IEEE 802.11w无线网络协议的形式化分析与验证

IEEE802.11是在无线局域网中提供安全通信的标准,主要用于无线工作站访问由访问点管理的受保护无线网络,IEEE802.11w无线认证协议增强了原先基础上所选管理帧的安全性。事件逻辑理论是一种描述并发与分布式系统下协议和算法的逻辑,使用严格的数学规则和逻辑方法对协议的性质进行证明分析。协议认证性的证明是一个安全协议设计中必不可少的一部分,文章基于事件逻辑理论,定义协议运行过程中的基本序列和匹配会话,结合事件逻辑基本公理和推理规则并提出随机数引理对IEEE 802.11w标准交互过程中认证性进行验证,证明得出IEEE 802.11w无线认证协议能够抵抗重放攻击但存在中间人攻击。研究表明,事件逻辑适用于无线认证协议的分析。

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。

IEEE802.11WLAN中DCF延迟性能分析

通过二维马尔可夫链模型分析了IEEE 802.11 DCF在饱和状态下的延迟特性,给出了分布式协调功能(DCF)中分组传输延迟的理论分析方法。利用NS2仿真软件进行仿真,对基本接入方式和RTS/CTS方式两种传输方式的延迟性能进行分析比较,仿真结果验证了理论分析方法的有效性,为研究在无线局域网中传输实时业务提供了理论依据。

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IEEE 802.11的长距离无线Mesh网络

基于IEEE 802.11的长距离无线Mesh网络(LDmesh)的单跳链路长度在几十到上百公里,具有带宽高、成本低、覆盖广等优点,可广泛应用于偏远乡村或人口分布稀疏地区的无线宽带接入等.LDmesh网络是点到点的链路,链路的干扰特性和传输特性与传统无线Mesh网络有显著不同,原有的基于CSMA的MAC协议不再适用,进而影响到上层协议的设计.分析了LDmesh网络的研究进展,从链路性能、MAC协议、路由协议及网络管理等方面深入论述了LDmesh网络面临的挑战和进一步研究方向.

基于IEEE 802.11高速无线局域网的速率自适应MAC协议研究

目前的IEEE 802.11标准在物理层提供了对多种发送速率的支持,然而在MAC层却没有规定速率自适应的方法。该文研究了高速IEEE 802.11无线局域网中的速率自适应方案。首先,提出了EACK协议,EACK使用基本速率发送MAC头,并在ACK帧中携带信道信息,因而能够较快速地响应信道的变化,同时具有少的开销;其次,在EACK基础上,提出了一种恒定发送时间(CEACK)的策略,CEACK能够克服传统IEEE 802.11DCFMAC协议的理论吞吐量上限,并且具有更好的时间公平性能,能够应用于高速的无线局域网。

支持QoS的IEEE 802.11 EDCA性能研究

随着无线网络应用的不断发展,为了适应网络中不同类型业务的区分服务需要,IEEE802.11工作组在IEEE802.11DCF(distributed coordination function)的基础上推出了支持QoS的IEEE802.11EDCA协议.针对EDCA(enhanced distributed channel access)协议的优先级区分信道接入特性,提出了一种基于Markov链的协议性能模型分析方法.与已有文献不同,该模型分析同时包含了EDCA主要的3个关键区分信道接入机制:Wmin/Wmax,AIFS(arbitration inter-frame space),TXOP(transmission opportunity).通过模型分析,获得了EDCA协议各优先级接入的传输吞吐量、信道接入延迟、数据丢失率等性能分析.不仅分析了饱和情形下的EDCA性能,而且还对非饱和情形下的EDCA性能进行了分析.仿真验证结果表明,模型分析结果和仿真结果取得了很好的一致性.利用给出的模型分析方法,提出了一种基于TXOP动态调整的D-TXOP(dynamic TXOP)接纳控制算法.算法根据网络中业务流的QoS要求,在动态调整各优先级的TXOP参数设置的基础上,对网络中新到业务流进行接纳控制,达到提高网络的业务承载能力的目的.

