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如何评估无线网络感知

发布时间: 2023-06-06 09:55:08

A. 如何评估以及优化无线网络

网络优化评估,大概就是从以下几个方面评估网络性能
1)无线信号覆盖(包括,信号强度,RSSI链路状态,SNR信噪比)
2)AP的接入端负载均衡
3)吞吐量性能测试
4)QoS,质量与服务保障测试
5)无线网络按群性能测试
6)等。。。不同客户和不同厂商的需求不同。。

B. 感知无线是什么

线电通信频谱是一种宝贵的资源,目前的频谱管理主要存在3个方面的矛盾情况:频谱使用是动态的,但频谱分配是固定的;频谱是稀有资源,但频谱利用率不高,且存在大量空闲;可分配频谱很少,但无线通信业务量和新技术在快速发展,频谱需要量也在快速增长。

导致这些矛盾的根本原因在于固定分配频谱方案和独占频谱使用权(即业务接入权或频谱准入权)原则,因此有必要改变目前的频谱分配和频谱准入的管理办法,目前ITU和FCC等无线电法规部门都已开始讨论和研究这个问题。但由于固定频谱分配方案过去在频谱规范管理方面曾发挥过很好的作用,同时存在巨大的经济和政治背景,短期内改变这种状况很困难。

因此,现阶段最实际的办法是通过改变业务接入权或频谱准入权,以开放频谱使用、提高频谱使用效率和充分利用空闲频谱。特别是如果能够将已分配但大量空闲的频谱资源加以合理利用,目前频谱资源的紧张状况将得到极大的改善;在军事通信对抗环境,往往既定的通信传输频段因被敌方干扰或传播环境恶劣而无法通信,必须寻找可以利用的空闲频谱进行通信。这样,迫切需要一种技术来解决开放频谱和提高频谱利用效率问题。

目前已有一些提高频谱利用效率的方法,但不能从根本上解决问题,另外开放频谱必须保护已购买频谱者的利益,同时不能对授权使用该频谱的业务和系统产生严重的干扰,影响它们的正常通信。感知无线电(Cognitive Radio,CR)提供了一种按伺机的方式共享和利用频谱的手段,它可以有效地解决这两个问题。目前采用的是基于频谱授权的静态频带分配的原则。随着无线通信技术的高速发展,频谱资源贫乏的问题日益严重,然而绝大多数国家的频谱资源利用率却不容乐观[1]。认知无线电技术正是基于这一问题提出的。认知无线电是一种用于提高无线电通信频谱利用率的新的智能技术。具有认知功能的无线通信设备可以感知周围的环境,再利用已经分配给授权用户,但在某一特定的时刻和环境下并没有被占用的频带,即动态再利用“频谱空穴”;并能够根据输入激励的变化实时地调整其传输参数,在有限信号空间中以最优的方式有效地传送信息,以实现无论何时何地都能保证通信的高可靠性和无线频谱利用的高效性[2]。认知无线电的一个基本的认知周期要经历三种基本过程:感知频谱环境;信道识别;功率控制和频谱管理。其中,认知无线电的首要任务是感知频谱环境,即频谱空穴的检测和选择。

2 频谱环境的感知

感知频谱环境是认知无线电首要的任务,它体现了认知无线电最显着的特征:能够感知并分析特定区域的频段,找出适合通信的频谱空穴。目前,认知无线电可能最先使用的两个频段是超高频电视频段400MHz-800MHz和已分配较少的3GHz-10GHz频段[3]。但不可否认的是,随着认知无线电技术的发展,会有更多的已分配频段供认知用户使用。可见,认知无线电将会面对不同种类的用户,也就要求不同的灵敏度和感知速度,因此频谱环境的检测方法也有所不同。目前研究较多的方法有:匹配滤波器法、能量检测法、循环平稳特定检测法等等。

3 极弱信号的检测问题

在认知无线电网络中,极有可能出现接收机的位置距离原始发送机太远,以至于它们从边缘开始接受信号的情况。此时,频谱环境的感知可归类为极弱信号的检测问题。我们不仅可以通过改进频谱检测法来提高弱信号的检测概率,还可以引入“协同机制”来更好地改善极弱信号的接收问题。

