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无线传感器网络中基于预期信标帧的MAC协议研究

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无线传感器网络中基于预期信标帧的MAC协议研究

作者：张迪西安电子科技大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是由部署在目标区域内的大量廉价微型传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳自组织网络,主要应用于对目标区域的监测。介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,负责为节点分配无线通信资源。MAC协议... 详细信息

无线传感器网络是由部署在目标区域内的大量廉价微型传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳自组织网络,主要应用于对目标区域的监测。介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,负责为节点分配无线通信资源。MAC协议直接影响网络的整体性能,因此是无线传感器网络的一个重要研究内容。无线传感器网络中MAC协议的首要问题是节能,因此,通常采用低能耗的占空比工作模式。节点在占空比模式下有两个状态:活动和休眠。在PW-MAC中接收方通过发送信标帧的方式广播自身的工作状态,节点在发送数据前能够预测对方的信标帧,极大的降低了节点的占空比。本文首先对基于预期信标帧模式的PW-MAC协议的工作原理进行详细分析,并在TinyOS操作系统中基于MLA架构设计与实现PW-MAC协议。针对PW-MAC在批量数据传输时耗能大的问题,提出改进的PW-MAC协议BDPW-MAC。BDPW-MAC协议通过在批量数据传输前使用信道预约机制,有效避免了数据包碰撞问题、节点竞争时空闲监听导致的能耗问题及数据退避造成的网络延迟问题。仿真结果表明,BDPW-MAC协议在网络能耗、数据汇聚完成时间、投递率三方面的性能都优于PW-MAC协议。进一步考虑到网络拓扑与无线链路质量会受到环境等因素的影响,导致通信质量下降,而邻节点发现及链路质量估计在保证通信链路的稳定方面有非常重要的作用。本文利用BDPW-MAC中的广播信标帧,实现了邻节点发现机制以及链路质量估计机制,使之成为具有MAC、邻节点发现与链路质量估计功能的协议即BDPW-MNL。仿真结果表明,BDPW-MNL协议在网络能耗、数据汇聚完成时间、投递率三方面的性能都优于PW-MAC协议。

关键词：无线传感器网络 MAC协议占空比信标帧 PW-MAC协议 MLA

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基于功率控制的无线体域网能量有效传输算法

传感技术学报 2018年第2期31卷 247-252页

作者：杨静甘露重庆邮电大学通信学院重庆400065 重庆邮电大学光通信与网络重点实验室重庆400065

在资源受限的体域网中,人体移动特性使得体域网不适合采用固定功率发送数据。为此,提出一种适用于体域网的能量有效传输算法。该算法中的传感器节点利用周期信标帧的广播特性,对当前路径损耗进行估计,并通过回复帧动态调整路径损耗权重... 详细信息

在资源受限的体域网中,人体移动特性使得体域网不适合采用固定功率发送数据。为此,提出一种适用于体域网的能量有效传输算法。该算法中的传感器节点利用周期信标帧的广播特性,对当前路径损耗进行估计,并通过回复帧动态调整路径损耗权重因子,减少估计误差值。最后在保障误包率的前提下,传感器节点根据信道状态调整发送功率。仿真结果表明,所提算法不仅能够减少发送能量的浪费,而且可以减少包平均发送次数,从而提高节点的能量效率。

关键词：体域网功率控制能量有效信标帧路径损耗

基于链接成本反馈的WiMedia分布式路由协议

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计算机工程 2020年第2期46卷 187-194页

作者：何荣毅王小群陈楷丰山东大学(威海)网络与信息管理中心

在超宽带(UWB)分布式媒体访问控制协议中,DRP预留块未发送所有数据帧会导致中继设备无法将接收到的数据帧从源设备发送到目的地设备,直到为目的地设备预留的下一个DRP持续时间开始,明显增加了源设备和目标设备之间的端到端延迟。为此,... 详细信息

