无线网络信号监测中计算机通讯的实现

摘要：随着无线网络技术的快速发展，使用者对无线网络的满意度和计算机通讯的响应要求越来越高。由于无线网络覆盖范围广、传输速率高、接入时间短，导致很多无效的不良冗余数据也常常滋生其中。本文基于计算机通讯技术，对无线网络信号的监测过程提出了技术上的改进与方法设计，同时对无线网络信号的安全问题进行了简易分析并提出了相应的解决方案。

关键词：无线网络；信号检测；计算机通讯；模块设计

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)23-5595-04

Wireless Network Signal Monitoring the Implementation of Computer Communication

MIN Gong-xiang

(Shuanglong Mining Co., Ltd. Huaibei, Huaibei 235047, China)

Abstract: With the rapid development of wireless network technology, user satisfaction with the wireless network and computer communications to respond to increasingly demanding. A wide range of wireless network coverage, high transfer rate, access time is short, many invalid bad breeding which are often redundant data. This computer-based communication technology, the wireless network signal monitoring process proposed technical improvements and methods of design, while the security of wireless network signals were analyzed and the corresponding simple solution.

Key words: wireless networks; signal detection; computer communication; module design

随着科技发展和通讯行业的进步，无线网络的计算机通讯也逐步发展起来，它可以随时随地的用天线接口取代有线电缆接口，其自身具有很强的移植性，可以应用于多种通信场合。此外，无线网络技术还具有功耗低、集成电路应用简单、成本低廉、容易实现且易于推广的特点。实现无线传输数据时，数据传输的可靠性是其中的关键性因素。当前无线网络发展非常快，而且在很大范围内都得到了运用，无线网络信号目前的应用在无线数据通信方面推动意义很大。

1 无线网络信号监测

1.1 无线网络信号监测概念

无线网络信号监测就是一种可以实现信号质量的实时定点监测和可以把信号质量好坏的信息上传的系统并且它能够及时发现上传信号中的信号质量所存在的问题。这个系统可以提供全面信号好坏的数据，这样可以一目了然的发现问题，不仅可以解决人力物力的浪费，降低了传统监测方法的误差，还可以对信号质量问题进行方便快捷的修复。

在无线信号监测这一技术中，至少应对HEC进行分组头校验。此外，在必要的时候，对于其有效性的荷载也必须要进行CRC校验。在基带协议中使用分组头HEC信息以及有效荷载中的CRC信息，能够有效的检验出分组错误及其传输性错误。基于确定有效载荷正确与否的考虑，应该将循环冗余校验码加载到有效载荷。但是，基于ARQ方案，只能在分组有效载荷上正常工作，针对的也仅仅是具有CRC的有效荷载。在该方案下，话音有效荷载以及分组头将得不到任何的保护，而蓝牙作为通过快速、无编号的方式进行确认。如果需要应答前次的接受分组，就需要返回ACK (ARQN=1）或者NAK (ARQN=0)。在这个过程中，返回分组的分组头中将生成ACK / NACK域，通过ACK / NACK域能够了解之前的负载接收是否正确无误，并且便于根据实际情况，决定是否重新发送或者发送到下一个分组。从单元将在主-从以及从-主时隙的切换过程中进行应答，主单元则在下一个事件中进行应答，同时根据该事件的具体情况，给出相应的从单元地址。由于处理的时间较为短暂，在分组接收的时候，可以在空闲的时间对解码进行选择，如有必要可以简化FEC的编码结构，使得处理速度能够加快。快速ARQ方案与停止等待ARQ方案相似，但是，快速ARQ方案与停止等待ARQ方案相比，具有最小的延时的特性。在实际上快速ARQ方案中，并没有发生由ARQ方案引起的附加时延，因此该结构更为优秀，效率更高，同时与重传ARQ的效率是完全相同的，能够有效地减少因为失效分组而被重发的情况的出现，减少开销。

1.2 无线网络信号监测的技术原理

关于无线网络信号监测系统的技术原理，首先要从它的组成部分来说。此系统最少应包括一个信号的采集装置和信号的监测装置。信号的采集装置必须包括通话单元模块、信号发送模块、信号采集样品模块以及信号的计算控制模块。信号的监测装置则包括语音呼叫模块、信号的接收模块以及信息处理模块。信号采集装置中的信号发送单元和信号控制单元，可以用来建立和释放和后台监测装置的信息，并在此过程中对信息的信号质量进行采集样品测试和生成信号质量信息的实时上传功能，并把监测到符合设定的条件再快速传递给信号的监测装置。信号的监测装置可以用来和信号的采集装置进行语音通话，还可以用来进行接收信号采集装置发送的信息和在接受到的信号质量信息符合预先设定的条件时进行警告。

