基于IEEE1588的多路可调同步时钟板设计与实现

为了进一步提高电力系统变电站分布式传感设备信号采集的同步性和时钟的同步精度,设计了一款时钟同步板,实现了软硬件结合的IEEE1588高精度时钟同步系统。时钟板采用卫星授时,为系统提供低抖动、高精度的同步时钟源。采用LS1012A作为主控制器,通过运行PTPdv2软件实现了本地时钟调节等算法。采用88E1512实现了SerDes接口硬件时间戳的标定,降低信号在传输过程中的延迟,提高了千兆以太网下时钟同步的精度。经过测试,该时钟板实现了优于±50 ns误差的时钟同步,为变电站的传感监测设备的同步时钟提供了解决方案。

基于IEEE802.15.4e标准的工业物联网安全时间同步策略

IEEE802.15.4e是一个面向工业物联网应用的MAC层标准,其采用时间同步关键技术实现高可靠、低功耗的工业无线网络.网络空间中存在各式各样攻击,由于时间同步机制是工业无线网络中的核心支撑技术,其可能成为首选的攻击目标.假如攻击者对时间同步协议发起攻击,破坏节点之间的同步,将导致网络通信、节点定位以及数据融合等方面应用不能正常工作.针对基于IEEE802.15.4e标准的工业物联网中时间同步协议安全性不足问题,提出了一个安全时间同步策略.首先,提出了Sec_ASN算法保护单跳的ASN时间同步和TOF算法保护单跳的Device-to-Device时间同步;其次,提出了Rank-based入侵检测算法保护多跳时间同步;最后通过理论分析和实验测试证明,该安全时间同步策略具有时间同步精度高和开销低特点,并且能有效防御外部攻击和内部攻击.

一种新的用于IEEE 802.11e EDCA中提供QoS的方法

该文提出了一种新的应用于IEEE 802.11e EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)中提供QoS(Quality of Service)的方法。这种方法是将几个时隙组合起来构成一个超时隙,每个超时隙的开始分配给不同的业务来进行发包。时隙的分配是根据各种业务的不同优先级来实现的。这种方法可以保证高优先级业务具有较大的吞吐量,较少的MAC延时和较低的丢包率。与802.11e EDCA草案中提出的不同冲突窗口大小的方法相比,这种方法具有可以提高吞吐量,降低丢包率,并能减小站点数目变化对高优先级业务吞吐量的影响等优点。这种新的提供QoS的方法优于不同冲突窗口大小的方法,在IEEE 802.11e EDCA中应用超时隙方法可以大大提高EDCA的性能。

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.

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.

基于IEEE 802.15.4e的智能家居家电控制系统的实现

根据智能家居智能化、网络化、模块化的发展需求,提出了一种智能家居家电控制系统的设计方案,对家电控制系统硬、软件设计进行了详细说明。分别设计基于Android操作系统的智能手机、PDA的家电控制软件和基于J2EE架构设计的智能家居网站。采用IEEE 802.15.4e协议组网,通过接入智能家居环境监测、安防报警等子系统实现情景模式控制,提供全方位的信息交换服务,优化人们的生活方式。

IEEE802.15.4e标准的安全多跳时间同步协议设计

IEEE802.15.4e是工业物联网中最新的MAC层标准,其采用时间同步技术实现高可靠、低功耗的无线网络。由于时间同步机制是工业无线网络中的核心支撑技术,因此其往往成为攻击者的首选攻击目标。针对IEEE802.15.4e标准的多跳时间同步协议存在安全性不足的问题,提出了一个多跳时间同步安全策略SMTSF。SMTSF安全策略主要采用基于异常的入侵检测算法、基于信任模型的多路径时间同步方法和加密与认证等关键技术,有效保障了节点之间安全地进行多跳时间同步。在基于入侵检测的算法中,边界路由器对节点的Rank值进行规则验证,可以有效检测出时间同步树攻击;同时设计了轻量级防火墙来抵御来自互联网的恶意主机攻击。在基于信任模型的多路径时间同步方法中,通过建立节点之间的信任模型来保障网络中节点可以找到一条安全多跳同步路径。仿真结果表明,SMTSF能有效检测时间同步树攻击并抵御捕获攻击。

