针对WSN和WLAN的无线网络探测系统设计与实现
发布时间：2021-09-05 18:38
随着无线通信技术的发展,WSN和WLAN等无线网络应用广泛,对无线网络的探测显得尤为重要。无线网络探测的目的是通过软硬件系统对无线网络进行探测,记录并分析网络中数据包发送的情况,获取无线网络信息。本文以基于ZigBee（IEEE 802.15.4）协议的WSN和基于IEEE 802.11协议的WLAN为研究对象,以GNU Radio和软件无线电平台HackRF One为硬件支撑,以无线网络探测系统实现探测功能的各个步骤环节为主线,以对获取的目标网络信息进行数据分析、得出目标网络的拓扑结构为主要目的进行算法设计实现和系统级联,最终实现对目标网络的有效探测。论文的主要工作包括:（1）提出一种基于高阶累积量的无线信号分类方法。该方法通过调制方式实现对常见无线信号的分类,并对现有方法进行改进,用较少的特征参数实现无线信号的有效分类。（2）提出一种基于MAC帧分析的无线网络拓扑发现算法。该方法以数据包分析为基础,根据WSN和WLAN的通信特点设计拓扑发现算法,能够对目标网络的拓扑结构进行生成。（3）设计与实现基于GNU Radio和HackRF One的无线网络探测系统。该系统能够实现对基于Zi...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美军CEC系统协同作战示意图
占?餍?椋–ollectTreeProtocol）实现传感器网络中的监控跟踪，并以此验证合并和推理模块的准确性。FernandoP.Garcia等人在研究过程中，根据聚合机制能有效降低能的特点，设计了一套基于统一建模语言UML的检测器选择机制和数据包聚合机制，并运用到设计的监测系统EPMOSt中[13]。在实际测试中，作者利用三种监测策略对系统性能进行评估：（1）electionwithoutaggregation；（2）electionwithaggregation；（3）withoutelection。并对比了在监测节点Sniffer数量为3，5，7，9，11的性能，针对WSN的监测系统EPMOSt结构示意图如图1.2所示。图1.2针对WSN的监测系统EPMOSt结构示意图
国防科技大学研究生院专业学位硕士学位论文第6页ZhonghuaZhao等人采用模块化的设计思路，设计并实现了网络监测和数据包嗅探系统NSSN[14]。在NSSN系统中，Sniffernode和server之间的通信通过3G、GPRS或者WiFi来实现。这两者通过网络时间协议（NTP）实现时钟同步。节点软件通过模块化设计以实现抓包功能：（1）theradiolisteningmodule；（2）Thecommandreceivermodule；（3）thetimesynchronizationmodule。数据处理和展示则在上位机（或客户端）进行。针对WSN的数据包嗅探工具NSSN的结构示意图如图1.3所示。图1.3针对WSN的网络监测和数据包嗅探工具NSSN结构示意图在平台架构的设计方面，研究者基于不同的应用背景提出了针对WSN的监测管理系统结构参考模型。较具代表性的是JuanVicenteCapella等人基于物联网的应用背景提出的WSN-MP三层结构参考模型[15]，为新的监测平台设计提供标准的调试环境，达到验证WSN行为和性能的目的。该模型还允许对目标WSN运行状况进行比较分析。这对实现WSN-MP的标准化，解决各层级的问题具有重要意义。其具体架构如图1.4所示。部分学者结合硬件设计了针对WSN的被动探测系统。东南大学的杜标设计了一种WSN的侦测系统[16]，作者以基于飞思卡尔MC13213芯片的Z1000平台为硬件平台，以上位机视窗界面和高级语言算法为分析平台，实现了网络拓扑、数据发送、节点能量等信息的获取并正确显示在图形化界面上。杭州电子科技大学的童超针对WSN的被动探测关键技术进行了研究[17]。作者系统分析了WLAN和WSN中探测技术的特点，基于多节点的探测信息融合提出了一种高效的记录合并算法，并设计了一套基于被动探测技术的网络监测系统，实现对WSN相关信息的探测和监听。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高阶累积量和循环谱的信号调制方式混合识别算法[J]. 赵雄文,郭春霞,李景春. 电子与信息学报. 2016(03)