在超宽带(UWB)分布式媒体访问控制协议中,DRP预留块未发送所有数据帧会导致中继设备无法将接收到的数据帧从源设备发送到目的地设备,直到为目的地设备预留的下一个DRP持续时间开始,明显增加了源设备和目标设备之间的端到端延迟。为此,提出一种新的基于预约的路由协议,设计链接反馈信息元素结构形式,提示关于相邻节点的数据速率和传输功率水平的信息,所有设备可获得关于相邻设备使用链路的数据速率信息,源设备和目的地设备之间的中间设备通过计算路由成本以确定最佳路由,目的地设备选择具有最小链路成本的路由,并利用媒体接入时隙的数量和跳数来决定源设备和目的地设备之间的最佳路由。仿真结果表明,该协议通过最小化丢包和冲突,可以减少端到端延迟和能量消耗,提高网络吞吐量。

关键词： WiMedia网络路由协议多媒体信标帧链接反馈

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无线网络环境下伪AP检测模型的研究与实现

无线网络环境下伪AP检测模型的研究与实现

作者：李晓艳北京邮电大学

学位级别：硕士

AP(Access Points)即网络接入点,是基于Wi-Fi技术的无线局域网的核心组成部分。随着平板电脑和智能手机等无线智能设备的发展,无线网络成为人们日常生活中连接进入互联网的主要方式。基于802.11通信协议的无线网络技术Wi-Fi无线局域网(W... 详细信息

AP(Access Points)即网络接入点,是基于Wi-Fi技术的无线局域网的核心组成部分。随着平板电脑和智能手机等无线智能设备的发展,无线网络成为人们日常生活中连接进入互联网的主要方式。基于802.11通信协议的无线网络技术Wi-Fi无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN),它具有速度快,成本低,配网简单,安装方便,用户熟悉度高等优点。无线网络给人们的生活带来很多便利,但是同时带来很多新的不容忽视的安全性问题,例如无线网络通信数据遭遇窃听导致的隐私泄露或数据被篡改造成财产损失等。导致这些问题的一个非常重要的原因是无线局域网存在很多不安全因素,其中伪AP是Wi-Fi无线网络中危害性最大、存在最普遍且难以预防的网络攻击。本文针对无线局域网中的伪AP网络攻击问题,提出了一种基于指纹特征的伪AP检测模型,并基于所提出的检测模型完成了一个完整的伪AP检测系统。本论文创新点和主要研究工作内容如下:(1)研究了无线局域网中存在的安全问题,通过对无线通信协议和通信数据的研究和学习,提出了使用MAC地址、网络信道和Beacon帧序列号进行伪AP过滤检测。(2)基于Beacon帧中时间戳以及Beacon帧的捕获时间关系分析,提出了使用最小二乘算法提取能够代表AP指纹特征的时钟偏差。通过时钟偏差变化以及对比,判断是否存在伪AP,或者得到伪AP存在概率skewP作为进一步检测的指标。(3)基于影响AP信号强度因素以及信号强度变化规律,提出了使用高斯分布模型提取能够代表AP相对位置特征的信号指纹特征,在时钟偏差指纹检测不能确定的情况下,结合信号强度指纹对比,完成伪AP检测。(4)基于提出的伪AP检测模型,完成了一个伪AP检测系统,并搭建伪AP,设计测试方案,完成了对伪AP检测模型以及所实现的伪AP检测系统的测试。实验测试表明,本文提出的伪AP检测模型以及实现的伪AP检测系统,准确率高,速度快,成本低,配置简单能够及时准确地检测出周围环境中是否存在伪AP。

关键词：无线局域网信标帧伪AP 特征指纹

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基于帧间间隔的无线设备个体识别方法研究

基于帧间间隔的无线设备个体识别方法研究

作者：李双秋西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,无线通信技术的飞速发展,使大家摆脱了传统通信方式的束缚,给人们的娱乐、工作与生活带来了前所未有的便利。但与此同时,无线通信潜在的风险也随之涌现,不法分子通过对现有的无线通信技术的漏洞进行破解,可以非法地对信息进行监... 详细信息