我们建立一个简单的模型来说明协同机制的原理,如图3所示,接收机R距离授权发送机P很远,只能从P用户功率边缘上接受信号,即接收极弱的信号。此时C1进行频谱检测后,极有可能误认为该频带是频谱空穴。为了防止对授权用户P造成干扰,我们引入协同机制。假设存在认知用户C2满足条件:C2处于P发射的功率主瓣范围内,并且C2与P 之间的距离相对于R 与P 更近。这时,由C2 作为C1 的中继点来感知P的发射功率,则能比较准确地分辨出P是否在和R进行通信。C1将数据包发送给C2,由C2 来转发,如果P 与R 正在通信,C2 就返回给C1一个信息,由C1决定是否等待或是寻找另外的频谱空穴。这样,C1 和C2就构建了协同的关系,使C1 更快更准确地感知频谱环境。上述的模型是比较简单的情况,只考虑了两个认知用户。当模型更复杂些,例如多用户的感知网络时,就必须考虑怎样建立协同机制的问题了。一些文献给出了相关讨论,提出在多用户的感知网络中,两两绑定的协同机制是比较实用的,即每两个认知用户为一组,相互协同完成频谱环境的感知[7]。该协同机制在很大程度上提高了感知频谱环境的准确性与效率,并且实现起来也比较容易.

5 感知无线电是一种无线电系统,它能够自动地检测周围的环境情况,智能地调整系统的参数以适应环境的变化,在不对授权用户造成干扰的条件下从空间、频率、时间等多维地利用空闲频谱资源进行通信。它区别于其他传统无线电系统的主要特点是:对环境情况的感知能力、对环境变化的自适应性、系统功能模块的可重构性、自主地工作和运行等。

感知无线电技术是无线电发展的一个新里程碑,其应用会带来历史性的变革。对于频谱管制者而言,该技术可以大大提高可用频谱数量,提高频谱利用率,有效利用资源;对于频谱持有者而言,利用该技术可以在不受干扰的前提下开发二级频谱市场,在相同频段上提供不同的服务;对设备厂商而言,该技术可以带来更多的机会,具备感知无线电功能的设备将更具竞争力;对终端用户而言,可以带来更多带宽,在感知无线电技术成熟后,用户则可以享受到单个无线电终端接入多种无线网络的优势;在军事通信方面,根据感知无线电的特点可以“见缝插针”地利用空闲频谱通信,提高通信的可靠性和对抗能力。因此,感知无线电技术必将是未来无线通信的一个重要发展方向,为无线电资源管理和无线接入市场带来新的发展契机和动力。

6认知无线电技术的发展现状

目前,CR主要出于初级阶段,各项理论和技术处于研究和探索中,但它已得到了各界的关注,很多着名学者和机构投入到它的研究中。启动了很多正对此的研究项目,最引人注目的是IEEE802.22工作组的工作,该工作组制定了利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准,这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准化活动。无线电知识描述语言也应运而生,惊奇CR的主要目标是提高频谱利用率,研究预计,频谱利用率将提高3% 到10%。它的长远目标是与各项技术更好的结合,满足日益增长的用户对频谱的需求,目前,认知无线电技术炙手可热,应用前景一片大好。

综上可知,认知无线电技术使无线通信设备具有发现频谱空穴并合理利用空穴的能力,可以实现高效灵活的频谱资源配置和工作状态调整。认知无线电首要的任务是感知频谱环境,本文对比分析了三种频谱检测的方法:匹配滤波器法、能量检测法和循环平稳特性检测法,针对其优缺点给出了各自适用的环境。另外,本文还介绍了“协同机制”用于改善极弱信号的接收问题。我们相信,随着科

