呂亞榮

（西安明德理工學院 陜西省西安市 710000）

多節(jié)點通信鏈路采用全向天線，全向天線在水平方向上3600都均勻輻射，且覆蓋范圍大，垂直方向上有一定寬度的波束，全向天線在任意方向接收信號效果相同，不會因為飛機運行時機身狀態(tài)的改變，大幅度減弱信號[1]。根據(jù)空中多節(jié)點通信鏈路組網(wǎng)設計需求，網(wǎng)絡需具有無中心，組網(wǎng)靈活、抗毀性強等優(yōu)點，采用基于VPN 的自組織組網(wǎng)技術。從而保證數(shù)據(jù)傳輸過程中網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的可用性、完整性和保密性，保護數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因遭到破壞、更改和泄露。

1 多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密傳輸方法

1.1 選擇VPN組網(wǎng)方案

基于VPN 技術，在多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密傳輸方法的設計上，需要對VPN 組網(wǎng)方案進行篩選。組網(wǎng)時對本地較為分散的報警系統(tǒng)，及監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)建設，完成監(jiān)控中心對下屬單位通信網(wǎng)絡的集中監(jiān)控與管理，同時實現(xiàn)對多節(jié)點通信網(wǎng)絡設備的遠程配置等功能，提高加密傳輸多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)時的安全管理水平。

專用光纖的安全性和網(wǎng)絡質量最好，不過建設成本過高，在網(wǎng)絡成型之前需要鋪設大量光纖，項目工程對人力與物力的消耗極大；相對而言，公網(wǎng)平臺建設成本最低，只需要依靠自身設備即可入網(wǎng)，但是網(wǎng)絡的安全性和網(wǎng)絡質量最差，使多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的加密傳輸出現(xiàn)一定隱患[2]。考慮多方因素下，在通信數(shù)據(jù)的加密傳輸中選擇VPN 組網(wǎng)方案，能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行нM行。VPN 與其他兩種組網(wǎng)方式最大的區(qū)別，就在于它極大地提高了用戶網(wǎng)絡管理效率，且極大降低了用戶在網(wǎng)絡管理方面投入的費用。

1.2 構建多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)拓撲模型

采用一定的通信技術，使VPN 組網(wǎng)全面管轄多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)恼w網(wǎng)絡，令文件在物理位置獨立的服務器中廣泛分布，隨后完成用戶端的上傳、下載或更新任務。實際網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡拓撲主要結構有星型、樹形、網(wǎng)狀等，overlay 結構能夠有效連接VPN 組網(wǎng)中的各個接口，使VPN 網(wǎng)絡不失一般性，因此以下將網(wǎng)絡拓撲抽象成overlay 結構，設這種結構下的VPN 網(wǎng)絡寬帶為E，則E 可表示為：

在上式（1）中，多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中的主節(jié)點用C（u,v）表示，主節(jié)點中的橫、縱節(jié)點分別表示為u 與v，所有節(jié)點的集合統(tǒng)一用V 來表示，VL為其中存活節(jié)點的集合VX 為其中空閑的節(jié)點集合。在實際數(shù)據(jù)分布式存儲系統(tǒng)中，塊服務器間歇性地向主節(jié)點發(fā)送信息，數(shù)據(jù)中心的帶寬可以由主節(jié)點獲取。假設存在集合VM 為多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)拓撲模型，在數(shù)據(jù)中心寬帶的連接下有以下表示形式：

上式（2）中H 為所有鄰居節(jié)點的集合，H 可為所有自然數(shù)，設其中H 值為自然數(shù)k，此時其鄰居節(jié)點為k+1，將k 與k+1 代入到上式（2）中，可得VM為連續(xù)存在的兩個數(shù)值，符合已知條件，說明VPN 網(wǎng)絡中的多個節(jié)點數(shù)據(jù)為兩兩相連。綜上所述，可得公式（2）為多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)拓撲模型。

1.3 基于VPN技術修復多節(jié)點數(shù)據(jù)故障

對上文所得多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)拓撲模型，采用VPN 技術進行多節(jié)點通信數(shù)據(jù)修復。當多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)拓撲模型中失效節(jié)點個數(shù)達到某個閾值時，以選擇操作的形式處理通信數(shù)據(jù)[3-4]。修復多節(jié)點數(shù)據(jù)時，為了達到優(yōu)化修復的目的，假定VPN 組網(wǎng)中E值不變，需要提出相應的算法使得瓶頸帶寬盡量偏大。為了快速確定目標函數(shù)的結果，當失效節(jié)點個數(shù)達到閾值時，修復過程中所選帶寬集合E0 確定的節(jié)點集合：

在上式（3）中，C（HVL，VM）表示主節(jié)點的鄰居節(jié)點，通過對E0集合各個節(jié)點的確定，能夠迅速選擇出數(shù)據(jù)被修復的帶寬集合E0。針對多節(jié)點通信數(shù)據(jù)失效場景下修復模型的特性，對已有模型進行公式（3）的代入改進，使傳輸中的多節(jié)點通信數(shù)據(jù)故障能夠盡快被VPN 組網(wǎng)系統(tǒng)修復，確保通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。

