网络通信技术论文范文

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二、4G移动通信技术的安全缺陷

1、安装的应用程序存在安全漏洞。

现阶段网络技术还处于不成熟阶段，软件中存在着许多的安全漏洞，网络浏览器和其他应用程序很容易出现故障。很多人对4G网络认识不清，对4G移动通信安全系统不了解，不正常的操作极易出现系统问题和死机现象导致信息的不安全和不完整。

2、病毒的破坏。

4G移动网络通信技术虽然有很多的优势，但它也跟其他网络一样惧怕病毒。病毒是安全系统的蛀虫，当病毒入侵网络系统后后不仅仅会对电脑网络的传输途径造成很大的破坏，而且会导致信号传播中出现乱码，妨碍信息的正确传递。

3、黑客的入侵。

黑客是指拥有高级知识的程序编辑人员，并且通过编程序来操作系统，利用电脑系统存在的漏洞非法的侵入他人系统，盗取他人的信息资料，非法获得自身所需要的东西的人。黑客的入侵通常会导致系统安全的破坏，使他人利益损坏，对他人造成危害。

三、完善4G移动通信技术

4G系统是一个业务多种多样的异构网络，现有的3G安全方案加/解密匙的方法并不适用于4G系统。4G安全系统将是一种轻量的具有复合特点的能够重复配置的系统。仅仅有防范和检查作用的安全系统是不能完全保卫系统的安全的，建立能够对病毒有一定的抵御能力和自动回复能力安全系统是非常必要的。所有的系统都会有一定的缺陷，一旦发生了信息的泄露将产生不可挽回的灾难性的损失。人为的缺失和自然灾害都会对网络系统，造成毁灭性的灾害。要在4G移动通信系统中加入系统容灾技术，一些自然灾害虽然会对通信系统产生危害但是在灾难过后就能快速准确的恢复原有数据，保卫系统安全。作为最后数据屏障的数据备份系统，不能有失误。要想保障数据不出现差错，数据容灾要选用两个存储器，这两个存储器内保存的内容虽然一致，但是他们两个相互独立一个出现问题不会直接影响另外一个，这两个储存器一个放在本地另外一个放在异地。它们通过IP连接在一起，是一个具有完整性、准确性、安全性的容灾系统，二者同时为为本地的服务器服务，同时使用。要不断地完善4G通信系统，无论是系统的硬件还是软件都要全面升级，不断地提升系统的安全性能。

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1.1WPAN/WLAN/WMAN通信技术

无线个域网（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新兴无线通信网络技术。WPAN能够有效地解决“最后的几米电缆”的问题，进而将无线联网进行到底。如蓝牙、ZigBee、RFID等。无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）的工作模式可分为基础结构（Infrastructure）模式和自组织网络（AdHoc）模式，基础结构的拓扑结构是扩展服务集（ExtendedServiceSet，ESS），而自组织网络的拓扑结构是独立基本服务集（IndependentBasicServiceSet，IBSS）。在基础结构网络下，无线终端通过访问节点（AccessPoint，AP）相互通信，而且可以访问有线网络，这是最常用的网络拓扑结构；自组织网络是无线终端之间任意连接相互通信形成的一种工作方式。WLAN的安全架构经历了从有线等效保密（WiredEquivalentPrivacy，WEP）到IEEE802.11i的演进，我国于2003年首次针对WEP的安全机制不足提出无线局域网安全标准（WirelessLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure，WAPI）。无线城域网（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN）的推出是为了满足日益增长的无线接入市场需求。在WLAN技术快速发展的同时，由于在用于室外环境时，带宽和用户数方面受到了限制，同时，还存在通信距离较长等一些其他问题。为更好地解决上述问题，IEEE制定了一套全新的、更复杂的全球标准[2]，这个标准能同时解决物理层环境（室外射频传输）和QoS2方面的问题，典型的WMAN如WiMAX，Mesh等。

1.2GSM/GPRS通信技术

全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunications，GSM）是2G系统的典型例子，其运营成本低、网络覆盖范围广、可靠性相对较高。但是该通信方式的实时性相对较差，尤其是在大数据传输的情况下，可能造成较长时间的传输时延，不适用于实时监测系统。而且GSM没有考虑完整性保护的问题，这一点在以语音通信为主的2G通信中不是十分重要，因为丢失或者改动的语音通常可以认为识别。GPRS是在现有二代移动通信GSM系统基础上发展而来的无线数据传输业务。GPRS采用与GSM相同的无线调制标准、频带、突发结构、调频规则及TDMA帧结构。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源。近年来，GPRS技术在配电终端发展非常迅速，但是仍存在不足：GPRS会发生包丢失现象，调制方式不是最优，只采用对用户的单向认证等[3]。

