IEEE 802.11aj短距离无线接入毫米波通信技术研究及实现

本文先比较分析了毫米波IEEE 802.11aj标准中正交频分复用(OFDM)和单载波频域均衡(SC-FDE)两种系统模式的实现流程框图差异以及性能的优劣,然后提出一种IEEE 802.11aj单载波(SC)超高速WLAN(Wireless Local Area Network)原型机设计方案,并基于NI-PXIe毫米波平台和Lab VIEW语言进行开发实现。系统实现了IEEE 802.11aj物理层基带的加(解)扰码、信道编(解)码、星座点映射与解映射、FFT(Fast Fourier Transform)与IFFT、同步、信道估计与均衡、相位补偿等模块。文中重点介绍了同步和均衡模块,其中均衡模块采用分数间隔频域均衡的方法,有效提升系统性能。基带处理均采用WDP(Wide Data Path)数据结构进行并行处理,有效的降低基带处理中FPGA的时钟速率要求。本系统支持多种调制方式,测试结果表明,接收端均衡之后数据星座点聚集度良好,系统误码率低、实时传输速率高,支持高清视频稳定实时传输,具有很强的可行性和应用性。

802.11网络中基于博弈理论的可变带宽信道分配研究

802.11网络中节点的理性和自私性导致可变带宽信道分配的低公平性、低负载均衡性及低社会效率问题.基于非合作博弈理论将可变带宽信道分配问题建模成策略型博弈模型.首先,给出问题的纳什均衡分配策略,证明了纳什均衡点的存在;然后,针对纳什均衡策略社会效率低的问题,提出一种基于支付的激励机制,使可变带宽信道分配过程收敛到占优决策均衡状态,从而系统整体吞吐量性能达到全局最优;并分析了上述两种策略的公平性和负载均衡问题;最后,给出达到纳什均衡和全局最优状态的可变带宽信道分配算法.仿真结果表明,纳什均衡策略能够获得好的公平性,而全局最优策略的负载均衡和社会效率性能要优于纳什均衡策略.

利用无线物理层密钥增强802.11i的安全性

针对目前IEEE 802.11i存在的不能为管理帧和控制帧提供安全保护导致DoS攻击、不能为用户提供身份隐私保护、会话主密钥MSK的丢失引起信息泄露等安全威胁,引入物理层安全方案iJam,于802.11i认证之前在移动站STA和接入点AP之间生成物理层密钥K_i.使用生成的K_i保护802.11i的管理帧和控制帧,防止DoS攻击;并在后续认证过程中对消息加密,保护用户的身份信息;参与PTK的生成,增强PTK的安全性.给出了WLAN安全性增强的方案,并对引入iJam后802.11i的安全性、增加的时延、能耗及兼容性进行了分析.结果表明,所提出的方案克服了目前802.11i存在的安全威胁,对其安全性进行了增强;但所引入时延和能耗都非常有限;同时引入iJam并不会对802.11i的框架造成影响.

基于IEEE 802.11ac的多用户MIMO传输方案的优化设计及其性能分析

在IEEE 802.11ac Draft 2.0标准草案的基础上,针对其新引入的多用户MIMO传输机制进行了深入研究,提出了几点改进的优化设计方案,并完成了相应的性能分析。最后对IEEE 802.11ac的多用户MIMO传输方案进行了系统的性能分析,仿真结果表明,改进的传输方案在误比特率(BER)和吞吐量方面获得了明显的性能增益,且与针对性能的理论分析与仿真结果相吻合。

IEEE 802.11 DCF协议性能分析模型

提出了一种改进的二维Markov链模型用于分析IEEE 802.11 DCF协议.该模型不仅考虑实际应用中饱和业务量和非饱和业务量的情况,而且考虑DCF协议的退避计时器的冻结状态和有限的重传次数.通过对该Markov链模型稳定状态的求解并结合M/M/1/K排队模型,导出了DCF系统性能的理论模型.仿真结果表明,该理论模型能够精确地预测广义IEEE 802.11 DCF协议的系统性能.