1.4 實現(xiàn)多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密傳輸

光修復故障數(shù)據(jù)無法確保傳輸?shù)募用苓\行，因此需對加密傳輸方案進一步制定[5]。由于VPN 組網(wǎng)中各接口的精確度不同等因素，使信號接收與信號發(fā)送的數(shù)據(jù)信號發(fā)生頻差，頻差的出現(xiàn)會導致多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)泄漏的出現(xiàn)，由此嚴重影響接收數(shù)據(jù)的安全性與保密性，所以在發(fā)送接口與接收接口同步多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)十分必要。根據(jù)數(shù)據(jù)處理時多節(jié)點數(shù)據(jù)信號的同步，利用相對運動時間內相同信號相位偏差來估計接收信號的頻差，兩個接口頻率同步處理的原理如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，在多節(jié)點通信數(shù)據(jù)加密傳輸時，由發(fā)送接口和接收接口對數(shù)據(jù)信號進行統(tǒng)一處理，在VPN 組網(wǎng)的網(wǎng)絡部署下，估算兩個接口間多節(jié)點數(shù)據(jù)信號的頻差，在接收到額外信號的同時，輸出整體過程的頻率補償，從而在傳輸多節(jié)點數(shù)據(jù)時，最大化避免數(shù)據(jù)信息的外泄，保障了傳輸過程的安全性與保密性[6-7]。數(shù)據(jù)傳輸時兩個接口間各個節(jié)點存在相對運動，根據(jù)公式（3），設f 為多節(jié)點通信數(shù)據(jù)間的頻率補償值，在頻率同步的原理下，可以得到公式如下所示：

上式（4）中fa 為中心節(jié)點的載波頻點，t 為數(shù)據(jù)信號在多個節(jié)點間相對運動的時間，θ 為信號節(jié)點的移動方向與入射波的夾角。通過對多節(jié)點通信數(shù)據(jù)進行公式（4）的相關運算，能夠計算出整個加密傳輸過程的頻率補償值，在實現(xiàn)信號載波同步的同時，使多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)得到加密傳輸。

2 實驗分析

為驗證基于VPN 技術的多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密傳輸方法的誤比特率，為此提出對比測試實驗。通過實驗的驗證形式，將本文所研究方法設置為實驗組，將傳統(tǒng)方法設置為對照組，驗證兩種方法下多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)谋Ｃ苄ЧＴ诙喙?jié)點數(shù)據(jù)傳輸過程中，失效節(jié)點的出現(xiàn)與VPN 物理層鏈路誤比特率有關，誤比特率越大，造成多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的泄露越多。

2.1 實驗準備

首先對實驗的測試環(huán)境進行搭建，為了使測試結果更加具備可信度，實驗選擇兩個相同的虛擬設備作為實驗環(huán)境。

實驗所需設備由上至下分別為主機箱、中射頻通道板、數(shù)字信號處理板、射頻功放，以及天線，VPN 物理層板塊包括2 個發(fā)送通道與3 個接收通道。利用上面兩塊通信設備板塊，對VPN 物理層邏輯功能的實現(xiàn)有促進功能。其中，頻譜儀用來標定接收端信號，功率示波器則用來測量同步脈沖時延，從而完成多節(jié)點數(shù)據(jù)信號的整個傳輸過程。

2.2 物理層鏈路誤比特率測試

實際測量時，通過使用上層測試軟件，控制物理層連續(xù)，循環(huán)向多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)拓撲模型，發(fā)送一段已知數(shù)據(jù)，使接收端將接收到的比特信號，與已知比特信號相比較，從而完成對VPN 物理層信道的誤比特率測試。通過對兩種方法進行物理層信道的性能設計，在兩種方法的使用下，鏈路定點測試結果如圖2所示。

根據(jù)圖2可以發(fā)現(xiàn)：隨著信噪比的增加，兩種方法所得到的誤比特率均呈現(xiàn)下降趨勢，不過基于VPN 技術的多節(jié)點通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法的誤比特率下降趨勢較大，傳統(tǒng)方法的誤比特率下降趨勢較緩；在10dB 時，物理層信道的性能系統(tǒng)停止測試，傳統(tǒng)方法的誤比特率為0.00084%，基于VPN 技術的多節(jié)點通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法的誤比特率為0.000037%，在同樣10dB 信噪比的條件下，相較傳統(tǒng)方法，基于VPN 技術的多節(jié)點通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法誤比特率小了0.000803%。

3 結束語

VPN 技術作為新興的網(wǎng)絡組網(wǎng)技術，為多節(jié)點通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸提供了一種安全、高效和經(jīng)濟的聯(lián)網(wǎng)方式，解決了多節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸時面臨的安全問題，基于VPN 技術的多節(jié)點通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法，能夠使數(shù)據(jù)結果取得較小誤比特率，在減少通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)泄露的同時，給予傳輸過程提供一定的安全保障。