無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在安全生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

何曉娜

摘 要：本文將結(jié)合當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究進(jìn)展，通過(guò)在安全生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最大限度地確保作業(yè)人員的安全。

關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；智能決策；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概述

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)旨在從當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行感知，并采取相應(yīng)的自適應(yīng)行為，以實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)事件做出優(yōu)化和改善，無(wú)需控制中心而構(gòu)建成自組織、多跳式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

1.1 頻譜共享方式分析

從頻譜共享的定義來(lái)看，即允許非授權(quán)用戶在不干擾授權(quán)用戶的前提下，動(dòng)態(tài)的共享頻譜資源，其共享方式主要有Underlay（重疊），Overlay（覆蓋），Interweave（交織）和 Aggravation（聚合）四種。在Underlay模式下，要想實(shí)現(xiàn) 用戶與主用戶共同使用頻譜資源，必須滿足用戶的功率要小于主用戶的干擾溫度門(mén)限，從而實(shí)現(xiàn)在超低功率下短距離傳輸?shù)哪繕?biāo)；在Overlay模式下，其安全運(yùn)行的前提是用戶與主用戶的信道信息是已知的，并且用戶能夠協(xié)助主用戶完成信息的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)用戶和主用戶都實(shí)現(xiàn)頻譜帶寬的增益；Interweave模式最早有J.Mitola博士提出，其思想是基于機(jī)會(huì)主義來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間-頻率二維空間的有效延展，采用Interweave模式時(shí)，用戶通過(guò)周期性的監(jiān)聽(tīng)頻帶，智能化的選擇不同頻帶來(lái)保障對(duì)活躍主用戶的干擾最小，從而提高頻譜空洞的利用效率，如FDMA系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)等，具有較廣的應(yīng)用前景；Aggregation模式實(shí)際上是對(duì)Interweave模式的一種改進(jìn)，其原理是將不同可用的空白頻帶進(jìn)行聚會(huì)，從而提供給某一用戶來(lái)使用，提高用戶的通信速率。

1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)感知模式分析

頻譜感知技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，按照感知對(duì)象的不同，可以分為基于發(fā)射源的感知、基于干擾的感知和協(xié)作感知。對(duì)于發(fā)射源的不同特征來(lái)看，在頻譜檢測(cè)技術(shù)上也有所不同，能量檢測(cè)屬于非相關(guān)檢測(cè)，通過(guò)對(duì)頻段內(nèi)檢測(cè)能量的積累，當(dāng)達(dá)到門(mén)限時(shí)則有信號(hào)存在，否則就作噪聲處理，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需檢測(cè)信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，不足是對(duì)門(mén)限值的設(shè)定較為敏感，且檢測(cè)速度較慢；匹配濾波檢測(cè)作為相關(guān)檢測(cè)，是在主用戶信號(hào)特征下完成的最優(yōu)的頻譜檢測(cè)技術(shù)，具有檢測(cè)時(shí)間短、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但由于需要提供主用戶信號(hào)的詳細(xì)特征，對(duì)于多個(gè)主信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要配置多個(gè)濾波器，在對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)限制的同時(shí)，也增加了執(zhí)行成本；對(duì)于周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè)來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的周期性特征進(jìn)行分析，其顯著優(yōu)勢(shì)是能夠從調(diào)制信號(hào)功率中離析噪聲，對(duì)于信噪比較低的檢測(cè)具有較好的應(yīng)用前景；對(duì)于小波檢測(cè)技術(shù)，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜密度的不規(guī)則性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)較寬頻帶的信號(hào)進(jìn)行有效檢測(cè)。