2 无线网络信号监测中计算机通讯技术的应用

2.1 无线网络信号监测发展现状

随着科技发展进步以及对通讯稳定性、可靠性要求的不断提高，自计算机通讯面世以来，不断对无线网络和计算机通讯的技术加以改进，比如把监测装置进行集成一体化、通过有线或者无线网络进行数据信息传输等等，并取得了相应的成功。在计算机中创新性的采用无线网络信号监测，是一套比较现代化的监测监视系统，这为以后更近一步的改进创造了良好的条件基础。

2.2 无线网络信号监测中计算机通讯的系统原理

无线网络信号监测系统通过实时的监测计算机通讯的信号状态来及时的发现信号的异常状况，并做出警报传送到信息的监管中心，使故障得以及时、快速的处理。无线网络信号监测系统和计算机的通讯技术连接起来，不仅可以提高无线网络信号监测的控率，保证了信号故障时，及时的掌握全面数据加以维护，以免损失扩大。无线网络信号监测的运用保证了计算机通讯系统实时高效的运行。

2.3 无线网络信号监测中计算机通讯具有的现实意义

无线网络信号监测中计算机通讯具有现场实时的通讯信息数据显示，保证全面监测数据以便使计算机通讯的信息的实时状况随时反映在监测信息的接受器上面。无线网络信号监测中计算机通讯的信息传递中若有异常信号，无线网络信号监测系统可以以计算机屏幕提示的形式来发出报警信息，并且会记录下异常信号发生的具体时刻和消失的具体时刻，而且这些信息都可以经过设定后进行保存，便于以后需要历史数据时来进行历史窗口的查阅功能。无线网络信号监测系统为计算机通讯提供可靠的网络信号安全数据的监测，计算机可以在线获取信号信息的运行参数，分析实时或者历史发生信号故障的原因等，实现了信号数据共享。

3 无线网络信号监测的计算机通讯方法选择

目前无线网络信号的监测一般有时域监测方法和频域监测方法，包括串行滑动相关、并行滑动相关、频域里FFT相关。现分别简单介绍如下。

3.1 串行滑动相关方法

串行监测方案中，由于经过一个码序列周期之后才能累加出一个相关值，与预设门限比较后才能发生一次相位滑动，故遍历整个周期码相位所需要的时间会非常长。但这种方案所实现的资源需要最少，成本最低。图1是串行方案的结构框架图。

3.2 并行滑动相关监测方法

并行方案是利用C/A码序列的特定相位并行计算各个码的相关值，但是由于每个并行之路要进行相关计算，故资源消耗是很大的，根据本文的设计需要4096个寄存器、4096个乘法器（XOR）、以及4096位的累加器。这种结构非常类似匹配滤波器的结构，实现中同样需要大量的硬件支持。

3.3 频域里实现相关监测的方法

频域里实现相关监测的方法是指采取FFT将数据从时域转换到频域，算完之后再转换到时域，这样节省监测时候的相关计算，提高无线网络芯片的灵敏度。但和并行方案一样，虽然时间上消耗很小，但硬件上的资源消耗相当大。

综上所诉，串行方案硬件上消耗最小。虽然时间上消耗大，而并行方案以及在频域里面用FFT和IFFT的实现方案，时间上消耗虽小，但硬件上消耗太大。成本太高，这样的方案只适合军事等需要快速高精度实现快速监测和跟踪的系统, 在本设计中，我们采取串并结合监测方案，将数据由1023四倍采样到4092然后采取补“0”法补到4096，这样把4096个数据每32个为一组进行相关累加运算，共进行128次。

4 无线信号监测中的计算机模块设计思路

下面详细讨论整个串并结合监测方案，其中含几个基本模块，本地C/A码发生器，移相模块，相关累加器，排序逻辑，峰值检测模块。

4.1 本地C/A码发生器

码发生器使用两个10级反馈移位寄存器产生的G码组成，其产生码长为N=210-1=1023，这两个移位寄存器分别对应两个M序列G1和G2，两个移位寄存器分别使用2输入异或门和6输入异或门通过线性反馈方式连接。通过在G2寄存器对应位抽取抽头并使各抽头通过异或产生G2序列的不同平移等价序列。

4.2 移相模块

传统的本地生成的C/A码是一种循坏移位寄存器的存储方式，即每次移动完1/4码片计算完相关数据之后4096位数据都向左移动一位，最高位补到最低位。但这种方法相当耗资源，本文采用FPGA现有资源Block RAM实现，用32个宽度为1深度为256的RAM完成。这种方法不再移动数据，而是采取改变地址的方式进行，理论是实践证明，在消耗了FPGA内部Block RAM资源的情况下节省了90%的Slices。