近年来,无线通信技术的飞速发展,使大家摆脱了传统通信方式的束缚,给人们的娱乐、工作与生活带来了前所未有的便利。但与此同时,无线通信潜在的风险也随之涌现,不法分子通过对现有的无线通信技术的漏洞进行破解,可以非法地对信息进行监听、篡改;同时,设备身份假冒与用户信息假冒等问题,也使得无线设备个体识别的需求日益彰显。无线设备个体识别技术,是利用不同无线设备硬件差异导致的特征,来完成无线设备的分辩与识别。本文提出了一种基于信标帧间隔的无线网络设备个体识别方法,该方法通过对无线信标帧间隔的研究,探究了不同无线设备之间的差异性,并根据数据的统计特性得到设备的射频指纹。本文研究了面向单目标无线AP的信标帧间隔提取算法,以及面向多目标无线AP的信标帧间隔提取算法。文章设置了不同组别的实验,实验结果表明,信标帧间隔作为无线设备的指纹特征,能够有效区分不同无线设备。本文使用软件无线电平台USRP进行信号采集,避免了使用昂贵的采集仪器,同时本文提出的方法无需根据协议解析信号内容,也不易受调制方式的影响,在一定程度上能够满足军事战场上的敌我侦查的需要。在无线设备个体识别领域,传统的方法是对无线信号的瞬态特征和稳态特征进行分析,提取无线信号的载波频率偏移、无线信号包络等,较之传统的无线设备个体识别技术,本文提出的方法更为简单,实现起来更容易。进一步地,针对多目标无线AP信标帧间隔提取算法存在的局限性,文章利用信标帧间隔和时间戳对无线设备个体识别的可靠性进行了研究。通过信标帧间隔和时间戳,可以估算出无线AP对应的时钟偏移,将时钟偏移作为无线设备指纹特征,进而可以对无线设备进行个体识别。文章使用最小二乘法和线性规划来对无线AP的时钟偏移进行估算,实验结果表明,文章所使用的方法能有效识别不同无线设备。在此基础上,文章还设计了一种数据分离方法,通过该算法从MAC地址相同的多个无线AP中分离出目标无线AP的数据,能够在一定程度上避免钓鱼无线AP对时钟偏移估算结果带来的影响。

关键词：无线设备个体识别时钟偏移信标帧帧间间隔

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基于紫蜂技术的子系统节能优化应用研究

基于紫蜂技术的子系统节能优化应用研究

作者：杨士强山东大学

学位级别：硕士

近年来,随着社会信息化、家庭智能化和工业自动化等领域对无线通讯和数据传输需求的日益增长,基于IEEE802.15.4的无线网络标准的紫蜂网络协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生,并展示了迅猛发展的良好势头,广泛应用到军事无... 详细信息

近年来,随着社会信息化、家庭智能化和工业自动化等领域对无线通讯和数据传输需求的日益增长,基于IEEE802.15.4的无线网络标准的紫蜂网络协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生,并展示了迅猛发展的良好势头,广泛应用到军事无人值守和灵巧网络通讯、工业自动控制、消费类电子设备的无线连接等领域。紫蜂网络技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它依据IEEE802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信,这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。本文从分析IEEE802.15.4和紫蜂网络技术协议入手,分别介绍了无线传感器网络中物理层、MAC层、网络层、应用层之间的数据连接关系和管理服务关系,然后选择合适的软硬件平台和软件开发环境,着重于软件总体结构的设计以及通信协议栈的实现给出具体方案。方案中采用CC2430作为RF射频模块,软件开发环境是成都无线龙通讯科技公司配套C51RF-3-PK开发系统。从具体硬件电路板的设计开始,到软件功能实现网络建立、数据传输、数据采集、判断请求等方面着手,充分利用集成开发环境中API函数,简化了开发流程,缩减了工作量和工作难度,设计开发出了符合紫蜂规范的星型网络。在星形网络模型的基础上,本文认真分析研究紫蜂网络技术中的超帧结构,总结出信标帧的三大作用：网络组建、网络同步、数据传送指示。在信标使能网络中,信标帧有维护网络同步的作用,本文从信标帧的帧结构及其携带信息的能力入手,有效地利用信标帧载荷中未处理设备地址子域的信息,开阔思路,创新设计,在提高终端设备空闲休眠的时间上下功夫,提出了信标使能同步网络的节能方案。本文先从理论依据、硬件设施的介绍到软件设计,一步一步解决了温度采集系统节能方案的优化设计。紫蜂网络技术具有设备成本低、数据传输可靠、安全性高、设备体积小等诸多发展优势,这将在以后军事、工业、农业、医疗等领域得到更广阔的应用。结合这个课题,本文最后探讨了紫蜂网络在军事应用中的作用,并认真分析未来高科技战场瞬息万变的战场环境下,利用紫蜂技术网络层强大的路由功能,从模型设计到软件实现,逐步设计出单兵作战系统生命子系统的通信网络。在网络中,每一名士兵携带一部全功能设备FFD,不仅为本地传感器采集的数据信息提供服务,而且更好地为行动较远的士兵提供路由中继和孤立设备的重新入网服务。最后,对紫蜂网络技术发展前景做了展望,因为其网络技术具有独特的优势,我们相信在未来的几年中,紫蜂网络技术将切实改变我们的生活。

