一种适应于IEEE 802.15.4k标准的高精度频偏估计算法

为实现基于IEEE 802.15.4k标准的长码字直接序列扩频系统(Direct sequency spread spectrum,DSSS)在低信噪比下的频偏估计,提出一种高精度、稳定的改进频偏估计算法。该算法在保证频偏估计范围的前提下同时利用相位和幅度信息对信号作有偏自相关和迭代,提高包含相位信息的序列的信噪比,然后对有偏自相关信号的各阶差分计算相位幅角并加权平均,克服了Fitz方法在低信噪比下近似条件难以满足的缺点。实验结果表明该算法能在不缩小估计范围的同时实现极低信噪比下的精确频偏估计,估计精度满足IEEE 802.15.4k标准下接收系统对残余频偏的容忍度。

IEEE 802.15.4非信标使能模式在车联网中的性能评估

车联网是车与车之间广泛使用的网络技术,是车与车之间经济、高效的通讯渠道。IEEE 802.15.4由一层简单物理层和一层节能型介质访问控制层所组成,是当前所有通讯标准中车联网网络的最佳选择。基于此,这里选择适合车联网的IEEE 802.15.4非信标使能模式作为分析模型,将其应用于车联网中,具体包含非饱和通讯量模式和大型网络,并分别研究了IEEE 802.15.4适合车联网的非信标使能模式的性能,这对车辆积极调整广播速度,在车与车之间联网通讯中取得更高的成功具有一定的参考价值。

基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络

设计实现了一种基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络,传感器对周围的环境进行监测,内嵌的单片机对数据进行处理,通过基于IEEE802.15.4标准的无线模块进行无线传输,构成一个无线传感器网络。对无线传感器的结构设计和无线传输网络的具体实现过程进行了阐述,最后,给出了实验数据,并进行了分析。

基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络性能分析

通过将IEEE 802.15.4标准中的超帧与无线传感器网络的LEACH协议结合,在星型网络拓扑下,网络节点通过申请超帧中的GTS来进行无冲突的数据通信,对使用GTS传输数据的这一过程进行了研究,从理论上分析了无线传感器网络的网络性能。仿真结果说明了网络控制参数对网络性能的影响,为今后无线传感器网络应用中的参数配置提供了一定的理论基础。

基于优先级的IEEE802.15.4 CSMA/CA建模与分析

针对基于IEEE 802.15.4协议CSMA/CA机制的实时监测系统,为了分析CSMA/CA参数设置对网络性能的影响,建立了一个引入优先级信号处理的马尔可夫链数学模型,分析和比较了分别设置优先级信号和普通信号的协议参数,对优先级信号实时性和整体网络性能的影响。结果表明,综合考虑网络规模和网络中信号产生情况,合理地分别设置两种信号的CSMA/CA协议参数,可以提高优先级信号的实时性,而对普通信号的影响较小。

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.

基于马尔可夫链的IEEE 802.15.4网络防丢包信道访问机制研究

为了降低IEEE 802. 15. 4MAC层数据帧丢包率,在分析丢包率的原因基础上,提出了一种基于Markov链的信道竞争机制模型。通过对网络发送、退避和信道检测状态的稳态概率进行数学推导,研究了信道碰撞和数据帧的丢包率分析式,研究了参数数据包到达速率、节点数量、误码率、后退指数、后退等待次数对碰撞概率和丢包率的影响。实验结果表明,与节点无休眠态的IEEE 802. 15. 4网络相比,节点丢包率平均降低了23. 7%,模型较好地描述了提出的MAC层信道访问机制,合理的网络参数设置能够优化数据帧丢包率,研究结果对无线传感网的应用提供了可靠传输优化参考。

移动Sink传感网中基于IEEE 802.15.4的拓扑控制与路由

针对查询驱动的移动Sink无线传感器网络,基于IEEE 802.15.4标准,提出了一个联合簇树组网和移动路由的跨层协议设计方案。以能耗、网络连通度、负载均衡和子树深度等指标为评价因子,在多目标优化模型下定义了一个拓扑综合评价函数,构建稳定的最优簇树网络结构;改进了IEEE 802.15.4 MAC中基于信标帧调度的分布式睡眠同步算法,维护较低占空比下的网络同步与拓扑修正;利用拓扑形成过程中依"最早信标帧"、"最好链路"、"最小层次"3种准则确立的父子关系,建立移动Sink与N-Hop范围内节点的双向路由路径。最终将上述MAC层的拓扑控制方案与网络层的查询路由方法完整实现于TinyOS协议栈中。实验结果表明,评价函数能够有效地反映组网质量,N-Hop后验式路由结合睡眠同步机制,在"最好链路"拓扑下表现出较高的能量效率。