1.33G通信技术

与前两代通信系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供多种移动多媒体业务。在高速移动的环境中，其传输速率支持144kbit/s，静止状态下最高支持7.2Mbit/s。3G技术利用在不同网络间的无缝漫游技术，将无线通信系统和Internet连接在一起，从而实现对移动终端用户提供更多、更高级的服务，提高了通信质量、系统容量和传输速率。在安全体系上，3G系统性的考虑了网络接入安全、网络域安全、用户域安全、应用域安全、安全可视性和可配置性。虽然3G和2G相比有很多优点，但还是存在很多缺点：3G缺乏统一的全球标准；3G所采用的语音交换架构不是纯IP的方式，仍采用2G系统的电路交换方式；3G的业务提供和业务管理不够灵活；流媒体的应用不尽如人意；3G的高速数据传输不成熟，接入速度有限；安全方面存在算法过多、认证协议容易被攻击等安全缺陷。

1.44G通信技术

3G正朝着无处不在、全IP化的4G演进。4G网络体系结构如图2所示，4G的关键特征是网络融合，允许多种无线通信技术系统共存，4G致力于融合不同的无线通信系统和技术，以提供普适移动计算环境。用户可以在任何时间、任何地点使用无线网络，这给认证和安全切换提出了更高的要求。在高速移动环境中，移动工作站仍能提供2~100Mbit/s的数据传输速率。4G使用单一的全球范围的IP核心网来取代3G中的蜂窝网络，交换架构从电路交换向分组交换过渡，最终演变成为基于分组交换架构的全IP网络。TD-LTE是时分双工技术（TimeDivisionDupl-exing，TDD）版本的LTE技术，是TD-SCDMA的后续演进技术，同时沿用了TD-SCDMA的帧结构。TD-LTE所采用的不对称频率时分双工方式，是我国拥有自主核心知识产权的国际标准。与之前的通信技术标准相比，TD-LTE技术在物理层传输技术方面有显著改进，主要使用的关键技术包括：多天线技术、多址接入技术、链路自适应、混合自动重传等。1）TD-LTE采用TDD技术，充分利用了有限的频谱资源。在TDD模式下通过将发送和接收信号调度到同一载波下不同时间段传输进行区分，将有限的频谱资源充分利用。2）TD-LTE采用正交频分复用调制编码技术，有效对抗频率选择性衰落或窄带干扰，也提高了单位频谱的传输效率。正交频分复用调制编码技术是将频段内给定的信道分成若干个正交子信道，然后在每个子信道上使用一个载波进行调制，子载波并行传输，从而有效地消除信号波形间的干扰。3）TD-LTE采用多输入输出技术。该技术通过分立式多天线，利用多发射、多接收天线进行空间分集，能将通信链路分解成多个并行子信道，从而提高通信容量。TD-LTE还采用了自适应调制与编码技术、自适应重传技术、载波聚合技术等多种先进技术来实现宽带数据传输[2]。

24G通信安全问题与对策

2.14G通信的接入系统与移动终端

4G的核心网是一个全IP网络，即基于IP的承载机制、基于IP的网络维护管理、基于IP的网络资源控制、基于IP的应用服务。4G的根本优点是可以实现不同网络间的无缝互联。因此，4G网络的接入系统包括无线蜂窝移动通信系统（2G、3G）、无线系统（如DECT）、短距离连接系统（如蓝牙）、无线局域网（WLAN）系统、卫星系统、广播电视接入系统（如DAB，DVB-T，CATV）、有线系统、WiMAX等。4G系统的显著特点是智能化终端，通过实现在各种网络系统之间无缝连接和协作，以最优化的工作方式满足用户的通信需求。当智能化多模式终端接入系统时，网络会自适应地分配频带，给出最优化路由，以达到最佳通信效果。4G的特征决定了4G的移动终端不同于3G终端。4G移动终端应能支持高速率和宽带要求，同时还应保证适应不同的空中接口要求及不同的QoS指标和终端用户移动性能。此外，4G系统中的终端形式多样化，具有物联网功能的终端可视为4G系统的终端，如联网的冰箱、热水器、眼镜、手表等。未来4G移动终端具有如下特征：更强的交互性能，更为方便的个人与网络接口；更高的网络联通性，无线设备可通过AdHoc方式组网；丰富的个性化服务，支持视频电话、GPS定位等多种业务；动态自重构能力，可以自适应地改变业务要求及网络条件；增强型的安全保障功能，如嵌入式指纹识别认证。