基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨

数据通信系统DCS是CBTC系统的核心,CBTC系统大多采用成熟的基于IEEE 802.11协议标准的无线局域网技术作为数字通信传输系统。本文利用OPNET Modeler 14.5仿真平台,对CBTC系统的数据通信子系统建模,以802.11b标准为例进行仿真,在不同的无线数据传输速率及列车运行速度下,对无线局域网性能变化进行分析,提出具有冗余设备的列车以保证数据通信的可靠传输。随着人们对列车控制系统性能及多样化信息服务需求的增加,基于802.11协议的CBTC系统也存在一些需要解决的问题。

基于IEEE802.11p高速车路通信环境研究

针对基于IEEE802.11p构成高速车路通信中安全类消息传输的性能是否满足车路通信需求的问题,采用符合实际道路特点的Nakagami分布描述无线信道衰落,Poisson分布描述移动车辆发送的数据流,对单一路侧设备与连续移动车辆通信性能进行了仿真。以车辆消息发送间隔、通信车辆数量、车辆行驶速度为变量,得到4种不同接入类消息的车辆数与吞吐量、发包间隔与丢包率、发布间隔与平均时延、车辆速度与投递字节数的关系。结果表明,不同类型消息在车辆数与吞吐量关系上有一个优化点,可实现车辆数和吞吐量的最大化;丢包率和平均时延都会随着车辆数据发送间隔增大而增大。车速增加时,安全类消息的投递字节数下降且与车速成反比。从仿真结果可以看出,IEEE802.11p协议能够保证高优先级安全类消息传输服务质量。

基于802.11p/WAVE的车联网连通性模型及其应用研究

首先对高速公路交通场景的车联网连通性模型进行了研究,分析推导了某特定路段上任意两车之间的连通概率、连通集直径长度以及连通集数目等连通性模型参数指标与车辆密度及传输距离之间关系的数学解析式,并在此基础上分析出车联网的节点位置是满足伽马分布的结论。接着根据车联网报文存储转发的特点,设计了一种车联网的报文格式,并应用连通性模型中的相关参数解析式给出了广播消息报文的TTL字段的初始值设定方案,从而能够有效地控制广播报文的泛滥情形,仿真实验证实了所建模工作的有效性,为车联网WAVE协议栈上层协议的设计提供了重要的理论基础。

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.

基于802.11协议的0.34THz无线局域网实验系统

描述了一套由基于固态半导体电子学技术的0.34 THz无线通信收发前端和基于802.11协议的无线局域网设备实现的0.34 THz无线局域网实验系统。0.34 THz收发前端采用基于肖特基二极管的倍频及混频技术以及基于精密机加工艺的太赫兹无源器件实现,主要由0.34 THz腔体滤波器、0.34 THz谐波混频器、0.17 THz本振倍频链和馈电偏置电路组成。实测结果表明:研制的由3节点组成的0.34 THz无线局域网实验系统可在1.15 m的距离上实现节点间大于800 KB/s的组网通信。

基于802.11n的多功能无线传输平台的设计与应用

针对现有煤矿井下人员定位系统存在功能单一、定位精度不高的问题,设计了一种基于802.11n的煤矿本安型多功能无线传输平台。该平台基于802.11n传输协议和采用信号强度测量模块,不仅实现了数据、语音和视频等的高速传输,还可同时通过WiFi信号实现井下人员的实时定位。煤矿井下实际测试结果表明,该平台的无线传输速率达到了120Mbit/s,信号覆盖范围为500m,实时定位精度为9.68m,满足了煤矿安全信息的传输要求。

