基于全网络预关联技术的IEEE 802.11快速切换算法

发布时间：2017-06-23 00:03

  本文关键词：基于全网络预关联技术的IEEE 802.11快速切换算法，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,基于IEEE 802.11标准的大规模WLAN得到广泛使用,AC与瘦AP结合的大规模组网方式使得终端用户可能需要频繁在不同BSS内进行切换。诸如VoIP、视频监控、远程协作和远程控制等业务对于网络切换时延有较高要求,而现有802.11标准带来的切换时延无法满足这些要求。如何降低802.11网络切换时延对于各类新兴业务的发展有着重要现实意义。针对这一问题,本文提出了一种基于全网络预关联(PAE)的快速切换算法。当STA初次关联到网络时,从当前AP处获得网络内所有AP信息,逐一与其预关联。预关联通过当前AP协助中继实现,它截获所有STA发出的关联管理帧,通过有线网络发往目标AP,目标AP将其重新注入802.11协议MAC层,并将响应帧以同样方式由当前AP中继回送给STA,以此实现STA与目标AP跨空间关联通信。STA与目标AP预关联成功后缓存其派生的临时密钥,切换发生时目标AP根据缓存的临时密钥状态判断是否允许快速切换。STA通过一次重关联请求完成切换过程,并直接使用缓存的临时密钥对后续数据传输进行加密。本文在对802.11网络安全协议以及标准切换过程进行仔细分析后设计了上述快速切换算法,并在Linux无线路由器上进行实践分析,以印证算法的有效性。在算法的实现过程中,作者深入研究了Linux下开源无线网卡驱动ath9k与开源IEEE 802.11i协议实现程序hostapd/wpa_supplicant的基本架构和工作流程,结合对Linux系统协议栈的学习,设计了PAE算法在Linux无线路由器上实现的各个功能模块,通过开发用户程序、内核模块,以及使用开源网络工具,实现了PAE算法。实验结果表明,文本提出的PAE算法在保持了802.11i协议安全性的同时,将认证与密钥派生时延近乎降低到0,有效降低了现有切换时延。新算法对于轨道交通等高实时性要求的WLAN应用有重要助益。
【关键词】：802.11 快速切换 认证 四次握手
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 缩略语对照表10-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 本文主要工作17
• 1.4 文组织结构17-18
• 第二章 IEEE 802.11切换的协议背景与原理18-36
• 2.1 协议族发展与框架18-20
• 2.1.1 协议框架18-19
• 2.1.2 网络类型19-20
• 2.1.3 切换模式20
• 2.2 802.11网络安全认证协议20-26
• 2.2.1 802.1X21-22
• 2.2.2 EAP协议22-25
• 2.2.3 802.1X协议过程25-26
• 2.3 802.11i26-31
• 2.3.1 TKIP27
• 2.3.2 CCMP27
• 2.3.3 RSN27-29
• 2.3.4 四次握手29-31
• 2.3.5 WPA/WPA231
• 2.4 802.11切换全过程31-36
• 2.4.1 触发32-33
• 2.4.2 扫描33-34
• 2.4.3 认证34-35
• 2.4.4 关联35-36
• 第三章 PAE快速切换算法设计36-52
• 3.1 现有切换过程与算法的时延分析36-40
• 3.1.1 触发时延36-37
• 3.1.2 扫描时延37-38
• 3.1.3 认证时延38-40
• 3.2 PAE算法应用网络模型40-41
• 3.3 PAE算法设计41-49
• 3.3.1 目标AP发现与选择41-43
• 3.3.2 预关联协议流程43-48
• 3.3.3 执行快速切换48-49
• 3.4 PAE算法的性能分析49-52
• 第四章 PAE算法的实现与性能测试52-60
• 4.1 实现平台介绍52-53
• 4.1.1 ath9k无线网络驱动52
• 4.1.2 hostapd/wpa_supplicant52-53
• 4.2 PAE算法在Linux设备的实现方案53-55
• 4.3 程序实现技术原理55-57
• 4.4 实验结果与分析57-60
• 第五章 总结60-62
• 5.1 PAE算法的意义60
• 5.2 不足与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 作者简介68-69

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本文编号：473412