一种基于浮动优先级的IEEE 802.11e MAC层机制

在研究了IEEE802.11eEDCF(EnhancedDistributedCoordinationFunction)机制的基础上,提出了一种基于浮动优先级IEEE802.11e的MAC层机制—F-EDCF(Floating-EDCF).该方法通过修改EDCF的优先级控制方式,提供一种公平、高效的接入机制.在F-EDCF机制下,各个移动基站(STA)通过和接入点(AP)进行协调以调整STA内各队列的初始竞争窗口(CWMin),进而改变接入信道的优先级.仿真结果表明,F-EDCF机制下各队列所得到的系统资源比EDCF更好的符合了QoS的规范.

AQAM系统最佳信噪比门限值的研究及其在IEEE802.16e中的应用

自适应调制根据瞬时信道信噪比选择适当的调制方式,能够改善系统的BER性能以及平均吞吐量性能.在常用于高速移动环境的六径瑞利衰落信道模型下,研究自适应调制系统的最佳信噪比门限值,使系统的平均吞吐量最大,同时能够保证系统达到目标BER性能.得到的最佳信噪比门限值可以用于ITU-RM.1225 Vehicular Test A模型的自适应调制系统.给出了最佳信噪比门限值用于IEEE802.16e OFDM自适应调制系统的性能仿真,并对仿真结果进行了分析.

IEEE1588在工业以太网交换机中的关键应用

随着智能变电站技术的发展,数字信号的采集与传输必须基于统一的时序和时钟标准,才能保证数据的准确性、实时性和有效性,IEEE1588技术在新一代智能变电站中发挥着重要作用。系统地分析了IEEE1588协议的系统结构、报文类型以及PTP透明时钟工作原理。突出介绍了P2P和E2E的两种对时方案的异同点,并总结了IEEE1588工业以太网交换机报文处理流程。该文设计的1588交换机具有精度高、易配置、经济实用等优点,可以满足电力系统对时同步的技术要求。

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。

IEEE802.16e的休眠模式性能评估与优化

IEEE802.16e终端具有移动性,导致其系统配置受限于电池容量。而休眠模式作为移动终端的必备功能,它能有效地管理有限的电池容量,延长移动终端的单次充电使用时间。该文回顾了IEEE802.16e移动终端休眠模式的3种功率节省类型,通过建模移动终端的休眠模式,研究了多种功率节省类型相组合的情况,探讨了休眠模式状态下移动终端的平均能量消耗和平均能量节省问题。通过系统模型仿真,提出了基于参数配置变化的休眠模式性能评估及优化的方法。

基于IEEE802.16e的OFDM定时同步算法及DSP实现

研究了一种基于IEEE802.16e的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)定时同步算法,结合IEEE802.16e协议定义的OFDM帧结构特点,给出了面向DSP硬件平台的OFDM系统中同步子系统实现方案,最后利用TI公司的TMS320C6416对该方案进行了实现。结果表明,提出的实现方案具有良好的性能。

IEEE802.16e的新型节能机制分析与仿真

IEEE802.16e的移动站点接收到的数据是随机到达的,在到达率较小时,较小的Tmin(初始睡眠长度)和Tmax(最大睡眠长度)将使移动站点不断被唤醒,使平均侦听次数增大,导致移动站点的能耗过大;在到达率较大时,较大的Tmin、Tmax将使响应时间变长。为改进这种情况,提出了一种新的自适应节能机制,首先对Tmin以及与之对应的Tmax赋值,一个睡眠模式里Tmax持续的个数定义为J;当进入一个睡眠模式时,其实时Tmin定义为R(Tmin),由上一个睡眠模式的Tmax持续个数J决定,从而达到动态调节Tmin、减少平均侦听次数的目的,采用马尔可夫链模型对上述机制进行了分析。仿真结果验证了该节能机制的有效性。