技发展和CR技术成熟,在不久的未来,认知无线电将有效地服务于人们的生活

C. 通常如何评估无线接入用户的数量

评价无线网络产品的标准
802.11协议是无线网络设备遵循的协议标准,市场上的无线产品一般都具有这些基本的共性。但是目前在市场上,各个供应商还是在宣扬他们的产品和其他的802.11产品的不同点以使得用户可以将优先选择的天平倾斜到他们身上。下面就总结一下目前市场上不同产品中可能具有的不同点,以供用户在选择产品时进行考虑。
数据传输安全
802.11b中建立了40位的WEP加密机制,主流设备厂商一般都实现了104位的WEP加密,这对于大部分的无线局域网应用而言已经是足够了。如果设备可以支持802.1x协议定义的每用户每会晤密钥分配机制和PPP安全通道,安全标准更是大大提高。然而,无线局域网的安全必须和有线局域网的安全技术整合在一起,否则,用户可以透过高层的协议(例如IPSec)通过有线进入无线系统,而不必考虑无线中使用的加密技术。所以,对于一些关键应用中的数据,用户需要选用合适的加密技术来对所有网络部分流经的数据进行加密,包括IP层上或者是MAC层上的。
其他一些访问控制的技术可以用来对802.11WEP加密验证技术进行补充。例如,ESSID识别码可以被写入每一个接入点中来进行识别,如果无线工作站不知道本子网中的识别码,则无法和接入点进行连接从而被排斥在本子网外。其他的象MAC地址的过滤功能也可以在接入点中实现,它可以根据制定的MAC地址列表来制定是否用户可以加入或者被拒绝。
简化管理
由于802.11无线网络和标准的802.3和802.5有线网络的区别仅仅在于OSI的第一层和第二层,我们可以认为对于802.11设备的管理和对于那些在有线网设备上的管理在可管理性上不会存在很大的差异。至少,这些产品应该提供SNMPv2的支持以使得他们能够在网络上被自动检测到并使用在有线网上相同的管理工具进行管理。在选择产品时必须仔细挑选该设备在SNMP II MIB上的可控制性,一些产品能够提供信号和Ethernet上的管理,而有一些仅仅提供Ethernet上的管理。
除了SNMP以外,如果AP能够通过标准浏览器进行探测配置和管理也是一个非常有用的手段。一些供应商在接入点内部嵌入了Web服务器来提供这种管理手段。最后,如果能够将管理,配置和硬件固件的更新整合成单一的工具也是需要考虑的一个方面。
安装的简便性
为了安装一个无线网络,用户必须正确配置接入点和无线网卡两个部分,其中最重要的部分就是将AP放在合适的可以覆盖客户服务区域的位置。接入点的放置受到网络设计和网络环境的影响,有一些工具可以在安装过程中提供有用的帮助。
为了实现无线局域网的蜂窝布置,通过位置检测工具来决定接入点的放置位置是非常有效的手段,在一个位置放置一个接入点后,可以利用位置检测工具在需要覆盖的区域进行移动,记录空间位置中的信号强弱信息。许多供货商都提供了一个位置检测工具,这些工具的功能强弱各不相同,例如提供的信息量是否足够,是否提供检测报告或者记录等。
一旦接入点安装完成后,下一步的工作就是配置接入点和无线网卡。任何技术产品都会提供一个用户界面让用户进行配置,这个配置界面的友好程度直接决定了用户需要花费在网络配置上的时间。另外,许多供应商提供的工具可以利用单一的配置工具来配置多个接入点,这样就大大简化了配置的难度,最后,与接入点的多种连接手段也对简化安装有良好的帮助,目前可以提供的连接手段有:Telnet、基于Web的配置、在有线网络上基于SNMP的配置或者基于接入点提供的串口的配置。
Ethernet电源供应
一些供货商提供的接入点可以利用和接入点相连的Ethernet线缆提供电源,这通常使用一个有线盒将AC电源和交换机上的数据联接线接入,然后将DC电源接入在无线接入点和有线盒中未被Ethernet使用的网络线对,这样接入点就可以不使用外置AC电源接入而简化了接入点的安装难度。
