IEEE802.15.4协议性能分析实验设计与实现

为了探索IEEE802.15.4协议实验教学,首先对实验内容进行了归纳,然后应用IEEE802.15.4/Zig Bee仿真模型设计了IEEE802.15.4协议性能分析实验方案,详细给出IEEE802.15.4/Zig Bee仿真模型的参数配置,最后分析了参数SO、BO、NB、BE和负载对网络性能的影响。该实验方案应用到教学中,加强了学生对抽象、复杂知识的理解,填补了IEEE802.15.4协议教学中的一项空白。

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.

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。

工业环境IEEE802.15.4链路的多频道可靠性分析与建模

无线传感器网络协议设计依赖于网络环境中的链路特征.在实际环境中,链路易受外界环境的影响而产生剧烈的变化.但是,目前只有少量的链路模型涉及多频道传输可靠性及其时间变化特征.以丢包率描述链路的可靠性,针对链路可靠性在频道和时间上的变化特征,提出了统计建模的方法,引入丢包率(PDR)和丢包序列(PDS)定量刻画出了链路可靠性与频道、时间的关系.通过在钢铁厂车间、学校实验工厂对2.4GHz的IEEE802.15.4模块进行测试及统计分析,发现数据丢包率服从logistic或log-logistic分布;在一个确定丢包率下,两次数据丢包之间的间隔服从lognormal分布.在此基础上,通过分析干扰链路可靠性的原因,提出了一种工业无线传感器网络链路可靠性模型,并基于此模型对IEEE802.15.4e的两种提案进行了评估和分析.

基于IEEE802.15.4的GTS调度算法优化

针对实时无线传感器网络(WSNs)系统对时延敏感的特点,对目前典型的IEEE802.15.4标准中保障时隙(GTS)调度算法进行了改进,提出一种基于时延优先级的GTS分配算法。根据网络微积分原理评估时延约束条件及GTS分配数目,按照优先级顺序响应GTS请求,并动态调整GTS中的时隙数量,确保实时传输和带宽利用率。通过在OPNET平台上对该算法进行仿真实验,结果表明改进后的算法降低了时延,提高了传输效率。

一种基于IEEE802.15.4无线智能化传感器网络实现探讨

介绍了IEEE802.15.4协议的特点、构件及体系结构、发展前景,分析了IEEE1451智能传感器模型,提出了一种基于IEEE802.15.4协议的无线智能传感器网络结构设计,并探讨了其实现。

基于IEEE802.15.4的Ad hoc网络路由协议研究

Adhoc网络是一个自组织、动态拓扑变化的网络。由于具有低成本、低功耗的特点,基于IEEE802.15.4的Adhoc网络将得到广泛的应用。文章在分析AODV协议的基础上,提出了适合基于IEEE802.15.4的Adhoc网络的M-AODV协议。并在NS-2中对该协议作了仿真,在性能上和AODV协议作了比较。

基于IEEE802.15.4a的无线测控网络协议

为满足工业现场测控任务对网络通信实时性的要求,提出一种基于IEEE802.15.4a的无线测控网络协议,其中的令牌控制子层采用令牌机制管理各站点对无线信道的访问,克服了CSMA/CA机制无序竞争的缺陷,保证数据传输的时间确定性,介绍协议栈模型、逻辑令牌环动态建立过程以及令牌故障的自恢复机制,并在硬件平台NanoNET上加以实现。实验结果表明,该协议能够在强电磁干扰环境中稳定运行,具备实时特性。

一种适用于IEEE802.15.4(ZigBee)标准的2.4GHz CMOS射频收发机设计

本文提出了一种适用于IEEE 802.15.4标准的2.4GHz免认证ISM频段的全集成CMOS射频收发机.接收机采用低中频结构以降低功耗、提高灵敏度,发射机则采用直接上变频结构以降低设计复杂度和功耗.芯片采用0.18μm 1P4M CMOS工艺以及MIM电容制造,供电电压1.8V.测试结果显示,在误包率为1%时,接收机灵敏度达到了-97d Bm,发射机输出至100Ω差分天线端口的最大输出功率为+3d Bm.接收模式和发射模式下的电流功耗分别为17m A和19m A,芯片面积3.3mm×2.8mm.

IEEE802.15.4网络的性能仿真研究

分析了IEEE802.15.4协议特点,运用NS2仿真软件分析了星型网的网络性能,重点分析信标使能模式和非信标使能模式的网络性能,并分析信标使能模式下信标级数的改变、数据传输方式的改变对端到端延时、平均分组递交率的影响,从而为实际应用802.15.4协议提供了参考.