2 對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的分析

對(duì)網(wǎng)絡(luò)頻譜資源的分配、管理與利用是網(wǎng)絡(luò)的核心，基于信道的MAC協(xié)議主要是從網(wǎng)絡(luò)信息的獲取上，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同通信節(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)的信道，以提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。為此，基于信道的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)機(jī)制和信道選擇策略主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)通信需要2個(gè)節(jié)點(diǎn)用戶在相同的信道上來(lái)完成，對(duì)于信道協(xié)商策略旨在解決節(jié)點(diǎn)同步切換，需要依賴于公共信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)逐個(gè)查看或單一查看的方式來(lái)獲得某個(gè)時(shí)間、某個(gè)信道上與某個(gè)通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)有效通信。其技術(shù)主要有：一是公共控制信道技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制中，有一個(gè)或多個(gè)控制信道專門(mén)用于交換控制包，實(shí)現(xiàn)對(duì)信道使用的協(xié)商。其優(yōu)點(diǎn)是控制信道作為廣播信道，用來(lái)傳輸控制分組信息，并從廣播中實(shí)現(xiàn)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的偵聽(tīng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送時(shí)延最小化。其不足是由于公共控制信道專門(mén)傳輸控制分組，對(duì)信道資源造成一定的浪費(fèi)，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量造成瓶頸影響。二是公共控制時(shí)期技術(shù)，利用數(shù)據(jù)信道來(lái)臨時(shí)充當(dāng)控制信道，因?yàn)樾枰诳刂茣r(shí)段與數(shù)據(jù)時(shí)段進(jìn)行切換，所有的節(jié)點(diǎn)都需要在臨時(shí)的控制信道與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)商，成功后等待控制時(shí)段的結(jié)束，然后進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)交換，主要典型的協(xié)議有MMAC和MAP協(xié)議，其優(yōu)點(diǎn)是公共控制時(shí)期技術(shù)將信道分為公共控制時(shí)段與數(shù)據(jù)交換時(shí)段，增加了信道的利用率，而不足是需要借助于同步技術(shù)，來(lái)滿足信道協(xié)商與分組廣播的進(jìn)行，所以增加了發(fā)送時(shí)延。三是公共跳頻序列技術(shù)，利用跳頻技術(shù)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)以相同的序列進(jìn)行跳頻，以滿足可用信道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，此類(lèi)協(xié)議有HRMA等。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于信道協(xié)商與廣播分組的發(fā)送來(lái)說(shuō)可以隨時(shí)進(jìn)行，所以減少了信道間的干擾，而不足是需要借助于同步技術(shù)來(lái)頻繁進(jìn)行信道切換，從而造成功率浪費(fèi)和能量消耗。四是私有信道技術(shù)，該機(jī)制中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的獲得屬于自己的信道，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要通過(guò)廣播等方式來(lái)獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的私有信道，從而完成數(shù)據(jù)交換，如HMCP、PCAM和XRDT協(xié)議等。五是私有跳頻序列技術(shù)，該機(jī)制設(shè)定每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有自己的跳頻序列，如SSCH和McMAC協(xié)議等。其優(yōu)點(diǎn)是減少了信道之間的干擾，但不足是需要建立同步技術(shù)來(lái)滿足信道之間的切換，從而造成過(guò)多的能量消耗。

3 智能決策和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)分析

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，需要從用戶、網(wǎng)絡(luò)，以及傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層面來(lái)實(shí)現(xiàn)智能決策。借助于傳感設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備，通過(guò)邏輯推理、學(xué)習(xí)和決策，控制代理的行為，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與底層可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的對(duì)接。常用的智能決策技術(shù)有基于知識(shí)的方法，如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于決策樹(shù)的方法，如CLS算法，基于概率的不確定性推理方法，以及基于集合理論的方法，如模糊數(shù)學(xué)方法等。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)在 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，以異構(gòu)資源的最優(yōu)化使用和用戶對(duì)業(yè)務(wù)的最優(yōu)化體驗(yàn)為目標(biāo)，改善傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)人工調(diào)整方式的依賴，減少網(wǎng)絡(luò)資源配置和維護(hù)成本，動(dòng)態(tài)的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化，利用可編程、可配置、可抽象的硬件環(huán)境和模塊化軟件，從而使得網(wǎng)絡(luò)和終端具有多種無(wú)線接入方式的技術(shù)集合。