覆盖范围和吞吐量
802.11b无线局域网的通信主要是利用在建筑物内微波信号的穿透能力和在墙面等遮挡物上进行反射完成的。无线局域网的吞吐量决定于几个因素,包括了用户的数量、接入点蜂窝的覆盖范围、遮挡物、多路径的传播能力、标准的支持和硬件的类型。当然,在有线网络上影响吞吐量的因素,例如延时和瓶颈,也将影响无线网络的吞吐性能。
当距离超越覆盖范围时,总吞吐量将下降,例如需要实现高性能5.5Mbps一11Mbps吞吐速率,那么如果出现超范围后的低速1Mbps一2Mbps的现象将使信道的利用率和总吞吐率下降。
移动性和漫游能力
虽然802.11b定义了移动工作站如何同接入点进行连接,但却并没有定义接入点对漫游用户的跟踪规范,包括用户在第二层同一子网间两个接入点之间的漫游或者在不同子网间跨路由器的漫游。
第二层上的漫游通常是由供应商自己开发的接入点内部协议来完成的,如ORiNOCO公司的IAPP协议,各种实现方式的效率各不相同。如果协议不足以有效的话,数据报在用户从一个接入点漫游到另外一个接入点时可能会造成丢失现象,最后WECA和IEEE可能会在这个问题上定义一套新的标准。
第三层上的漫游机制一般是由第三层协议来实现。通常最常见的实现机制是利用Mobile IP协议,这个协议最近被吸纳在ITEF(Internet Engineering Task Force)的RFC2002规范中。Mobile IP的工作方式是这样的:每一个接入点都有一个它自己的“主代理机构(Home Agent)”,一旦一个无线工作站离开了他主代理机构的区域范围而进入一个新的工作范围,新的接入点将和原有的主代理机构进行通讯,获取无线工作站的信息。一旦无线工作站的位置重新定位,那么包转发机制会自动建立,这样用户就能够透明的接受那些原有属于它的数据信息。由于Mobile IP机制没有最终确立,供应商可能会提供自己的和其他相类似的技术来实现跨路由器的网络漫游功能(例如:多个建筑物之间的漫游)。
一个替代的第三层网络漫游解决方案也被提出,这种方案利用DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),虽然这种解决方案并不完善,但是也很有用的。这种方式让用户在跨网移动的时候暂时关闭他们的移动设备,然后在进入新的服务区域后,获取新的IP地址,然后打开移动设备继续工作。
电源管理
终端无线用户基本上都不是利用电源插座而是使用电池板进行电源供应,802.11b标准利用一种在无线设备上的电源管理协议来最大限度的延长电池的寿命。
辐射强度
和其他无线技术一样,无线局域网必须符合国家和工业标准中定义的严格安全标准。目前很多人关心无线技术的使用对人体健康所造成的影响。时至今日,无线局域网系统的发射功率受限于FCC的100mW的限制,这比手机的发射功率小很多,一般认为对健康的影响主要是电源问题和同发射站的物理接触。
价格
硬件的价格包括联入本地有线网的接入点和无线设备或者计算机上配备的无线网络适配卡,接入点的数量是根据当前所覆盖的区域、用户的数量和所需要提供的服务来确定的。所能够覆盖的区域是一个定半径的圆,多个访问点通常互相覆盖以实现无缝连接。所以,硬件价格的开销决定于需要达到的网络性能,网络覆盖范围的要求和所需产品的速率要求等。
除了设备的开销,客户必须注意的是安装和维护费用,包括产品质量保证费用(服务支持费用,用户培训费用)。这些费用可能超过无线局域网的初始安装成本。投资那些易于安装,使用和管理的设备可能会造成初始投资费用的提升,但是这是值得的,比如前面提到的Ethernet电源供应、多接入点配置工具和丰富的管理工具,这将带来无线局域网整体运行费用的降低(TOC Total Operation Cost)。

