IEEE 802.11无线局域网标准研究

介绍了IEEE 802.11全系列标准,研究了IEEE 802.11系列各标准的发展轨迹和相互关系,建立了该系列标准的层次模型。研究并分析了IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和IEEE 802.11n这几种常见标准,并对相应物理层和媒质访问控制层的关键技术作了重点分析。

基于802.11i的四次握手协议的攻击

首先介绍无线局域网的新一代安全标准IEEE 802.11i,并详细阐述四次握手协议。结合实际情况,指出四次握手协议的缺陷及其可能带来的攻击,并描述IEEE 802.11i建议的方案,及其局限性和仍然存在的攻击。最后提出TPTK随机丢弃队列、消息1身份认证的解决方案。

基于802.11的多信道MAC协议性能分析

为了改善无线网络中信道带宽的利用率,提高网络的吞吐量性能,已有研究提出了采用多信道MAC协议的方法,将单个信道分割成控制子信道和数据子信道进行联合使用.针对基于802.11DCF的该类型MAC协议,采用离散Markov链对DCF的退避机制进行建模分析,研究了多信道下两种MAC机制的饱和吞吐量性能与信道带宽分配比例的关系,分析了网络节点数、数据分组大小和DCF竞争窗口等对优化多信道带宽分配的影响,并将多信道MAC机制下的网络性能与单信道MAC机制进行了对比.分析和仿真结果表明,采用优化的信道带宽分配,多信道的MAC机制可以一定程度上提高网络的吞吐量性能.但是,当允许控制帧以最大信道速率传输时,多信道MAC机制吞吐量性能并不比单信道MAC机制好.

工业以太网中IEEE 802.1p优先权调度协议改进

以交换式工业以太网网络控制系统为研究对象,针对采用IEEE 802.1p优先权调度的交换机内部排队延迟,提出了调度改进构想,对硬实时数据流和非硬实时数据进行区别处理.构建了一个典型的树形拓扑交换式以太网模型,计算了优先权调度改进后周期性实时数据帧在各个传输环节的最大延迟,同时推导了优先权调动改进方案应满足的基本条件.最后通过OPNET软件进行了仿真验证,结果表明IEEE 802.1p优先权调度协议改进可以提高工业以太网中硬实时数据传输的实时性.

IEEE 802.16e休眠模式算法的研究和改进

IEEE802.16e为移动站点提供了大范围的无线接入,为了减少移动站点的功率消耗,它提出了一种节能机制休眠模式.移动站点在休眠间隔后进入监听间隔,检查其间是否有数据分组到达.如果有,它将进入清醒状态接收数据,否则,继续进入休眠间隔.草案中所提出的休眠模式指数增长算法在低业务量情况下,响应时间过长.文中提出了线性增长算法解决这一问题,理论分析了该算法的两个性能指标平均响应时间和平均能量消耗.并结合仿真实验,对比了这两种算法的性能,证实了后者具有较好的性能.进一步分析了休眠模式各个参数对上述两个性能指标的影响,对参数值的选取有重要帮助.

适用于IEEE 802.11ac协议的高效速率自适应算法

速率自适应作为多速率无线局域网必不可少的一种机制,决定着系统的性能.针对IEEE 802.11ac协议,以不改变MAC帧格式为前提,提出了一种基于接收端信息反馈的高效速率自适应算法.算法的基本思想是,通过RTS帧实时准确地估计当前信道状况,然后将选择的最佳发送速率信息携带于CTS帧的扰码序列中并反馈给发送端.另外,根据统计的接收误帧率,自适应地调节速率选择的阈值水平,进一步保证了系统性能的稳定性.利用NS-3软件进行了仿真验证,结果表明在不同的信道环境下,该算法的吞吐率性能均优于AARF、ONOE以及Minstrel这3种常用的速率自适应算法.

基于节点区分的IEEE 802.11e无线局域网中的VoIP容量分析与优化

基于因特网协议的语音(VoIP)是无线局域网(WLAN)的一个具有广阔前景的应用,但VoIP容量在WLAN中却受到了较大的限制.为了增强对VoIP等实时业务的支持,IEEE802.11eEDCA协议提供了竞争窗口(CW)、仲裁帧间间隔(AIFS)和传输机会(TXOP)3个参数来实现对业务流的区分,但没有考虑如何优化这些参数以达到对WLAN中的接入点和终端节点进行区分服务,而WLAN中的接入点却恰恰是制约其VoIP容量的一个重要因素.提出了一个语音容量分析模型,引入了协议的3个参数以区分接入点和终端节点,并考虑到语音流的ON-OFF模型和语音流的上行与下行时延约束.基于给出的分析模型,分别进行了单参数独立区分与多参数联合区分优化分析,在不同的语音编码与语音间隔情况下,定量地给出了利用CW,AIFS和TXOP进行独立区分时和联合区分时的优化值,从而达到提高VoIP容量的目的.仿真结果表明,利用这些参数的优化值为接入点和终端节点提供区分服务是正确的和有效的.

