基于IEEE802.15.4的家庭自动化网络分析与性能仿真

摘要

家庭自动化网络工作在智能电网的客户用电域，旨在提供直接与用户互动的交互环境。采用低速无线个人局域网的家庭域网络，可应用于家庭的照明、安防、家电等的自动控制，还可以作为智能电表与智能电子设备的通信方式。
　　分析了通信技术和智能电网的背景、趋势和演进，论述了基于IEEE802.15.4的无线个人局域网的国内外研究动态。
　　我们设计了家庭自动化网络总体架构和家庭能量管理系统模型，探讨了不同网络拓扑结构的特点及适用场景。
　　通过对IEEE802.15.4MAC层机理的分析，对家庭自动化网络的业务源特性进行了分类，并给出不同业务在MAC层的传输适用区间。建立了基于IEEE802.15.4标准的OPNET无线网络仿真模型，实现了时隙CSMA/CA机制和保证时隙机制，评估了不同节点数和网络负载对时延和功耗的影响，讨论了家庭自动化系统网络的参数对吞吐量和时延的影响以及最佳参数选取。针对传统的保证时隙调度算法研究了自适应的改进方案，并通过程序验证了改进算法的低时延特性和高公平性。
　　最后，从家庭域网络环境下的安全需求和安全威胁出发，分析了相应的信息安全机制，从密钥建立、加密算法和工作模式三方面，给出了适用于家庭自动化网络的信息安全措施，并对其中存在的问题做了分析探讨。
　　课题所进行的这些研究工作，在技术上可行，对家庭自动网络的协议实现、节点部署、参数配置、性能优化、安全性保证等方面有一定的参考和借鉴意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究动态与趋势

1．3 本文主要研究内容

第2章 家庭自动化网络系统架构

2．1 引言

2．2 家庭自动化网络总体架构

2．3 家庭能量管理系统模型

2．4 网络拓扑结构特点及适用场景

2．5 本章小结

第3章 IEEE 802．15．4无线个人局域网仿真

3．1 引言

3．2 MAC层机理

3．3 业务源分类及适用区间

3．4 OPNET层次化仿真模型

3．4．1 节点模型

3．4．2 时延和吞吐量

3．4．3 包格式

3．4．4 能耗模型

3．5 时隙CSMA／CA机制

3．5．1 BO和SO的影响

3．5．2 节点数和网络负载的影响

3．6 GTSs机制及改进

3．6．1 BO和SO对GTS传输区间的影响

3．6．2 最佳(BO，SO)的选取

3．6．3 GTS调度改进算法AGA

3．7 本章小结

第4章 网络与信息安全机制

4．1 引言

4．2 安全需求

4．3 安全威胁

4．4 安全机制

4．4．1 密钥建立

4．4．2 加密算法

4．4．3 工作模式

4．5 本章小节

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