D. 20分!谈谈对无线认知网络频谱感知方法的研究与实现的看法

认知无线网络的频谱感知技术

认知无线电/认知无线网络起源于Joseph Mitola攻读博士期间的研究工作,在其博士论文中,Mitola将认知无线电定义为“the integration of model-based reasoning with software radio technologies”,认为认知无线电是智能计算和无线通信这两个学科交叉融合的产物[1] 。随后,美国的FCC和DARPA分别启动了多项计划,对认知无线电和动态频谱接入问题进行深入研究;欧盟的端到端重配置计划(E2R: End to End Reconfigurability Project)也启动了对认知概念在技术和经济领域等各方面问题的研究。Simon Hakin在2005年发表了关于认知无线电的着名文章“Cognitive radio: brain-empowered wireless communications”[2] ,主要从信号处理和自适应过程的角度对认知无线电技术的框架结构进行了较为完善的分析。此后,许多有名的大学和研究机构也展开了相关技术的研究和实验平台的开发,认知无线电的概念也被扩展为认知无线网络,指利用认知原理来提高各种资源(频谱、功率等)使用效率的无线网络[3] 。在频谱管理部门的带动下,一些标准化组织也先后开展了一系列标准制定工作以推动该技术的发展。目前涉及认知无线电/认知无线网络标准制订的组织和行业联盟主要是美国电气电子工程师学会(IEEE)、国际电信联盟(ITU)和软件无线电论坛(SDR Forum)等。
认知无线网络中,主(授权)用户指那些对某段频谱的使用具有高优先级或合法授权的用户,次级用户是指那些低优先级的用户。次级用户对频谱的使用不得对主用户造成干扰,因此要求其能快速、可靠地感知主用户使用授权频谱的情况。次级用户必须具备认知能力,因而称其为认知用户,在网络结构中则表示为认知节点。认知用户的频谱感知主要包括在某个频段上检测主用户存在与否(主用户信号检测)和估计认知用户对主用户接收机可能造成的附加干扰(干扰温度估计)两个任务[4] 。更进一步的可能要求是频谱感知还应区分主用户信号的种类(空中接口分类)[5] 。目前大部分频谱感知的研究都集中在最重要的主用户信号检测上。

1. 频谱感知的基本方法
主用户信号检测的单节点频谱感知基本方法通常分为三类:
第一类为相干检测。如果知道主用户信号的结构特征(如导频、前导或同步消息等),匹配滤波器加门限检测的方法是最优的主用户信号检测方法。相干检测可获得精确的频谱感知结果,但其缺点也很明显,必须知道主用户信号的先验知识,而且当认知无线网络运行在很宽的频段上时,实现许多类型的授权信号的相干检测成本太高,几乎不可实现。
第二类为能量检测。在感兴趣频段上测量某段观测时间内接收信号的总能量,如果能量低于某个设定门限则声明该频段为白空间。与相干检测相比,能量检测需要更长的感知时间以达到同样的感知效果,但低成本、易实现的特性使其受到认知无线网络中频谱感知技术的青睐。
以上基于信号检测技术的两种频谱感知方法,有很好的理论基础[6] ,性能分析已比较完善。
第三类为特征检测[7] 。能量检测的最大缺点是它不能区分接收到的能量是来自主用户信号还是噪声,在低信噪比环境中的频谱感知结果尤其不可靠。在主用户信号的载波频率、调制类型或循环前缀等某些特征已知时,利用信号的期望和自相关函数呈现出来的周期性(循环平稳谱相关特性),可将信号能量与噪声能量区分开来,突破能量检测的瓶颈。文献[8] 还分析实际情况下有限的数据长度对循环谱特征检测的影响。实现复杂度远高于能量检测是制约特征检测在频谱感知中应用的最主要缺点。
此外,2003年底FCC频谱政策工作组提出了干扰温度模型[9] ,意在对无线环境中的干扰源进行量化和管理。干扰温度限提供了特定地理位置在某一感兴趣频段上接收机能够顺利工作的最差环境的特征描述。根据干扰温度模型,认知用户若能确定其对主用户接收机造成的附加干扰量并加以限制,使主用户接收机所受的总干扰(含噪声)不超过干扰温度限,则认知用户可与主用户运行在同一频段上。可以看出,基于主用户信号检测的频谱感知意在避开主用户,而基于干扰温度模型的频谱感知则试图与主用户同时并存于同一个频段,这是两者最大的区别。文献[10] 定义了已知和未知主用户信号参数时干扰温度的理想模型和一般模型,并从通信容量的角度分析了如何来最优地选择认知系统的工作带宽和发送功率。但干扰温度模型存在两个需要解决的难题:其一为在主用户发送信号存在的情况下如何测定其接收机的噪声水平,其二为在主用户接收机位置未知的情况下如何估计认知用户对它可能产生的干扰。降低问题难度的一种可能办法是让主用户系统来辅助认知系统的频谱感知,如文献[11] 中要求主用户接收机在工作过程中持续发送指示信号。另一个需要考虑到的是,认知用户和主用户共存于同一个频段时,认知系统的通信过程中也会受到授权系统的干扰,所以认知系统能获得的通信容量可能非常有限[10] 。

