船舶通信网络互信认证体系设计研究范文

摘要:近几年来，互联网技术和计算机技术在通信领域的应用越来越深入，逐渐改变了传统的单一无线通信方式，且信号传输类型和传输模式的差异化程度也越来越高。本文主要针对船舶的通信网络体系设计，系统介绍船联网的通信协议、通信架构和数据链路等技术模块，并利用船联网技术设计和改进出纳表的通信网络互信认证体系，对提高船舶通信能力有重要意义。

关键词：船联网；通信网络；互信认证体系；数据链路

0引言

近年来，互联网技术和计算技术的发展促进了船舶通信网络的技术升级，性能优越的处理芯片和网络层次架构不仅提高了船舶通信网络的信息处理效率，还为船舶通信软件程序的开发提供了稳定、可靠的平台。本文主要面向船舶的通信网络，结合目前常用的无线网络技术和网络通信协议，在ZigBee和Wifi无线通信基础上，设计一种新型的TCP/IP协议，并针对该协议实现了船舶通信网络的互信认证体系设计[1]。

1船联网的异构网络体系设计

船联网技术是建立在互联网和物联网的基础之上的，不论是船联网的异构网络层次，还是网络通信协议等技术，都具有技术先进性。船联网的异构网络体系具有重要的意义，一方面，异构网络可以实现多种模式无线网络的垂直切换；另一方面，异构网络有效的促进了无线局域网与以太网的相互融合，大大提高了通信信息的时效性。

船联网的异构网络节点决定了通信网络的性能，通常节点的有效通信需要满足以下几个方面的协同：

1）无线异构网络的数据接入端口与无线自组网的协同；

2）无线网络的通信协议具有不同的数据格式，不同格式的转换需要协同操作；

3）应用层方案的共享协同。本文在传统的船联网异构通信网络基础上，充分利用Wifi网络的高速传输通道和ZigBee网络的自组网等功能模块，设计一种新型的无线异构网络架构模型。该新型无线异构网络架构主要分为网络层、传输层和数据链路层，可以实现数据的高速、无损流动。

本研究设计的船舶异构通信网络架构的层次及功能模块如下：

1）数据链路层和物理层船舶通信异构网络的物理层主要包括802.1数据链路、802.15.4数据链路、802.15.1数据链路和802.11物理层等结构。该网络架构的物理层和数据链路是基于IEEE802的ZigBee协议，该频段的无线通道具有传输速度快、带宽大等优点。

2）网络层该异构通信网络的传输层与网络层主要包括TCP/IP网络传输协议、ZigBee无线传输协议、RF-COMM协议和L2CAP链路逻辑控制协议。网络传输层的多种协议为数据传输和处理提供了可靠的标准支持，同时，又保证了开发工具和程序的兼容特性，提高了船舶通信异构网络的性能。

3）信息会话层在无线异构网络中，信息会话层是内嵌在TCP/IP协议栈中的，该层次结构的主要功能有2个：其一，会话层为通信网络的会话接入提供规范和维护功能；其二，会话层可以改善网络中信息的交换方式，保障应用层软件的正常运行。

4）应用层应用层是本研究设计的船舶通信异构网络的核心层次，主要包括应用对象库、数据管理模块、显示报文模块、I/O端口和报文路径管理模块等。应用层的服务类型分为核心和非核心服务2种，其中非核心服务主要有FTP协议等标准协议；核心服务主要包括协议栈管理与应用服务、协议栈套接字服务等[3]。

2基于船联网的通信网络互信认证体系设计

2.1互信认证体系的报文处理与协议设计

在本研究设计的新型船舶通信异构网络中，包含众多种类不同的无线网络技术，必然会存在多种无线网络通信协议。这些网络通信协议在异构网络的传输层中起到的作用不同，相互之间的兼容性也需要重点考虑。为了实现多种无线网络协议的相互兼容，使该新型船舶无线异构通信网络的整体性得到保障，本研究重点对异构网络的协议栈进行了优化设计，具体的协议栈优化包括如下：

1）网络报文分类本研究设计的船舶无线异构网络在对网络报文分类时，充分考虑到不同场合下无线网络协议的适用特性，将网络报文分为显性报文和隐性报文两种。显性报文的处理时效性要求高，比如I/O端口数据报文等；隐性报文的时效性要求较低，信息传输的要求较低，比如网络硬件的故障报文、网络时序更新报文和网络配置报文等。

2）报文处理报文处理的优化是无线异构网络协议栈设计的重点，对无线异构通信网络的信号传输速度有重要影响。在报文处理过程中，套接字映射接口首先根据报文内容对报文分类，然后利用相应的功能模块对报文处理。具体的报文处理流程如图2所示。由图2可知，网络报文首先经过联接套接字端口，然后根据报文内容分别进入应用层服务端口、管理功能端口和扩展端口中。应用层服务端口对报文信息进行判断，如果报文符合应用服务信息类型，则进一步将该报文发送至应用层函数模块中，否则将该报文舍弃；同样，管理功能端口对报文内容进行判断，如果报文属于管理服务信息，则进一步发送至管理层处理函数模块，同时舍弃不属于该类型的报文。

3）模型定义与网络连接在无线异构网络的互信体系中，模型定义与网络连接设计有重要意义。为了保障异构网络中硬件设备与功能模块之间的通信，网络层连接设置需要将多种制式的通信协议整合，采用统一的连接标识符和IP节点。标识符的定义以目标节点为准，包括单向网络连接标识符和双向网络连接标识符。连接标识符可以保障网络连接的效率，提高无线异构网络的整体性能。

2.2基于船联网的通信网络互信认证体系设计

本文充分利用船联网的无线异构网络，同时结合Wifi，ZigBee等制式的无线通信技术，设计了基于船联网的通信网络互信认证体系。该通信网络互信认证体系主要分为以下3个结构层次：1）感知层：互信认证体系的感知层主要负责信息的采集，比如网络连接请求等。本研究以ZigBee无线网络为感知层网络，建立信息采集的分布式无线感知层。2）控制层：该层次结构主要控制互信认证体系的信息接入和识别。3）信息层：该层主要包括信息存储器、服务器、计算域和ZigBee节点等结构，负责互信认证体系的信息管理、存储等功能。

3结语

近年来，船联网技术引起了研究人员的广泛关注。本文系统介绍了船联网的异构网络，并在此基础上，结合Wifi和ZigBee无线网络，设计和优化了船舶通信网络的互信认证体系，并对其结构和网络连接原理做了系统的介绍。

参考文献：

[1]张博,朱璇,高炽扬.数字证书互信互认技术探讨[J].网络安全技术与应用,2012(9):35–37.

[2]李响.浅析网络社会诚信体系建设的现状、问题和对策[J].品牌与标准化,2016(1):80–81.

作者：李乐 单位：重庆工业职业技术学院