初探基于WLAN通讯方式的机械式停车设备接入点切换的安全性

刘方

摘 要：就目前来看，许多大型的机械式停车设备都会选择WLAN通讯的方式，而考虑到设备本身的尺寸较大，加上结构的局限性，在实际应用中必然会存在接入点的切换问题，而如何保证接入点切换的安全性，是需要技术人员深入研究的问题。本文对机械式停车设备接入点切换的安全问题进行了讨论，并提出了有效的应对措施。

关键词：WLAN通讯；机械式停车设备；接入点切换；安全性

最近几年，我国的汽车需求量持续增长，已然成为了全球最大的汽车市场，相关统计数据显示，截止到2016年底，全国机动车保有量达到了2.9亿，汽车保有量1.94亿。在这种情况下，机械式停车设备应运而生，为解决停车难题做出了巨大的贡献。而一般情况下，大型自动化机械式停车设备都会采用集中或者集散控制的方式，以无线通讯来进行命令的传输。不过，大型机械式停车设备本身的尺寸较大，而且内部结构相对复杂，基于WLAN通讯的方式难免会涉及接入点切换的问题，如果出现切换延时等，可能会带来一定的安全隐患。对此，需要加强设备切入点切换安全问题的研究和探讨。

1 机械式停车设备接入点切换的安全问题

大型机械式停车设备采用的是WLAN通讯方式，与有线通讯相比具有相当明确的优势，但是在802.11协议下，考虑无线接入点（AP）的功率及环境干扰问题，理论上覆盖范围可以达到数百米的WLAN网络在实际应用中一般仅在100m以内有效，一旦超出这个范围，信号的衰减速度会急剧增加，数据丢包率的提高会直接影响信号的传输。在这种情况下，接入点的切换就存在着两个比较关键的安全问题，一是切换延时，二是切换陷阱。这里结合实例进行分析[ 1 ]。

某立体车路采用的是平面横移设计，以民用路由器作为AP，在一层中设置两个AP，如图1所示。

在车库中，采用的是1信道802.11b协议，STA采用的是被动扫描，延时在1100ms，计算认证和重新连接的延时，理论上，接入点的切换延时为1.5s，但是在实际操作中由于各种因素的干扰，切换延时的时间更长。机械式停车设备的设计移动速度为98m/min，在理论切换延时的时间内，移动距离为2.45m，从2.2m的车位宽度对比，一旦出现切换延时，设备的移动将会超出一个车位的距离，误差较大，无法满足在相关规范的要求。

同时切换陷阱的存在一样会对接入点的切换安全造成不容忽视的影响。所谓切换陷阱，是从数学学科中的迭代陷阱引申而言，发生在两个AP信号覆盖范围的交叉位置和重叠区域。这里假设台车正在区域B中运行，STA检测到当前的AP信号开始减弱，会自动扫描周边的其他AP，如果发现其信号较当前AP的信号更强，则会实现接入点的自动切换。而从图中可知，B属于AP信号的交叉区域，不仅两个AP的信号强度均较弱，而且没有很大的差異，在这种情况下，即使TA已经完成了AP切换，依然会继续进行AP信号的搜索，然后再次切换，这种频繁的切换就是所谓的切换陷阱。简单来讲，就是在某个AP信号重叠区域，多个AP点的信号均相对较弱且差别不大，STA会进行频繁的切换，在扫描、认证和重新连接中无限重复，难以做出有效的通讯动作。

2 应对措施

对上述问题进行分析，主要是由于技术本身的局限性造成的，想要实现对隐患的有效检测非常困难。因此，并不能直接对WLAN通讯进行否定，而是应该从实际情况出发，采取切实可行的措施来弱化乃至消除安全隐患。

2.1 引入快速切换算法

在802.11协议中，并没有考虑接入点的切换问题，这也是引发AP切换安全问题的主要原因，对于相关研究人员而言，需要加强对于AP点快速切换算法的研究。例如，可以引入通过对数据丢包率的分析来确定切换时机调谐探测机制，也可以引入基于AP邻居图的扫描机制以及基于缓存机制的选择性扫描算法等。快速切换算法的引入，能够降低AP切换延时，不过相应的，对于通讯算法的重新设置也会在一定程度上导致成本的增加。

2.2 采用自动复位操作

在关于其中设备的相关标准中规定，如果在受到干扰的情况下，无法得到可靠的控制信号，则应该停止作业等待控制信号可靠性的提升。不过，从接入点的切换问题分析，如果设备停止动作，会更进一步加大切换陷阱的几率，使得设备在较长的时间内都无法获取可靠的控制信号。对此，可以采用自动复位操作，使得系统在遭遇相关问题时，自动推动STA移动到信号较为可靠的AP区域内，对无法得到可靠控制信号的问题进行解决。

2.3 改变决策控制模型

在现代化立体车库中，采用的多是集中或者集散控制，而无论是哪一种控制，主机与控制机构的距离都比较远，需要通过AP将控制信号发送给执行段STA。这种“决策控制-执行”模式的优势在于集中化的控制系统能够有效降低成本，但是同时也会增大数据丢包率。对此，可以将现有的决策控制模型改变为“决策-控制执行”，主机仅仅进行决策，发送简单的目标指令，由执行机构中的控制单元对指令进行分析和动作分解，有效减少指令丢失的问题，保证了指令的可靠传递。

3 结语

总而言之，在基于 WLAN 通讯方式的机械式停车设备中，接入点切换不可避免，其中也存在着一定的安全隐患，需要相关技术人员的重视和研究，对安全隐患产生的原因进行分析，从实际情况出发，采取切实有效的措施和方法来提升接入点切换的安全性，消除安全隐患，为城市居民提供更加优越、更加可靠的自动化停车服务。

参考文献：

[1] 徐德超.基于WLAN的CBTC系统车-地通信越区切换性能分析与研究[D].兰州交通大学，2015.