IEEE802.15.4动态自适应CSMA/CA算法设计与仿真

在无线传感器网络中,节点的业务负载是随网络节点的位置和网络运行的时间不断变化的,又由于每一个节点能量有限,功耗是无线传感器网络性能的重要参数之一。针对无线传感器网络的这些特点,对IEEE802.15.4MAC层协议的关键技术进行了阐述,讨论了CSMA/CA信道访问机制在动态自适应方面的不足,进而设计提出了一种基于动态自适应的低功耗退避算法-DA-CSMA/CA算法,最后对该算法进行了仿真分析。仿真结果表明,该算法在网络拓扑相对固定的环境中能在低功耗的前提下很好地适应网络流量的变化。

一种基于IEEE802.15.3协议物理层编码调制方案

本文分析了IEEE802.15.3协议的物理层采用的信道编码调制技术,给出了一种基于Turbo码编码思想的编码调制方案TTCM-MQAM,并与协议中采用的TCM-MQAM编码调制进行了性能比较。通过分析与仿真得出TTCM-MQAM相比于TCM-MQAM在性能上有很大的提高,对于IEEE802.15.3微网的传输有很重要的意义。

基于MRF24J40的IEEE802.15.4无线收发电路设计

采用MRF24J40构成的IEEE802．15．4无线收发器电路，为IEEE802．5．15．4MAC和PHY物理层提供硬件层，支持MiWi”、ZigBee协议和其他协议，工作在2．405～2．48GHzISM频段，接收灵敏度为-91dBm，发射输出功率为＋0dBm，发射功率控制范围为38．75dB，电源电压范围为2．4～3．6V，睡眠模式电流消耗为2pA。采用4线式SPI与微控制器接口，适合家居自动化、工业自动化等低数据速率传输的应用。

面向IEEE802.15.4协议的跳频信道接入方法

IEEE802.15.4协议中2.4 GHz频段的信道极易受Wi-Fi等信号干扰,且其规定节点丢失信标帧数量超过a Max LostBeacons就判定为孤立节点,需要重新扫描信道进行重新同步,这必将导致较大吞吐量降低和时间消耗。本文分析IEEE802.15.4和IEEE802.11在2.4 GHz频段中信道重叠规律,提出一种利用信标帧的周期性作为跳频函数输入变量生成的跳频序列,以此快速选择未受干扰的信道,该方法不需增加信标帧负荷和开销,且简单易实现。Wi-Fi干扰源测试结果表明,平均吞吐量最低能提高约16%,平均传输延迟由25.86 ms降低到9.07 ms。

信标模式下IEEE802.15.4网络漏洞分析及利用研究

IEEE802.15.4因其低速率、低成本、低功耗和高质量特点,成为无线传感器网络MAC层标准,已被广泛应用于各种领域,其安全漏洞一旦被攻击者发现并利用将造成难以估量的后果。为发现当前协议标准中存在的问题,文章对IEEE802.15.4协议的MAC层标准进行了分析,发现了信标广播漏洞和GTS管理机制等漏洞,并给出了信标同步扰乱、阻止节点接入、空闲时隙抢占和空闲节点仿冒4种漏洞利用模式。漏洞及其利用模式的发现可为研究人员改进协议设计的安全性提供基本依据。

基于IEEE802.15.4无线传感器网络的IPv6协议栈

基于IPv6overIEEE802.15.4的无线传感器网络是目前研究的一个热点。其中,设计适合传感器节点的嵌入式IPv6协议栈是一个关键。本文在分析了IEEE802.15.4和无线传感器网络的特点后,针对这些特点提出一种嵌入式IPv6协议栈的设计方案;并在本文的最后,总结了设计时要考虑的关键因素。

基于IEEE802.15.4a标准的工业无线网络节点设计

针对工业自动化领域对无线数据通信的需求以及国内基于切普扩频技术(CSS)的无线短程网络研究太少的现状,从实际应用角度出发,设计了一种基于IEEE802.15.4a标准的工业无线短程网络节点,给出了硬件设计电路图和软件流程图。在所设计的硬件平台基础上,采用CSMA/CA的介质访问控制策略进行组网通信测试,在强电磁干扰的环境中所设计的无线节点能够稳定运行,实时性能满足设计要求,可将该无线节点应用于实际的无线工业现场。

一种基于IEEE802.15.3 MAC协议的动态资源分配算法

介绍了IEEE802.15.3MAC协议及其QoS机制,分析了超帧中的CAP,针对实时VBR业务流,提出了一种动态资源分配算法,在性能上与平均资源分配算法进行了比较和分析,通过仿真验证了此动态资源分配算法能有效降低实时VBR码流的丢帧率,提高系统传输的QoS。

发展中的IEEE802.15.4

低 速 率 无 线 个 人 域 网(LR -W PA N )是 为 低 价 格 、低 功 耗 、短 距 离 无 线通 信 而 设 计的 网 络 , 以 满足 对 数 据 传 输 率 和 延 迟 等 待 要 求 不高 的 无 线 接 入 需 求 。 其 应 用 领 域 包括 :工 业 、农 业 、车 载 电 子 系 统 、家 用网 络 、 医 疗 传 感 器 和 伺 服 执 行 机 构等 。 IEEE 802.15无 线 个 人 域 网 工 作组 第 四 小 组 的 任 务 是 为 LR -W PAN制 定 一 个 无 线 通 信 标 准—— —802.15.4。介 绍 了 有 关的 技 术 构 想和系 统要 求,并提 出相 关的应 用设 想。

基于IEEE802.15.4标准技术家庭控制子网关的设计与实现

随着社会经济和科学技术的发展,智能家居成为未来家居的新方向,标准化的无线家庭网络组建成为了研究热点。文章基于IEEE802.15.4标准协议并参照国家家庭控制子网通信协议规范及家庭网络设备描述文件规范等相关规范和标准,给出了家庭控制子网关软硬件设计实现方案。