IEEE802．11eEDCA机制的一种参数调节策略

研究了IEEE 802.11e EDCA机制的原理和无线信道利用模型,阐明了EDCA参数设置对其性能的重要性。在此基础上,提出了一种简单有效的参数调节策略。仿真结果表明,该参数调节机制在保证实时业务要求的同时,可以显著提高数据流的吞吐率,优化了EDCA机制的运行性能。

基于IEEE 802.16e的睡眠模式的改进机制

IEEE 802.16e标准中使用了睡眠模式以达到降低移动台的能量消耗和基站接口资源的使用。介绍了IEEE 802.16e标准的睡眠模式的特性,然后给出一种基于可变睡眠周期能量的改进机制,并在四种实际模型下与标准机制进行比较。从仿真结果可以看出改进机制比标准机制能更有效地节约能量,最后研究了关键参数对于改进机制性能的影响。

基于最小速率保证的IEEE 802.16e公平调度算法

针对IEEE 802.16e协议的特点,提出了一种基于最小速率保证的IEEE 802.16e公平调度(MTRFS)算法。算法支持多种业务流类型并可保障业务流的最小预约速率。该算法中引入了补偿模式,以保障处在恶劣信道条件下的业务流的最小速率。同时,该算法对高级别业务流和信道条件好的业务流提供尽可能多的带宽,以保障其QoS性能和系统吞吐量的最大化。仿真表明,该算法能够保证业务流的最小预约速率,区别对待不同优先级的业务流;无论是其公平性能还是吞吐量性能都优于传统的PF算法。该算法与IEEE 802.16e协议很好的结合,具有很强的实用价值。

IEEE802.16e跨层切换的性能分析

目的为了提高切换性能,将快速分层移动IPv6(F-HM IPv6)应用到IEEE802.16e中提出了一种新跨层切换方法。方法通过将MAC层切换和IP层切换有效结合,使MAC层切换和IP层切换交叉进行。结果该方法与现有的切换方法相比,具有更小的切换时延和服务中断时间。对不同的切换方法的数据传输时间进行了分析,不同的参数对数据传输时间有不同的影响。结论该方法具有好的切换性能。

IEEE802.16e睡眠模式的改进和硬件设计

IEEE802.16e标准支持终端的移动性,能量消耗成为非常重要的问题,因此,标准提出了节能机制睡眠模式减少移动站点(MS)的功率消耗。草案中提出的睡眠窗口指数增长算法在低业务量情况下,响应时间过长。提出了指数加权滑动增长算法解决这一问题,理论分析了新算法的平均响应时间和平均消耗能量两性能指标,对算法进行了硬件设计和整体系统的硬件结构设计,通过仿真对比了这两种算法的性能,证实后者在现实应用环境下具有较好的性能。进一步分析了睡眠模式各参数对上述性能指标的影响,对参数值的选取有参考价值。

IEEE802.16e中的卷积Turbo码编译码算法研究

为了分析不同设计参数对IEEE802.16e中卷积Turbo码(CTC)性能的影响以及对比IEEE802.16e支持的CTC和卷积码的编码性能,介绍了IEEE802.16e中的CTC的编码过程,给出了编码过程中的循环状态确定方法的推导过程,分析了CTC的迭代译码结构和译码算法,最后对CTC的性能进行了仿真.仿真结果表明:在相同码率和相同调制方式下CTC的编码增益要比卷积码大,采用CTC比采用卷积码有着明显的性能优势.因此在码率较低、信道状况较好或对系统实时性要求严格的情况下,可考虑使用卷积码,以降低信道编码的复杂度;而在码率较高、信道状况较差或对误码率要求严格时,可考虑选用CTC编码方案,以保证通信的可靠性.