2.24G通信安全问题

4G系统包括IP骨干网、无线核心网、无线接入网和智能移动终端等部分，因此，其面临的安全威胁也主要来自这几方面。现有无线网络中存在的安全隐患仍然存在于4G系统中。例如，无线网络链路安全问题和攻击者的窃听、篡改、插入或删除链路上的数据；网络实体身份认证问题，包括核心网和接入网中的实体，如无线局域网中的AP和认证服务器等；Internet网络的各类网络攻击问题等。另外，4G的移动终端与用户的交互更为密切，移动终端作为所有无线协议的参与者和各种无线应用的执行者[4]，交互越来越复杂，威胁的来源越来越广泛。而且，随着计算和存储能力的不断增强，可被执行的恶意程序的数量增多，破坏越来越大，使移动终端变得更加脆弱。例如，手机病毒攻击、移动终端硬件平台的篡改、移动终端操作系统漏洞等。

2.34G通信安全策略

4G安全的研究刚刚起步，还需要将来深入的研究。安全解决方案的设计应考虑的因素包括：安全性、效率、兼容性、可扩展性和用户的可移动性。包括[5]：①需要通过移动终端完成的任务量尽可能少，以有效减少计算的时延；②安全协议需要交互的信息量尽可能少，且每条信息的数据长度尽可能短，以减少通信的时延；③被访问网络的安全防护措施应对用户透明；④用户可有效识别和了解被访问网络协商所采用的安全防护措施级别、算法，甚至安全协议；⑤合法的用户可自由配置自身使用的业务是否需要采用安全防护措施；⑥协议要求的计算能力要具有明显的非对称性，较大的计算负担应尽量在服务端完成，而非在移动终端完成，要充分利用移动终端的空闲时间和资源进行预计算和预认证；⑦安全防护方案能够应对用户和网络设备数目的持续增长。具体而言，可采取的安全防护策略主要如下[6]。1）可协商机制：移动终端和无线网络能够自行协商安全协议和算法。2）可配置机制：合法用户可配置移动终端的安全防护措施选项。3）多策略机制：针对不同的应用场景提供不同的安全防护措施。例如，首次登陆网络和再次接入网络的认证可以充分利用已有的验证信息来节约成本、提高效率，切换认证也应该较普通接入认证有更高的效率。4）混合策略机制：结合不同的安全机制，如将公钥和私钥体制相结合、生物密码和数字口令相结合。一方面，以公钥保障系统的可扩展性，进而支撑兼容性和用户的可移动性；另一方面，利用私钥的高效性来保证实时性（如切换过程），进一步确保用户的可移动性。

2.44G通信安全措施

根据安全威胁来源，4G通信的安全措施重点在于移动终端和无线接入网2部分，对于移动终端一般可采取的安全防护措施如下。1）防护物理硬件。提升集成度，减少可被攻击的物理接口；增加电流、电压检测电路，防止物理攻击手段；增加完整性检验、可信启动和存储保护等措施。2）加固操作系统。采用坚强可靠的操作系统，使其支持混合式访问控制、域隔离控制和远程验证等安全策略。对于无线接入网一般可采取的安全措施如下。1）安全接入。无线接入网通过自身安全策略或辅助安全设备提供对可信移动终端的安全接入功能。防止非可信移动终端接入无线接入网络。2）安全传输。移动终端与无线接入网能够选择建立加密传输通道，根据业务需求，从无线接入网、用户侧均能自主设置数据传输方式。必要时，无线接入网可以采用专用网络进行物理隔离或逻辑隔离。3）身份认证。移动终端与无线接入网建立基于高可靠性载体（如数字证书）的双向身份认证机制。4）安全数据过滤。无线接入网可提供安全数据过滤功能。在视频、多媒体等应用领域，通过数据过滤，可以有效地防范非法数据通过抢占无线接入网资源，进而影响内部系统或核心网。5）访问控制。无线接入网可通过物理地址过滤、端口访问控制等技术措施进行细粒度访问控制策略设置。6）统一监控与审计。对移动终端的访问行为、无线接入设备的运行情况建立统一的监控与审计系统，可以有效地分析移动终端行为规律、记录异常操作，保证无线接入网的高效、可靠。无线核心网和IP骨干网Internet的安全措施与传统网络类似，包括设备冗余、链路冗余、容灾技术、带宽优化等系列措施。在传统安全措施基础上，4G通信时主要需要考虑无线接入网与核心网之间的安全问题。核心网需要加强对无线接入网的安全接入防护，建立可信接入机制。

