要包括TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、ZigBee無(wú)線傳輸協(xié)議、RF-COMM協(xié)議和L2CAP鏈路邏輯控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)傳輸層的多種協(xié)議為數(shù)據(jù)傳輸和處理提供了可靠的標(biāo)準(zhǔn)支持，同時(shí)，又保證了開(kāi)發(fā)工具和程序的兼容特性，提高了船舶通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的性能。

3）信息會(huì)話層在無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，信息會(huì)話層是內(nèi)嵌在TCP/IP協(xié)議棧中的，該層次結(jié)構(gòu)的主要功能有2個(gè)：其一，會(huì)話層為通信網(wǎng)絡(luò)的會(huì)話接入提供規(guī)范和維護(hù)功能；其二，會(huì)話層可以改善網(wǎng)絡(luò)中信息的交換方式，保障應(yīng)用層軟件的正常運(yùn)行。

4）應(yīng)用層應(yīng)用層是本研究設(shè)計(jì)的船舶通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的核心層次，主要包括應(yīng)用對(duì)象庫(kù)、數(shù)據(jù)管理模塊、顯示報(bào)文模塊、I/O端口和報(bào)文路徑管理模塊等。應(yīng)用層的服務(wù)類(lèi)型分為核心和非核心服務(wù)2種，其中非核心服務(wù)主要有FTP協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；核心服務(wù)主要包括協(xié)議棧管理與應(yīng)用服務(wù)、協(xié)議棧套接字服務(wù)等[3]。

2基于船聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)互信認(rèn)證體系設(shè)計(jì)

2.1互信認(rèn)證體系的報(bào)文處理與協(xié)議設(shè)計(jì)

在本研究設(shè)計(jì)的新型船舶通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，包含眾多種類(lèi)不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，必然會(huì)存在多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。這些網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸層中起到的作用不同，相互之間的兼容性也需要重點(diǎn)考慮。為了實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相互兼容，使該新型船舶無(wú)線異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的整體性得到保障，本研究重點(diǎn)對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體的協(xié)議棧優(yōu)化包括如下：

1）網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分類(lèi)本研究設(shè)計(jì)的船舶無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分類(lèi)時(shí)，充分考慮到不同場(chǎng)合下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的適用特性，將網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分為顯性報(bào)文和隱性報(bào)文兩種。顯性報(bào)文的處理時(shí)效性要求高，比如I/O端口數(shù)據(jù)報(bào)文等；隱性報(bào)文的時(shí)效性要求較低，信息傳輸?shù)囊筝^低，比如網(wǎng)絡(luò)硬件的故障報(bào)文、網(wǎng)絡(luò)時(shí)序更新報(bào)文和網(wǎng)絡(luò)配置報(bào)文等。

2）報(bào)文處理報(bào)文處理的優(yōu)化是無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，對(duì)無(wú)線異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸速度有重要影響。在報(bào)文處理過(guò)程中，套接字映射接口首先根據(jù)報(bào)文內(nèi)容對(duì)報(bào)文分類(lèi)，然后利用相應(yīng)的功能模塊對(duì)報(bào)文處理。具體的報(bào)文處理流程如圖2所示。由圖2可知，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文首先經(jīng)過(guò)聯(lián)接套接字端口，然后根據(jù)報(bào)文內(nèi)容分別進(jìn)入應(yīng)用層服務(wù)端口、管理功能端口和擴(kuò)展端口中。應(yīng)用層服務(wù)端口對(duì)報(bào)文信息進(jìn)行判斷，如果報(bào)文符合應(yīng)用服務(wù)信息類(lèi)型，則進(jìn)一步將該報(bào)文發(fā)送至應(yīng)用層函數(shù)模塊中，否則將該報(bào)文舍棄；同樣，管理功能端口對(duì)報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行判斷，如果報(bào)文屬于管理服務(wù)信息，則進(jìn)一步發(fā)送至管理層處理函數(shù)模塊，同時(shí)舍棄不屬于該類(lèi)型的報(bào)文。

3）模型定義與網(wǎng)絡(luò)連接在無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互信體系中，模型定義與網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)計(jì)有重要意義。為了保障異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中硬件設(shè)備與功能模塊之間的通信，網(wǎng)絡(luò)層連接設(shè)置需要將多種制式的通信協(xié)議整合，采用統(tǒng)一的連接標(biāo)識(shí)符和IP節(jié)點(diǎn)。標(biāo)識(shí)符的定義以目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為準(zhǔn)，包括單向網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)識(shí)符和雙向網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)識(shí)符。連接標(biāo)識(shí)符可以保障網(wǎng)絡(luò)連接的效率，提高無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

2.2基于船聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)互信認(rèn)證體系設(shè)計(jì)

本文充分利用船聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)結(jié)合Wifi，ZigBee等制式的無(wú)線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于船聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)互信認(rèn)證體系。該通信網(wǎng)絡(luò)互信認(rèn)證體系主要分為以下3個(gè)結(jié)構(gòu)層次：1）感知層：互信認(rèn)證體系的感知層主要負(fù)責(zé)信息的采集，比如網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求等。本研究以ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為感知層網(wǎng)絡(luò)，建立信息采集的分布式無(wú)線感知層。2）控制層：該層次結(jié)構(gòu)主要控制互信認(rèn)證體系的信息接入和識(shí)別。3）信息層：該層主要包括信息存儲(chǔ)器、服務(wù)器、計(jì)算域和ZigBee節(jié)點(diǎn)等結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)互信認(rèn)證體系的信息管理、存儲(chǔ)等功能。

3結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，船聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。本文系統(tǒng)介紹了船聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Wifi和ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)和優(yōu)化了船舶通信網(wǎng)絡(luò)的互信認(rèn)證體系，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)連接原理做了系統(tǒng)的介紹。

參考文獻(xiàn)：

[1]張博,朱璇,高熾揚(yáng).數(shù)字證書(shū)互信互認(rèn)技術(shù)探討[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2012(9):35–37.

[2]李響.淺析網(wǎng)絡(luò)社會(huì)誠(chéng)信體系建設(shè)的現(xiàn)狀、問(wèn)題和對(duì)策[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化,2016(1):80–81.

作者：李樂(lè) 單位：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院