4.3 相关累加模块

我们需要对一个码周期内的相关值进行累加。由于本地码进行了4倍采样并且补“0”操作，所以1ms内有4096个值。这里我们需要一个4906计数器，从0计数到4095，在计数到4095的时候将发出一个清零脉冲，累加器根据这个脉冲对内部寄存器进行清零同时输出相关值。相关部分的关键路径如图5所示。

4.4 排序逻辑模块

这里对相关值进行一次折半排序，将最大值输出给后续的峰值检测。折半排序算法即每个时钟周期每两个比较一次，把大的传输给下一个周期再次进行比较。

4.5 峰值检测模块

在实际情况中，总是存在噪声干扰，这样可能会仅由于噪声（不存在峰值时）而使相关值超过门限，从而产生虚警。当信号较小时，信号的相关值低于门限而检测不到信号，产生漏警，

基于次高峰判决是一种简单的自适应门限值调整方法，其实现原理是对每一个进入峰值进行比较，从中找到最大值及第二大值，即最高峰和次高峰。通常如果当前本地载波频率和本地码相位都接近接收的信号载波频率和码相位，由于伪噪声码的相关特性，最高峰与次高峰会有较大的差值，否则。最高峰与次高峰将会十分接近。因此，我们可以将次高峰峰值的K倍设定为门限值，然后将最高峰与门限值进行比较，从而达到峰值检测的目的。

但是，由于当本地产生的C/A码的相位接近接收C/A码的相位一定范围内时，这两个码进行相关之后得出的相关值都会很接近峰值，鉴于此，我们在最高峰附近设置一个窗口，在窗口之外寻找最大值，并将此值认定为次高峰。参数K是可调节的，根据信号强弱程度，我们可以控制K值的大小，以适应工作环境，达到更小的虚漏警概率。而窗口值亦可根据具体情况选取。

借助MATLAB数学工具箱的强大功能，我们可以对基于次高峰判决的方法进行仿真，并验证其可行性。本MATLAB仿真的输入数据为采集的真实无线信号，具有可信度。

其中图9显示的是当前C/A码对应的无线，载波频点及码相位下无法监测到无线信号的情况，有俯视图及侧面图可以看出，所有频点及码相位的相关值均低于门限值，于是判定无法监测。而图10是无线信号可以被监测的仿真结果。

在仿真验证过程中，我们模拟了实际过程中常见的两种情况，一种是有相关峰，或者说是相关峰凸现的情况；另一种是无相关峰，或者说相关峰不凸现的情况。并用这两种情况下的数据进行对监测模块的验证。图11和图12分别是modelsim仿真的可被监测和不可被监测的波形图。

5无线网络信号监测中计算机通讯中的安全问题

无线网络安全一直存在很大的漏洞，在无线网络信号监测中的计算机通讯更要重视这一问题。它的安全性主要是易受攻击性和通过对无线网络的网络通信进行劫持和监视。其易受攻击性主要表现在没有经过安全检查创建新的无线网络时，对接入点进行配置没有设定输入口令，使入侵者通过新的无线客户端与接入点通信连接到内部网络。还有一种是通过相应的工具设备，例如利用网络扫描器来对一定的交通工具使用，就可以获取网线网络。对无线网络的网络通信进行劫持和监视主要表现是，攻击者用特定设备监测无线通信，然后利用所监测的信息伪装成合法用户来对真正用户的信息进行劫持，并执行一些未经过授权的命令。针对无线网络信号监测中计算机通讯安全性的威胁，对于接入点要求的客户端访问口令要进行不同类型的加密，并采取有效的无线加密方式。一个足够强力的密码在一定程度上可以使系统受到侵害的可能性变小。在不需使用计算机通讯的时候关闭计算机也可以避免相应扫描器的攻击，因为网络关闭后是安全性最高的时候，没有人可以连接关闭的网络进行劫持、监视。

总而言之，无线网络信号监测应用是一种以网络技术为核心的主要应用于计算机通讯信息信号故障的监测系统。通过无线网络信号监测来得到计算机通讯信息的详细参数，并对信息信号的异常点进行报警，使故障得以及时解决。无线网络信号监测系统对计算机通讯的应用全面提高了对计算机通讯中信号监测的实时性和可靠性，减少了计算机通讯中信号故障和故障的处理时间，保障了计算机通讯的安全性。

参考文献：

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[2] 王晓琪.浅谈计算机网络办公自动化及安全策略[J].黑龙江科技信息,2010(7).

[3] 罗耀兴.构建先进的信息技术基础设施服务网络[N].金融时报,2010-05-10.

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