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2网络编码

2.1网络编码的基本原理

网络编码较为全面的定义了网络结点输入和输出的关系，中间结点一旦具备编码条件，那么中间结点就会对其所接受到的数据按照相应的方式进行编码方面的处理。当编码的数据被逐渐的传送到后续结点之后，后续结点可以进行编码，也可以不进行编码，如果有需要还要进行编码的话，这时就要对接到的信息按照之前的方式再进行一次编码，然后传输，经过不断的反复编码传输，最终就会实现所有的编码信息都能够到达目的结点。最后一步工作就是目的结点通过对信息进行译码之后，就可以得到最初结点所发出的基本信息了。

2.2网络编码的构造方法

在对网络编码的研究当中最主要的一个问题就是结点要根据哪种方式对所接受的数据分组进行编码组合。从目前的研究来看，学者从不同的角度对网络编码的构造方法进行了相应的分析探讨，比如说采用的编码系数选择方式，分组编码操作方式等方面，其具体的表现是根据编码结点分组进行编码操作的方式，其中线性网络编码主要表现是结点对所接受的数据分组实行的是线性编码组合型操作，不然编码的工程就会变为非线性网络编码。我们根据编码系数的选择方式，把网络编码构造的方法分为两种，一种是确定性网络编码，另一种是随机网络编码。这两种编码都有一定的好处，但是确定性网络编码构造方法的编码系数是根据某一种算法进行确定的，而随机网络编码中编码系数是从伽罗符号中随机进行选择的，因此随机网络编码构造方法在整个的网络编码系数选择中占据着灵活性的地位，这也是随机网络编码构造方法的特点。我们根据编码在网络系统中的具体实现过程，将网络编码分为了两种编码形式，一种是集中式网络编码，另一种是分布式网络编码。集中式网络编码是在编码的过程当中需要了解全局的网络拓扑，根据全局网络的情况来分配相应的编码系数，这一编码形式并不适合拓扑变换较大的无线网络。分布式网络编码仅仅需要了解网络当中一部分拓扑信息就可以进行相应的编码操作，而且分布式网络编码还具有较为良好的应用性能。

2.3网络编码应用网络数据传送的研究

网络编码是一种编码和路由信息交换的技术，在传统道德路由方法基础上，通过对接收的多个分组进行相应的编码信息融合，以达到增加单次传输信息量的作用，从而提高网络的整体性能。网络编码最开始提出时是因为多播技术，网络编码最初是为了提高网络多播的数据速率，而随着网络研究的不断深入，使得网络编码在其他的领域也逐渐有了优势，比如说提高网络带宽的利用率，从总体而言，对网络编码的应用在很大程度上提高了网络的实际吞吐量，进一步的减少了数据分组的传输量，也在一定程度上降低了数据传送的功耗，由此我们看出网络编码为网络的数据传送性能的改善提供了新的途径。

2.4基于网络编码的数据传送技术研究趋势

随着基于网络编码的数据通信技术研究的不断深入，出现了很多新的理论，但是网络编码所面临的问题也随之增多，尤其是网络编码的网络数据传送技术问题，虽然经过近几年的研究取得了一定的进展。但是仍然面临着许多难题需要我们去逐一解决。

1）网络编码复杂度得到降低

现阶段最主要的一个问题就是怎样在提高网络编码效率的同时降低网络编码的复杂程度。这会涉及到网络编码的相应网络开销，这也是作为网络编码性能评价的内容之一，还有就是在网络编码实用化的过程当中，逐渐控制网络编码的复杂程度，减少网络编码需要的额外的计算量，从而降低系统的实施成本。这对于网络部署以及应用网络编码都具有非常重要的意义。

