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。

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。

物联网通信协议的安全研究综述

国际标准化组织IEEE和IETF正携手为物联网制定一套高可靠、低功耗、可接入互联网的无线通信协议栈。IEEE主要负责制定物联网通信协议的物理层和链路层的标准,如IEEE802.15.4-2006标准,其中IEEE802.15.4e是最新的链路层的标准。IETF主要负责制定物联网通信协议的网络层及以上标准,如6LoWPAN,RPL和CoAP标准,其可以将资源受限的传感器节点接入互联网。网络安全是物联网大规模发展的基础,必须设计一套安全高效的机制保障通信协议的正常运行。文中详细介绍了物联网通信协议栈,重点分析和讨论了其安全方面的最新研究进展。最后总结和展望了物联网安全通信协议的研究方向。

移动WiMAX系统的关键技术及未来演进

本文首先介绍了移动WiMAX为支持高速移动数据业务所采用的关键技术,主要包括多天线技术和分组调度算法,然后阐述了移动WiMAX为符合国际电联IMT-Advanced要求而提出的IEEE802.16m增强标准,就其主要内容和标准化进程进行了详细介绍,给出了未来演进思路和协议标准化计划。

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.

802.16e系统变长可配置FFT的设计与实现

针对IEEE 802.16e OFDMA系统中变长子载波数目的特点,提出了一种高速变长可配置FFT/IFFT的整体结构,并创新性的提出了一种基于流水线的蝶型单元分支结构.该设计可以满足IEEE 802.16e OFDMA系统中所有FFT/IFFT变长点数的系统要求,并可方便的将其拓展到多种变长FFT/IFFT的具体应用场合.通过该结构设计出的FFT/IFFT模块已成功通过了Stratix II EP2S180 FPGA的实际验证并顺利应用于IEEE 802.16d OFDM系统的接收机原型中.

无线局域网持续时间自适应调度算法

针对增强的分布式协调功能EDCA和混合轮询协调功能HCCA分别适合于变比特VBR业务和常比特CBR业务的特点,提出了一种有效的自适应调整EDCA和CAP(controlled access phase)持续时间比例的调度算法ADS(adaptive duration scheduling)。ADS算法将VBR业务和CBR业务分别调度,在EDCA和HCCA模式下发送,并通过接入点AP统计系统中VBR业务和CBR业务的比例,来动态实时地调整EDCA和CAP持续时间,实现不同业务的服务质量保障。仿真实验与参考调度机制的对比证明,所提出的ADS调度机制能有效地提高实时业务的吞吐量、降低时延。

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。

基于调度集合的多播单播数据联合调度算法

首先定义和分析了IEEE802.16e无线城域网中的一个新问题,即如何在保证移动终端服务质量的前提下,通过合理地调度终端的单播业务和多播业务来降低终端能耗.针对该问题,提出一种基于调度集合的联合调度算法(scheduling set based integrated scheduling,简称SSBIS).SSBIS算法将所有移动终端划分到多播调度集合或单播调度集合中,并利用多播数据的传输特点,在多播数据传输的相邻时隙内发送多播调度集合中所有终端的单播数据,而对于单播调度集合中的终端,则通过凸优化方法求得使终端休眠时间最长的单播业务调度方案,以达到降低终端能耗的目的.仿真实验显示,SSBIS算法在满足移动终端的最小数据速率要求的同时,可以明显地降低终端能耗.

一种基于预测式公平队列调度算法的802.11e MAC层机制

在共享媒体的通信系统中,队列调度的公平性是很重要的。该文在研究了IEEE WLAN已有的各种队列调度算法的基础上,提出了一种预测式公平队列调度算法(Predict Fair Queuing,PFQ),并结合IEEE 802.11e的EDCF(Enhanced Distributed Coordination Function)机制提出一种基于PFQ的新的MAC层协议——P-EDCF(PFQ-based EDCF)。该协议通过引进PFQ算法来修改EDCF的优先级控制方式,提供一种公平、高效的接入机制。仿真结果表明,该机制很好地改善了EDCF的性能,为各种类型业务提供了公平的服务。

无线局域网WLAN中的QoS技术研究

无线局域网WLAN已得到广泛应用,然而已经发布的IEEE 802．11协议并没有内建对QoS的支持,本文分析了基于IEEE 802．11 MAC层协议进行的各种QoS技术,重点探讨了分析了IEEE 802．11e标准对QoS的支持。对IEEE 802．11e的缺点作了简单分析。

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。

基于非零导频子载波的移动WiMAX信道估计和插值研究

在M.1225车速120km/h信道模型下,根据移动WiMAX的移动性和前导码的结构特点,利用非零导频子载波进行信道估计。探讨了2种信道估计算法和3种插值技术,并对其中的Cubic插值技术进行改进以降低计算复杂度。经仿真发现利用LS算法和Cubic简化插值技术进行信道估计能很好地实现性能与复杂度的折中,在实际系统中可获得满意的BER性能。

支持WiMAX节点灵活休眠的两阶段可靠多播策略

节能是无线网络的一个重要课题.针对IEEE 802.16e标准第2类节能模型中监听窗口长度固定会导致一些空闲移动站因得不到及时休眠而浪费能量这一不足,该文提出"两阶段可靠多播策略",让基站在第1阶段多播数据包,在第2阶段对第1阶段丢失的数据包进行网络编码并重播.该策略让移动站一旦空闲就进入休眠,实现了时延约束下数据包的可靠传递.仿真试验表明,该策略可以降低能耗,且移动站的占空比、能耗、吞吐率、丢包率等指标均优于传统的重传与确认方案.