[2]复杂网络拓扑可视化方案设计与实现[J]. 张畅,谢钧,胡谷雨,段伟伟. 计算机技术与发展. 2014(12)
[3]基于GNU Radio和USRP新型软件频谱分析仪[J]. 余兵才,姚明,邓晓华,丁军. 现代雷达. 2014(09)
[4]高阶累积量和分形理论在信号调制识别中的应用研究[J]. 党月芳,徐启建,张杰,陈晓. 信号处理. 2013(06)
[5]基于高阶累积量的OFDM信号调制识别技术[J]. 李彦栓,罗明,李霞. 电子信息对抗技术. 2012(04)
[6]IEEE802.15.4的CC2530无线数据收发设计[J]. 李志方,钟洪声. 单片机与嵌入式系统应用. 2011(07)
[7]Wireshark环境下的网络协议解析与验证方法[J]. 罗青林,徐克付,臧文羽,刘金刚. 计算机工程与设计. 2011(03)
[8]网络层与链路层综合拓扑发现算法及其实现[J]. 孙克辉,陈艳山,程巍,张志强. 计算机工程与应用. 2012(04)
[9]ZigBee传感网络Cluster-Tree改进路由算法研究[J]. 贺玲玲. 传感技术学报. 2010(09)
[10]软件无线电技术简介[J]. 张菁. 中国无线电. 2010(05)
硕士论文
[1]基于HackRF的频谱检测与分析平台设计与实现[D]. 武韬.北京邮电大学 2018
[2]基于软件无线电的Android频谱测试仪的设计与实现[D]. 刘思嘉.海南大学 2017
[3]基于星座图聚类分析的QAM调制识别设计[D]. 梁远.天津大学 2017
[4]基于GNURadio平台的无线电监测信号分析研究[D]. 张晓.中北大学 2016
[5]基于软件无线电的GSM伪基站检测与定位[D]. 孟俊伟.兰州交通大学 2016
[6]基于ZigBee的无线数控手持设备的设计与实现[D]. 陈谱.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2014
[7]IEEE802.11b物理层在软件无线电平台上的研究与实现[D]. 王刚.北京邮电大学 2014
[8]基于ZigBee的嵌入式无线终端设计与实现[D]. 任丽丽.北京邮电大学 2013
[9]WLAN信号探测信息获取与还原技术研究[D]. 司华峰.北京交通大学 2012
[10]无线传感器网络中基于被动监测的协议性能评估技术研究[D]. 俞志刚.杭州电子科技大学 2012
本文编号：3385875
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美军CEC系统协同作战示意图
占?餍?椋–ollectTreeProtocol）实现传感器网络中的监控跟踪，并以此验证合并和推理模块的准确性。FernandoP.Garcia等人在研究过程中，根据聚合机制能有效降低能的特点，设计了一套基于统一建模语言UML的检测器选择机制和数据包聚合机制，并运用到设计的监测系统EPMOSt中[13]。在实际测试中，作者利用三种监测策略对系统性能进行评估：（1）electionwithoutaggregation；（2）electionwithaggregation；（3）withoutelection。并对比了在监测节点Sniffer数量为3，5，7，9，11的性能，针对WSN的监测系统EPMOSt结构示意图如图1.2所示。图1.2针对WSN的监测系统EPMOSt结构示意图