2）数据传送可靠性研究

保证网络性能的一个主要方面就是提高网络数据传送的可靠性，现阶段对网络数据传输可靠性的网络编码研究主要是根据多径路由展开的，这也在一定程度上对网络编码中的数据传输提供了可靠性。因此在多跳动态的网络环境当中，分析研究提高网络编码数据传送的可靠性具有很高的现实意义。

3基于网络编码的数据通信技术的相应解决方案

1）在对网络编码的网络协议结构研究当中，其出发点主要向三个方面集中：一是较为系统的分析网络编码在各个协议层与现有协议相结合的参数，其目的是为了让应用网络编码提高网络的系统整体性能；二是设计相应的对应网络性能指标的线性规划模型，以便求解出线性规划模型的最有设定；三是提高各个协议层之间的信息反馈机制来实现参数的实时调整。

2）在对网络编码时延约束控制的研究当中，针对数据在网络中各个结点频繁的参与编码和解码的操作，使得数据编码时延逐渐成为了网络数据传送累积时延的主体，基于此种情况，我们在网络编码的实际应用当中，提出了基于数据传送时延约束的网络编码模型，这一模型的出现在较大程度上对传送时延进行了优化的控制；与此同时我们还引入了数据传送信息反馈机制，以此来促进数据在网络结点中的及时有效传送。

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本系统无线传输网络采用Z-wave无线传输协议，相对于其他无线通信标准而言，Z-wave协议栈更为紧凑、简单和灵活。Z-wave协议栈包括应用层（APP）、传输层（TRANSTER）、媒体介入控制层（MAC）和射频媒介（RF-MEDIA）。应用层是一个快速存储器（闪存），主要是便于厂家预置他们的应用软件，用于采集网络泵的数据，查看状态。协议的主要功能：设备间无线数据链路的建立、维护和结束；确认模式的帧传送与接收；配置应用休眠的节能模式。当有节点进行数据传送时，MAC层有一个冲突避免机制防止其他节点开始传送。这样的设计尽可能地降低了成本，易于实现，数据传输可靠，短距离操作以及非常低的功耗。

1.2网络泵系统组网

根据系统构建的需要，网络泵网络设计为网状结构（也称“多跳”网络）。该结构具有组网简单、通信可靠性强的特点。只需要通过微电脑注药泵集中管理系统软件上的节点操作，把网络泵添加进网络系统，就会根据需要自动生成通信路径。网络泵网络完全具有Z-wave网络的优点，采用了动态的路由协议，网络泵网状网络中，任何一个网络泵都可以作为路由器或接入点。如果最近的接入点受到信号阻断的影响，那么还可以将数据路由到另一个网络泵。数据以这种方式不断地从一个网络泵“跳”到另一个网络泵，直到到达需要读取数据的网络泵，非常适合医院网络泵组网的需要。在本系统规划中，病人携带注药泵在距离Z-stick100m内的位置，PC软件都能读取网络泵的状态数据，实时了解泵的状态。

2性能测试

2.1通信节点测试

可靠性测试一般有3种方法，即测试比特错误率（BER），帧错误率（FER）及通信错误率（CER）。网络泵模块中一般使用通信错误率（CER）来表示网络泵节点通信间的可靠性。假定在一个网络泵无线通信系统中，给药者携带网络泵离Z-stick30m，通过测试可以得到，网络泵模块的通信错误率（CER）小于10-6。

2.2组网测试

通过微电脑注药泵集中管理系统软件，可以方便地进行组网测试，软件界面。当有某网络泵要加入网络时，点击增加节点，这个网络泵就会自动加入网络，主控制器将给它分配与这个网络相同的HOME.ID，并同时拥有不同且依序的NODE.ID。

3网络泵系统分析

本系统把Z-wave用于智能家居设计的方案，根据其特点和优势用于无线医药设备通信系统中，开发出网络泵无线通信系统。本系统具有以下特色和创新：

（1）对医院里比较分散的注药泵采用了Z-wave的组网方式，组网简单、快捷。

（2）由于协议的紧凑降低了整个系统的功耗。

（3）把智能家居中的Z-wave技术的应用扩展到了医院的注药泵的无线通信系统，充分发挥了Z-wave的技术特点。