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。

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。

无线自组织网络中的IEEE802.11 MAC协议的研究

IEEE802.11 DCF作为无线局域网的MAC层规范被广泛应用于无线自组织网络的仿真和测试中。通过研究发现即使在拓扑不变的条件下,使用表驱动路由协议DSDV,TCP流仍然存在不稳定和不公平现象,本文分析了问题产生的原因,提出了基于网络负载的解决问题方法。

IEEE802.11无线局域网非饱和吞吐量分析

当前关于IEEE802.11无线局域网DCF性能分析研究通常假设网络工作在饱和条件下,但是对于实际的IEEE802.11局域网而言,非饱和工作状态更为普遍。本文针对非饱和条件下的IEEE802.11无线局域网,提出了一种基于二维马尔可夫链的分析模型,推导得到吞吐量与网络非饱和程度之间的定量数学表达式。结果表明,非饱和吞吐量可以超过饱和吞吐量,在一定的非饱和程度下,网络吞吐量可以最大化,在多数情况下RTS/CTS接入机制优于基本接入机制。

一种应用于无线局域网802.11a/n的高功率线性功率放大器设计

提出一种应用于无线局域网802.11a/n的高功率高线性度InGaP/GaAs异质结晶体管功率放大器。通过采用新颖的线性偏置电路和带宽拓展电路,该功放实现了在64正交振幅调制正交频分复用信号输入激励下,误差向量幅度(EVM)在3%时实现超过21dBm的线性输出功率,在超过1GHz频段内实现超过31dB的小信号增益。

一种基于接收端SNR的IEEE802.11WLAN速率自适应算法

速率自适应调整对于提高IEEE 802.11物理层传输性能具有重要意义,现有许多算法对于碰撞所带来的性能影响没有充分考虑,通过区分信道错误和链路层碰撞,进而依据测量的接收端SNR信息实现速率调整,通过ACK帧捎带速率调整信息给发送端。接收端SNR能反映信道状况,避免碰撞带来不必要的速率下降。仿真实验结果表明,提出的速率自适应算法RAS能避免碰撞对速率调整的影响,在多节点争用信道的情况下有较高的吞吐量和较低的延迟。

IEEE 802.11无线局域网二进制指数退避算法改进与分析

IEEE 802.11标准引入二进制指数退避算法BEB,以降低节点发送数据包碰撞的概率。两步指数退避算法TBEB避免了BEB算法中竞争窗口长度出现振荡这一现象,可以提高吞吐率。导出了TBEB算法和BEB算法中节点的平均竞争窗口长度和平均退避次数的解析表达式,并采用仿真进行验证;以退避时间最小为目标,给出了求解竞争窗口长度最优复位值的优化模型。研究结果可用于基于IEEE 802.11无线局域网的BEB算法的性能评价。

基于IEEE 802.11a的OFDM基带处理器的FPGA设计与实现

设计了一种用于IEEE 802.11a的OFDM基带调制处理器。实现了IFFT、插入循环前缀、加窗及训练序列生成等模块的硬件设计。64点FFT/IFFT模块采用单碟形优化4路并行结构,提出了4路并行无冲突地址读写算法,有效地提高了数据吞吐率、减小了面积;采用多级流水线结构的基4蝶形单元,有效地减少了关键路径时延,其最高工作频率可达167 MHz,核心面积为0.58 mm2;整个基带调制系统最高工作频率可达100 MHz,在SMIC COMS 0.18μm工艺下内核面积为0.98 mm2,经硬件联合调试验证设计完全满足高精度、高速及实时处理要求。

基于IEEE 802.11s的无线Mesh网络路由协议研究

基于IEEE 802.11s的无线Mesh网络已成为机动宽带接入技术研究领域的一个研究热点。对无线Mesh网络中的关键技术——混合无线Mesh协议(HWMP)进行详细的分析,与传统按需路由机制相比,该协议既具有先验式路由协议的灵活性,亦具备按需路由协议的有效性,同时,对该协议度量机制做出改进,其将在应急通信等特殊应用环境中发挥重要作用。