IEEE802.11移动自组织网络节点竞争窗口长度的概率分布

在基于IEEE 802.11的移动自组织网络中,MAC(Medium Access Control)层提供了DCF(Distributed Coordi-nate Function)以控制节点对无线信道的争用.DCF包括了BEB(Binary Exponential Backoff)算法.该文对BEB的重要参数——竞争窗口CW(Contention Window)进行研究,通过随机建模,导出了竞争窗口长度的概率分布,并进行数值分析.研究结果可应用于IEEE 802.11移动自组织网络.

IEEE 802.11无线网络的两步指数退避算法

IEEE 802.11标准引入二进制指数退避(Binary Exponential Backoff,BEB)算法以降低节点发送数据包碰撞的概率。然而,BEB存在着不足之处,当数据包碰撞概率较大时,节点的竞争窗口长度会出现振荡,即节点每次发送数据包之前,需要多次加倍扩大竞争窗口长度,而在发送成功之后又把竞争窗口长度缩小到最小值,这个过程反复出现。为了克服竞争窗口振荡问题以增加吞吐量,该文提出两步指数退避(Two-step BEB,TBEB)算法,利用2维马尔可夫链进行建模,导出TBEB算法中节点的退避状态概率分布、平均竞争窗口长度、平均退避次数、每发送一个数据帧所耗时间以及吞吐量等指标,并通过仿真进行验证。通过求解一个简单的优化问题,TBEB可以获得最优竞争窗口长度复位值,使吞吐量达到最优。

IEEE802.11无线局域网OPNET建模与性能测试

讨论了IEEE 802.11无线局域网的建模和性能问题。基于对IEEE 802.11协议和目前功能最强大的网络仿真工具OPNET[1]软件的研究,首先分析了无线局域网的各种行为,分别对这些行为单独建模后,通过有线状态机将它们集成而形成IEEE 802.11协议支持模块。给出了模型输入输出接口的详细说明,并对网络的性能进行了分析比较。

一种利用信道侦听的IEEE802.11自适应优化算法

提出一种适用于DCF(distributed coordination function)机制的自适应优化算法.该算法基于网络节点侦听信道得到的网络状态信息进行相关参数的自适应调整以获得最优的网络性能,称为CSB(channel sensing backoff)算法.算法采用了对节点的信道接入请求以概率参数P_T进行过滤的方法控制节点竞争接入信道的激烈程度.不同于已有的DCF机制优化方法,CSB算法的特点在于,在优化调整过程中不需要进行计算复杂的网络节点数量估计,并且可以在不同网络状态下始终围绕确定的优化目标进行参数优化调整.仿真实验结果表明,算法能够针对网络节点数量和分组大小改变等网络状态变化作出自适应的网络优化调整,并获得了系统吞吐量、碰撞概率、延迟、延迟抖动、公平性等多方面的性能改善.

802.11WLAN中一种基于循环队列的分布式公平队列调度算法

该文在无线局域网现有的802.11 MAC层访问机制的基础上,运用循环队列的思想提出了一种完全分布式的队列调度算法,该算法通过修改802.11的MAC层中的DCF(Distributed Coordination Function)子协议,实现了在分布式环境下控制802.11节点的公平访问无线链路资源的目的.文中通过仿真对算法进行了分析和研究,仿真结果表明该方法可以在一定范围内实现公平队列调度。

IEEE 802.11网络中增强的退避算法

IEEE 802.11协议的MAC层通过二进制指数退避算法实现对媒体的争用,该文提出一种增强的退避算法,对网络中的动态站点数进行估计,自适应改变退避算法的竞争窗口,以提高网络的性能。

IEEE802.11 MAC帧服务时延分析和在拥塞控制中的应用

针对传统拥塞指示信号(例如平均队长)在无线自组织网络环境中不能有效指示网络拥塞的问题,分析研究了IEEE 802.11协议MAC帧服务时延(FSD),并给出了平均FSD与平均帧长、冲突概率以及饱和站数量之间的关系.分析结果表明:当站的传输概率大于临界值时,FSD随传输概率或饱和站数量的增加急剧增大,显示其对链路层拥塞较为敏感.最后通过仿真验证了FSD作为拥塞指示信号的有效性,与用平均队长指示网络拥塞的方法相比,FSD更能有效的指示网络拥塞,当与TCP协议配合时,能显著改善TCP连接的吞吐量,降低丢包率.