国防科技大学研究生院专业学位硕士学位论文第6页ZhonghuaZhao等人采用模块化的设计思路，设计并实现了网络监测和数据包嗅探系统NSSN[14]。在NSSN系统中，Sniffernode和server之间的通信通过3G、GPRS或者WiFi来实现。这两者通过网络时间协议（NTP）实现时钟同步。节点软件通过模块化设计以实现抓包功能：（1）theradiolisteningmodule；（2）Thecommandreceivermodule；（3）thetimesynchronizationmodule。数据处理和展示则在上位机（或客户端）进行。针对WSN的数据包嗅探工具NSSN的结构示意图如图1.3所示。图1.3针对WSN的网络监测和数据包嗅探工具NSSN结构示意图在平台架构的设计方面，研究者基于不同的应用背景提出了针对WSN的监测管理系统结构参考模型。较具代表性的是JuanVicenteCapella等人基于物联网的应用背景提出的WSN-MP三层结构参考模型[15]，为新的监测平台设计提供标准的调试环境，达到验证WSN行为和性能的目的。该模型还允许对目标WSN运行状况进行比较分析。这对实现WSN-MP的标准化，解决各层级的问题具有重要意义。其具体架构如图1.4所示。部分学者结合硬件设计了针对WSN的被动探测系统。东南大学的杜标设计了一种WSN的侦测系统[16]，作者以基于飞思卡尔MC13213芯片的Z1000平台为硬件平台，以上位机视窗界面和高级语言算法为分析平台，实现了网络拓扑、数据发送、节点能量等信息的获取并正确显示在图形化界面上。杭州电子科技大学的童超针对WSN的被动探测关键技术进行了研究[17]。作者系统分析了WLAN和WSN中探测技术的特点，基于多节点的探测信息融合提出了一种高效的记录合并算法，并设计了一套基于被动探测技术的网络监测系统，实现对WSN相关信息的探测和监听。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高阶累积量和循环谱的信号调制方式混合识别算法[J]. 赵雄文,郭春霞,李景春. 电子与信息学报. 2016(03)
[2]复杂网络拓扑可视化方案设计与实现[J]. 张畅,谢钧,胡谷雨,段伟伟. 计算机技术与发展. 2014(12)
[3]基于GNU Radio和USRP新型软件频谱分析仪[J]. 余兵才,姚明,邓晓华,丁军. 现代雷达. 2014(09)
[4]高阶累积量和分形理论在信号调制识别中的应用研究[J]. 党月芳,徐启建,张杰,陈晓. 信号处理. 2013(06)
[5]基于高阶累积量的OFDM信号调制识别技术[J]. 李彦栓,罗明,李霞. 电子信息对抗技术. 2012(04)
[6]IEEE802.15.4的CC2530无线数据收发设计[J]. 李志方,钟洪声. 单片机与嵌入式系统应用. 2011(07)
[7]Wireshark环境下的网络协议解析与验证方法[J]. 罗青林,徐克付,臧文羽,刘金刚. 计算机工程与设计. 2011(03)
[8]网络层与链路层综合拓扑发现算法及其实现[J]. 孙克辉,陈艳山,程巍,张志强. 计算机工程与应用. 2012(04)
[9]ZigBee传感网络Cluster-Tree改进路由算法研究[J]. 贺玲玲. 传感技术学报. 2010(09)
[10]软件无线电技术简介[J]. 张菁. 中国无线电. 2010(05)
硕士论文
[1]基于HackRF的频谱检测与分析平台设计与实现[D]. 武韬.北京邮电大学 2018
[2]基于软件无线电的Android频谱测试仪的设计与实现[D]. 刘思嘉.海南大学 2017
[3]基于星座图聚类分析的QAM调制识别设计[D]. 梁远.天津大学 2017
[4]基于GNURadio平台的无线电监测信号分析研究[D]. 张晓.中北大学 2016
[5]基于软件无线电的GSM伪基站检测与定位[D]. 孟俊伟.兰州交通大学 2016
[6]基于ZigBee的无线数控手持设备的设计与实现[D]. 陈谱.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2014
[7]IEEE802.11b物理层在软件无线电平台上的研究与实现[D]. 王刚.北京邮电大学 2014
[8]基于ZigBee的嵌入式无线终端设计与实现[D]. 任丽丽.北京邮电大学 2013
[9]WLAN信号探测信息获取与还原技术研究[D]. 司华峰.北京交通大学 2012
[10]无线传感器网络中基于被动监测的协议性能评估技术研究[D]. 俞志刚.杭州电子科技大学 2012
本文编号：3385875
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