基于IEEE 802.15.4a信道的超宽带脉冲信号仿真研究

针对超宽带通信技术在远距离、低速率、精确定位方面的应用,对超宽带脉冲信号波形设计和特性进行了研究。采用了优化组合的方法进行了超宽带脉冲信号设计并对其性能进行了研究。通过仿真计算,分析了超宽带脉冲信号在IEEE 802.15.4a信道中的传播特性,得出了信道对脉冲信号影响的相关结论。结果表明,采用优化组合方法设计的超宽带脉冲信号能满足FCC辐射掩蔽标准要求,IEEE802.15.4a信道模型能较好的反映信号传播的基本规律,多路径信道对超宽带信号功率谱影响不大,超宽脉冲带信号具有抗多径干扰能力强的特点,适合低速率无线个域网、精确定位等领域的应用。

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.

改进的IEEE 802.15.4组网协议算法

分析了IEEE 802.15.4网络初始化的流程,并提出了一种改进的协议算法.通过设置协调器进行处理,有效地减少协议的冗余信令,避免了不必要的冲突,减少了节点加入网络的延迟.最后通过仿真对原协议和改进算法进行比较,得出节点加入过程的原语数减少了31%,加入时间减少了84%.当多个节点在较短时间内都进行加入操作时,改进算法的优势更加显著.这种改进算法能在家庭网络中得到很好的应用.

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。

基于减少偷听的IEEE 802.15.4网络节点能耗降低方法

为了优化IEEE 802.15.4 MAC协议能耗性能,针对IEEE 802.15.4 MAC协议存在的空闲偷听现象浪费节点能量问题,提出一种基于减少偷听的降耗方法:节点于超帧竞争接入时期内的退避时期适时地进入休眠状态。应用该方法建立了IEEE 802.15.4 MAC时隙CSMA/CA机制的Markov模型,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对网络节点平均能耗进行了数学分析。理论分析和仿真结果表明,该模型有效地降低了节点的平均能量消耗和空闲偷听时间,协议性能得到有效改善。

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。

基于IEEE 802.15.4的低复杂度OQPSK全数字调制方法

深入研究IEEE802.15.4协议中经半正弦函数成型的OQPSK调制信号中相邻相位的变化特征,为便于调制算法的全数字电路实现,对基带调制算法进行了数字化处理。同时,本文提出一种循环移位和查找表相结合的方法降低电路复杂度,有效减小了调制器的实现成本。仿真及FPGA综合结果表明:该方法简单易行,逻辑单元数和存储器比特数仅分别为52和72,满足无线传感网络低成本的要求。

IEEE 802.15.4网络的IPv6报头压缩研究

研究IETF草案在IEEE 802.15.4网络进行IPv6分组的传输的基础上,提出了一种基于IEEE 802.15.4网络的IPv6报头压缩方案.通过修改适配层帧格式及使用路由标识符,该方案的压缩报头比草案的压缩报头小7个字节,并且它兼容现有IETF草案.在实验平台上的测试结果表明,使用本方案能够延长节点生存期.

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。

一种用于低功耗低成本的IEEE802.15.4接收器的新颖解调算法(英文)

提出了一种基于低中频、适用于ISM2.4GHz频段ZigBee接收机的新型解调算法,满足IEEE802.15.4标准。作为数字相位解调,本算法采用相位差分、频率补偿和符号恢复,不用分别恢复出I路和Q路的码序列,而直接提取出相位斜率码,恢复出符号,从而简化了解调结构、降低了功耗和成本。通过与零中频过零检测算法的比较,本算法具有更低复杂度,更好的误符号率和误包率,完全满足IEEE802.15.4/ZigBeeTM标准的要求。

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。