IEEE 802.11 DCF中带优先级的退避算法

该文针对IEEE802.11DCF提出一个带优先级的退避算法。算法的基本思想是网络中的节点在侦听信道的同时,搜集其他节点发送数据的统计信息,并在本地维护一个关于节点已发送数据量的统计表。当节点有数据需要发送时,将根据表巾的统计数据以及本节点的优先级来计算竞争窗口。计算机仿真证明,该算法能很好地完成网络的信道容量在不同优先级的节点之间按一定的比例分配,同时还可提高整个网络的吞吐率。

基于竞争终端个数区间的IEEE802.11性能优化

IEEE 802.11的MAC协议采用基于CSMA/CA的DCF机制,研究发现,上述协议的性能随无线局域网中竞争终端个数的增加而迅速恶化.当竞争终端个数在一定范围内变化时,使用相同的优化协议参数,系统的性能都能接近最优.因此,设计了一个基于状态检测与竞争终端个数区间的自适应性能优化机制,DOOR(dynamic optimization on range).根据相关性能模型的分析,先将竞争终端的个数分为若干区间,并分别计算出各区间的优化协议参数.当系统检测到竞争终端个数发生变化时,根据其所处的区间,对相关的参数进行动态调整,从而有效地改善了协议的整体性能.同时还给出了相关理论模型和计算的详细说明,并尝试给出了划分区间的基本原则与方法.最后,实验仿真结果验证了新的方法能够根据竞争终端个数的变化对系统性能进行整体优化,在吞吐量和延迟等方面明显优于标准的IEEE 802.11协议.

IEEE 802.11e EDCF性能评估

通过建立语音、视频和数据业务的仿真模型评估了IEEE 80 2 .11e中竞争接入方式EDCF的工作性能 ,并把它与传统的 80 2 .11中的DCF方式进行了比较 ,讨论了改变竞争窗 (CW )和仲裁间隔时间 (AIFS)对系统总吞吐量和区分服务的影响 .还考虑了竞争空闲脉冲 (CFB) ,发现它在负载较高的情况下能够提供较好的区分服务 。

车联网环境下IEEE 802.11p移动性支持仿真研究

针对IEEE 802.11p协议移动性支持的评估需求,构建基于IEEE 802.11p协议的车联网应用场景,利用泊松过程描述车联网系统中的车辆到达模型。基于Veins平台搭建仿真场景并对仿真参数进行设置,从端到端延迟、丢包率、吞吐量方面测试并分析车流密度、车辆行驶速度对IEEE 802.11p性能的影响以及IEEE 802.11p应用于车联网环境的适用性。测试结果表明,车辆行驶速度对基于IEEE 802.11p协议的车联网性能影响较大,而车流密度对其性能影响较小,同时IEEE 802.11p协议适用于主动道路安全应用且有助于提高合作交通效率。

IEEE802.11中多速率多节点公平的数据分组长度调整策略

在深入剖析多速率机制导致不公平性根源的基础上,提出了基于传输速率的数据分组长度调整(TRPSA)策略,该策略保证了传输速率不同的节点能公平地占用无线信道。理论证明和仿真验证了该策略能有效实现多速率多节点情况下的公平性,显著提高网络性能。该策略只需对IEEE 802.11做细小修改,易于在实际网络中实现和推广。

IEEE802.11DCF中基于能耗最小的RTS门限自适应调整算法

该文通过数学模型分析IEEE 802.11网络中，终端采用分布式协调功能(DCF)方式发送一个数据包消耗的平均能量。研究发现，存在一个使终端发送的平均能耗最小的最佳RTS门限，它与终端的平均重传次数直接相关。在此基础上，该文提出了一个RTS门限调整算法。计算机仿真结果证明该算法能使终端根据网络环境自适应地调整RTS门限到最佳值，从而减少发送过程中的能量消耗。