2. 协同频谱感知
认知无线网络可通过对多节点感知信息的协同处理来提高频谱感知的效果,这被称为协同(协作、合作)频谱感知。频谱感知性能主要由感知范围、检测时间、检测概率、虚警概率等几个相互关联的指标来衡量,协同频谱感知可利用空间分集增益改善上述指标,解决单节点感知中难以克服的多径深衰落、阴影衰落和隐终端等难题[4] ,同时也可减轻对单个节点感知灵敏度的要求,降低实现成本[12] 。
实现协同频谱感知的方式有两种,即中心式和分布式。
中心式感知:中心单元收集各认知节点的感知信息,负责识别可用频谱,并将频谱可用信息广播给各认知节点或直接控制认知节点的通信参数。文献[13] 中以AP为中心收集、处理各感知节点的硬判决(二进制)结果,通过克服信道衰落效应来提高感知性能,其检测概率和虚警概率的计算在文献[14] 中给出。文献[15] 以主节点(master node)为中心节点合并各感知结果来检测TV信道。文献[16] 则由融合中心(fusion center)根据各认知节点能量检测的结果最终判断主用户在某个频段上的存在与否。
分布式感知:认知节点彼此之间共享感知信息,但独立判断各自的可用频谱。与中心式感知相比,分布式感知的优点是不需要基础结构网络,部署更灵活些。文献[17] 显示一个用户作为另一个用户中继的两用户协同频谱感知可带来35%的捷变增益(所需感知时间减少35%)。文献[18] 进一步将这种分布式感知协议推广到多用户环境中。
无论中心式还是分布式感知,就协同频谱感知的研究内容而言,主要包含以下两个方面:
1)认知节点感知信息的合并处理,即考虑信息融合(fusion)问题。
2)感知信息传递过程的合作,即考虑中继传输问题。

E. 如何判断一个无线网络的质量

随着硬件产品价格的降低,无线网卡将会被越来越多的人所使用。现在市面上有不少品牌的无线网卡,基本上都是即插即用的。为了能让大家对无线网卡有所了解,笔者在这里带大家看看如何选择满足需要的无线网卡。

  1. 是否支持IEEE802.11b无线协议。无线网卡发展到今天,支持IEEE802.11b无线协议的无线网卡前景最为看好。因此,选择无线网卡时对无线网卡是否支持该协议要多加留意。

2 . 是否支持多种传输速率。由于各种原因,网络速度不可能恒定不变,而且各个网卡的传输速度不尽相同,所以支持较多的传输速率对于数据传输的稳定性、网络的稳定性以及网卡的兼容性就有较大的意义了。适宜的网卡至少支持4种传输速率选择:高速模式(11M)、中速模式(5.5M)、标准模式(2M)、标准低速模式(1M)。

3 .网卡的接口类型。比如普通ISA网卡的最大传输速度就明显低于普通PCI网卡的最大传输速度,对于无线网卡也一样。所以我们在选择无线网卡时要根据需要,选择合适接口的网卡。建议需要较高速度的朋友选择PCI或USB接口的网卡。

4 . 其它。无线网卡的最大传输距离和配置的软件也是我们需要考虑的地方。一般室内最大传输距离至少要有30米以上才能保证有比较稳定的连接。网卡配置的软件能让我们使用更加方便并且可以使网卡处于最佳的工作状态。无线上网卡模式跟手机基本相同,硬件加上费用。现在普及率比较高。目前市面上的网卡分为:电信,联通,移动。三家巨头方案不同,但是达到的上网效果基本相同。其中联通速度最快,上限是7.2Mbps,电信和移动其次,但是由于联通的资费标准较高,现在普及率不及电信的EVDO和移动的TD。目前市面上的品牌有华为,中兴,网讯,D-LINK(友讯)。这些品牌的价格较高,但是售后问题较少,而且大部分是全国联保。还有易些小品牌的,质量上少差,但是价格上要优惠很多,但是对于一般的上网比如浏览网页,QQ,MSN看视频也是没有什么问题。总之:仁者见仁,智者见智,满足需要即可。