高安全性的802.1x认证系统的研究

在分析了802.1x协议、分布式防火墙的体系结构和工作原理的基础上,提出了一种将二者技术结合的新型认证系统模型DFW802,并在OpenBSD系统平台上实现了该系统.通过系统实际运行证明,该系统在不增加网络负载的情况下能有效提高网络的安全性.

基于IEEE 802.16d标准的馈线保护通信方案

实现馈线的快速保护,关键是多点保护信息的快速交换。从经济角度考虑,馈线保护通信应当与配电网自动化通信相结合。无线通信技术具有灵活性高、成本低的优点。提出一种基于固定无线宽带通信技术的通信组网结构,并在此基础上提出了一种实现馈线快速保护的通信方案。为满足保护信息通信的高可靠性和快速性要求,给出了基于IEEE802·16d标准的空中接口方案。重点对媒体访问控制(MAC)层的上行接入和调度协议进行了扩展。仿真计算结果表明,该方案可以满足馈线快速保护的要求。

基于免疫计算的IEEE 802.16j网络基站及中继站选址优化

IEEE802.16j标准引入了中继站,从而能获得覆盖能力和容量的提升.与传统的单跳无线接入网络相比,IEEE802.16j网络具有以较低代价获得较高容量的优势.中继站和基站的联合优化是移动网络运营商进行网络规划的重要内容之一.由于中继站建站代价远小于基站建站代价,在给定候选站址和覆盖需求的前提下,通过对中继站和基站的站址进行联合优化可以减少基站的建设数目,从而降低网络的建设总代价.为了解决802.16j网络基站及中继站选址优化问题,给出了一个基于免疫计算的选址优化方案.设计了802.16j网络选址优化问题的数学模型,给出了求解选址优化问题的免疫优化算法,并进行了仿真实验.实验结果表明:所给出的方案能以较小的网络建设代价获得较大的网络容量增益,具有较好的应用价值.

利用802.1x技术加强校园网安全管理

随着网络的快速发展,校园网中存在的很多安全问题也日渐突出,主要表现在IP和MAC地址冒用和网络病毒的快速传播.利用802.1x技术不仅做到入网即认证,弥补以太网安全接入的不足,还可以有效地解决校园网中存在的一些安全问题,从而加强校园网的安全管理.

基于IEEE802.11e EDCA的下行信道动态无竞争接入机制

为了改善无线局域网络服务质量,IEEE工作组形成了增补标准IEEE802.11e,但是其增强的接入机制仍然不能完全满足IPTV、视频点播等类似场景的应用。为此提出了针对这一类应用场景的一种新的简单易行的下行信道动态无竞争接入机制,该机制基于MAC层队列长度信息动态调整下行信道接入参数,能有效地保护下行流媒体数据的传输,通过仿真结果验证了该机制有效并且实用。

基于802.1x的无线园区网AAA系统的设计与实现

无线网接入安全是网络安全的重要课题之一。回顾了802.11i中采用的802.1x EAP认证技术,对无线园区网如何实现安全接入与认证进行深入研究,提出采用FreeRadius实现AAA功能的无线网体系结构,实现了采用数字证书的EAP-TLS方式服务器和客户端双向认证,提高无线网安全,保护无线网资源。还对无线园区网采用802.1x EAP认证的几种方案进行了深入分析比较,对根据不同园区网应用环境选择适当EAP设计方案提出了建议。

基于PMP模式的IEEE802.16系统中Ranging问题

研究了IEEE802.16在PM P(点到多点)模式下的Rang ing过程中竞争冲突问题.运用生灭过程分析了在确定SS数目的情况下需要Rang ing的SS数量模型,并计算出了需要Rang ing的SS数量的稳态解.根据随机过程理论提出了SS在Rang ing过程中单步竞争转移模型,在此基础上以单位Rang ing带宽下SS的Rang ing竞争成功率最大为原则推导出了最优的Rang ing带宽.最后,分别在非最优带宽、Sungm in给出的带宽和最优带宽下对Rang ing过程进行仿真,结果表明,最优Rang ing带宽下比其他2种带宽下的Rang ing成功率提高20%,而Rang ing的竞争次数和总的Rang ing时延分别降低25%和20%.