关键词：无线传感网络 IEEE 802.15.4 紫蜂技术 CC2430 信标帧

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一种可靠的车载自组网MAC层协议

佳木斯大学学报（自然科学版） 2017年第3期35卷 401-405页

作者：袁学松张静安徽机电职业技术学院信息工程系安徽芜湖241000 合肥工业大学计算机信息学院安徽合肥241002

车载自组网中数据链路层常使用的802.11p协议在实际应用中存在很多问题。如:信标帧在周期性广播时,常因无序发送带来信道冲突而导致丢包率高、数据帧发送延时大且不可预测等问题。本文提出一种改进的车载自组网MAC层协议--BSCM(Beacon S... 详细信息

车载自组网中数据链路层常使用的802.11p协议在实际应用中存在很多问题。如:信标帧在周期性广播时,常因无序发送带来信道冲突而导致丢包率高、数据帧发送延时大且不可预测等问题。本文提出一种改进的车载自组网MAC层协议--BSCM(Beacon Slot Channel Management protocol),该协议采用帧时隙的方法对周期性广播的信标帧进行分时隙管理,减少与其它帧发送冲突的几率。同时,对成簇拓扑中相关节点运动规律进行预测与分析,提出节点加入、退出簇及簇融合等方案。仿真实验证明,该协议与802.11p协议和其相关改进协议比较,信标帧丢包率大大降低,网络负载减轻且数据帧传输有更小的时延。

关键词：车载自组网 802 11p协议信标帧簇融合

基于ZigBee的智能公交无线通信网络的设计

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现代电子技术 2007年第10期30卷 118-120页

作者：詹杰石伟湖南科技大学湖南湘潭411201

智能公交系统对无线通信网络有特定的要求,现有的通信系统不能完全适用于智能公交的需要,阻碍了公交智能化的发展。对ZigBee协议的分析表明,利用传感器网络设计智能公交的无线通信网络,可以实现智能公交无线通信系统的要求。探讨了开发... 详细信息

智能公交系统对无线通信网络有特定的要求,现有的通信系统不能完全适用于智能公交的需要,阻碍了公交智能化的发展。对ZigBee协议的分析表明,利用传感器网络设计智能公交的无线通信网络,可以实现智能公交无线通信系统的要求。探讨了开发基于CC2430芯片的无线通信网络,相关软硬件技术成熟,易实现,可以低成本地实时传递交通信息,是一种可以推广应用的公交无线通信网络。

关键词：智能公交 ZigBee 超帧信标帧 IEEE 802.15.4

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无线传感网的一种邻居搜索方法

计算机技术与发展 2011年第3期21卷 60-63页

作者：韩磊曹欲晓田丽鸿南京工程学院计算机工程学院江苏南京211167

着眼于邻居发现方法对无线传感网能效的影响,在节点移动的情况下,提出了一种不显著增加能耗和降低性能的邻居搜索方法。依托信标帧发布邻居信息,扩展了信标帧的数据格式,借助于数据域携带节点及其邻居信息,这样不增加新帧类型,减少了空... 详细信息

着眼于邻居发现方法对无线传感网能效的影响,在节点移动的情况下,提出了一种不显著增加能耗和降低性能的邻居搜索方法。依托信标帧发布邻居信息,扩展了信标帧的数据格式,借助于数据域携带节点及其邻居信息,这样不增加新帧类型,减少了空闲侦听和额外信息交换。以冗余连接保持和能效优先为基本原则,设计了邻居搜索方法的详细流程,降低了网络扫描次数,提供了动态网络支持。仿真验证表明:低占空比MAC层无线传感网络中,邻居搜索方法优势明显,有实用价值。

关键词：邻居发现能效信标帧 WSN