802.11协议中RTS/CTS机制的安全漏洞分析

802.11协议中的RTS/CTS机制可以解决隐藏节点问题,通过分析RTS/CTS机制中的安全漏洞,发现由于RTS/CTS握手过程中没有认证机制,攻击者可以通过连续发送设定足够大网络分配矢量值的伪造RTS/CTS帧,以达到拒绝服务攻击的目的。在理论分析的基础上,使用aircrack-ng的软件开发包,在真实的无线网络环境中进行了实验,实验结果显示,RTS/CTS机制确实存在着被拒绝服务攻击的安全漏洞,可随时被攻击者利用,需引起充分重视。

802.11b无线网络环境下视频会议系统的流量特性研究

本文通过对MPEG4IP软件包的修改,测量了802.11b与802.3混和网络环境下视频会议系统的分组流量特性,包括不同视频码率和不同网络结构的组合。并与计算机系统和网络性能评价中常用的负指数分布假设的流量特性进行了比较,表明使用负指数分布与泊松到达模型对于描述无线网络环境下的视频会议系统存在很多不足。本文的测量结果对于设计WLAN环境下视频会议系统具有重要的参考价值。

IEEE 802.11无线网络中基于同步竞争窗口的退避算法

针对IEEE 802.11标准中引用的传统的二进制指数退避算法(BEB)在解决信道接入冲突时,网络碰撞概率较大且站点公平性较差的问题,提出一种基于同步竞争窗口的退避算法(SCW)。该算法中,网络内所有站点跟踪当前网络的传输情况,当检测到信道状态发生变化时,各站点停止退避并根据信道当前监测到的信道状态自适应地调整竞争窗口大小,然后通过重置该竞争窗口使得所有站点在下一次信道竞争时具有相同竞争窗口大小,即所有站点的信道介入概率相同。仿真结果表明,随着站点个数的变化,SCW算法的公平性指数接近于1且一直保持稳定;而且当网络站点个数较多(36个左右)时,SCW算法的网络吞吐率比传统BEB算法提高了约11%,时延降低了6%。所提算法能够有效地提高了网络吞吐率和时延性能,同时具有更高的网络公平性,因此有利于实际应用中对传输速率和时延有较高需要的业务的传输,尤其适用于节点密集部署的高速率无线网络中。

IEEE802.15.4a信道对UWB功率谱影响分析

研究超宽带功率谱密度,从路径损耗模型、多路径模型和小尺度衰落模型方面分析IEEE802.15.4a工作组信道模型.采用直接序列脉冲(direct-sequence pulse-amplitude modulation,DSP-PAM)超宽带(ultra-wideband,UWB)系统的信道响应,仿真分析了8种信道对2～10 GHz超宽带系统功率谱分布情况.仿真结果表明,多路径信道对UWB功率谱影响不大,脉冲UWB具有抗多路径干扰能力强的特点.

基于公钥密码体制的802.1x双向认证研究

针对申请者和认证者间认证的不平等以及控制帧和管理帧的明文传输问题,通过分析802.1x/EAP认证过程,提出一种基于公钥密码体制的802.1x双向认证改进方案。该方案利用引入的公钥密码体制的认证性实现申请者与认证服务器的双向认证,同时利用对称密钥实现申请者、认证者和认证服务器三者之间的两两双向认证并对控制帧和管理帧中的敏感域加密。该方案能够保护认证进程的机密性,对AP身份进行认证,有效阻止了中间人攻击和拒绝服务攻击。通过仿真实验证明,该方案比原协议认证成功率平均高约13.1%,接入的STA数量有显著增加,约增加STA总数的26%,在攻击次数达到50次以上时,接入STA数量下降速率平稳缓慢。

802.1X认证环境下的非法用户接入检测

目的解决基于802.1X协议认证环境下的用户非法接入问题,使全网认证用户可管理.方法从分析802.1X认证技术特点和非法用户通讯原理出发,利用认证服务器定期向认证用户发送UDP探测报文,根据客户端返回的ACK报文丢失率检测出提供非法服务主机.结果在以校园网为代表的高速以太网环境中,网络不发生大面积拥塞的前提下,实现非法接入用户的实时网络阻断与客户端信息保存,管理者可根据系统保存的用户记录采取相应处罚措施.结论提出的检测方法对802.1X环境下的非法用户检测具有良好的准确性和快捷性,对于实现IntranetAAA系统具有现实意义,充分保障了网络的认证安全与计费安全.