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无线MIMO架构测试的不同种类及开发策略

来源:考试吧Exam8.com) 2009-11-24 9:13:51 考试吧:中国教育培训第一门户 模拟考场
在公共场合接入无线网时,需要注意哪些要点来保护自己手中的设备呢?

  无线网络比有线网络更容易受到入侵,因为被攻击端的电脑与攻击端的电脑并不需要网线设备上的连接,攻击者只要在你所在网域的无线路由器或中继器的有效范围内,就可以进入你的内部网络,访问你的资源等。

  在公共场合接入无线网时,需要注意哪些要点来保护自己手中的设备呢?下面针对不同无线接入方式来详细介绍一下:

  Wi-Fi

  从设计上来讲,Wi-Fi在安全方面所依仗的主要力量是WEP(有线对等保密)加密,然而这种保护手段已经被证明是不够强健的。更重要的是,WEP加密本身存在一些问题。WEP定义了一个24位的字段做为初始化向量(IV),而该向量会出现重用的情况。

  如何使Wi-Fi更安全

  1. 注意SSID,SSID是一个无线网络的标识,在可能的情况下不应使用设备缺省的SSID。另外,设置为封闭的Wi-Fi网络不响应那些将SSID设置为Any的无线设备,而且不在无线网络内进行SSID广播,这样能够减少无线网络被发现的可能。

  2. 加固WEP:有限的WEP加密至少比不使用WEP的情况要好得多,所以一个基本的原则就是设置尽可能高强度的WEP密钥。

  3. 定期更换密钥:并不一定所有的环境都需要每周变更密钥,但是应该考虑至少每个季度更换一次密钥。随着时间的发展,一个从不更换密钥的无线网络其安全性会大幅度下降。

  4. 过滤计算机:通过指定一个特定的地址集,可以尽量保证只有得到授权的计算机才能访问无线网络。

  蓝牙(BlueTooth)

  尽管蓝牙规范在推出伊始就有限的带宽和不断增加的新的无线服务的需求为通信领域新技术的采用开辟了道路,这些非传统技术有效提升了数据容量。新采用的这些技术中的一种就是利用多天线设计的多输入、多输出(MIMO)系统架构。MIMO利用了发送和接收天线之间的空间分集技术——由信号衰落和多径环境引起的多信号路径产生 ——来增加数据吞吐量而无须额外的增加带宽。但相比传统的单流架构MIMO,系统复杂度增加了许多,带来了更大的测试挑战,需要独特的设备和测试方法。

  本文介绍了MIMO测量的不同种类,包括噪声和干扰对于信道的损害,并提供一些图片示例方便大家对于测量结果的理解。

  对于新近的无线通信标准,高数据吞吐量是最基本的要求,这些新标准MIMO都有参与,包括IEEE 802.11n WLAN、IEEE 802.16e移动WiMAX Wave 2和3GPP长期演进(LTE)。这些新系统都结合了MIMO和OFDM或者OFDMA(正交频分多址接入)的采用,来实现在不增加信道带宽的前提下增加数据吞吐量。

  SISO与MIMO比较

  在传统的单输入、单输出(SISO)通信系统中,例如,传统的IEEE 802.11a/b/g无线局域网络(WLAN)系统,一个无线链路采用了单发射器和单接收器。也许会在每个通信链路终端上采用多个天线,但在同一时刻只有一套天线被采用,并只有一个载波传输单流的数据。在理想的通信信道中,无线信号从发射器到接收器只通过单一路径传输,但无线信道中的障碍物(比如楼宇和各种地形)和移动影响产生了多径效应,因此,接收器会接收到多个信号。反射的信号由于相比直接传输的信号传播路径更长,会受到衰减和延迟的影响。因为传输路径的不同,这些反射信号的相位也各不相同。因此,接收机信号的重建面临难度,会造成接收信号强度的波动。较强的多径效应会降低吞吐量或者造成数据丢失。

  传统的SISO架构的无线信号链路(a),采用一对天线在同一时间进行发射和接收而MIMO系统(b)同时采用多信号和多天线

  因为在指定通信信道中,OFDM通常与MIMO进行组合来增强数据吞吐量,所以在探讨MIMO概念之前理解OFDM是非常重要的。例如,OFDM在 IEEE 802.11g (Wi-Fi)和IEEE 802.16e WiMAX系统中得到了采用。在MIMO的基础上,采用OFDM可以进一步提升数据吞吐量,而无须增加带宽或改变调制阶数——比如从16QAM变成 64QAM系统。

  采用OFDM调制的无线信号本质上是由一系列相互正交的子载波构成的,这些子载波彼此形成了最佳的隔离,因此一个调制后的子载波处于最大功率时,其临近调制后子载波正好处于过零点或功率最小处,而一些子载波作为保护频带来实现隔离并防止临近信道干扰。为了增强鲁棒性,许多通信标准采用的 OFDM采用了小衰减间隔,让多路信号分量随时间衰减,这样这些信号就不会对下一个接收机收到的传输符号产生干扰。

  通过采用反向傅里叶变换对OFDM的子载波进行数字信号处理,可将其结合到一个信号流里面传输并可恢复原信号。因为保留多流信号的相对相位和频率关系,这些信号流就可以并行的在单一信道传输,所以就可以实现在不增加带宽的前提下提高数据吞吐量。

  与SISO通信系统相比,MIMO系统同时采用多无线信号和多天线,多个数据流在同一通信信道传输。这些多路的数据流由媒体接入控制(MAC)层在通信链路两端进行协调。MIMO系统不需要天线的对称排列,例如,两个发射要配备两个接收(2×2)或者四个发射要配备四个接收(4×4),可以进行“不平衡”配置,例如四个发射配备三个接收的4×3配置。

  要增加SISO系统的数据吞吐量,需要更为复杂的调制方式,或者增加带宽,或进行两者的结合。加倍SISO系统吞吐量最简单的方法是将带宽加倍。要增加MIMO系统的吞吐量,发射器、接收器和相应天线的数量需要增加。通过采用多天线和信号传播路径的空间多路技术,MIMO系统可以在不增加信道带宽的前提下增加大概3.5倍的吞吐量。

  MIMO系统利用接收信号的变更来增加数据吞吐量,接收到的信号被看作未知信号(发送的符号)的联立方程。多路信号路径的多样性变化让这些联立方程解决的更加简单,并提升了吞吐量。

  SISO的信道容量与MIMO系统相比如何呢?香农定律指明了SISO通信系统的信道吞吐量为

  C=BLog2(1+S/N)

  式中:C为信道容量(单位b/s),B为信道带宽(单位Hz),S为带宽上总的信号功率(单位W或者V2),N为带宽上总的噪声功率(单位W或者V2)。当该公式用于MIMO应用时:

  C=ABlog2(1+S/N)

  式中:A为发射天线的数量。

  该等式指出了MIMO系统中发射天线数量与信道容量的直接关系。一个MIMO系统在同一物理信道上利用空间复用技术用多天线传输多路数据流,数据流在不改变符号速率的情况下在多个发射机上进行发送。通过增加更多的发射机和发射天线,系统的吞吐量在带宽不变的情况下得到提升。 function ImgZoom(Id)//重新设置图片大小 防止撑破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w

  为MIMO系统建模必须考虑多数据流的数量,包括到达接收机的直接和反射信号。按照传统的方法,将发射器分别表示为 Tx1,Tx2,…,Txn,将接收机表示为Rx1,Rx2,…,Rxn,一个MIMO通信系统可由一个矩阵信号向量hxy的形式表示,其中x表示发射机的数量,y表示接收机的数量。例如,h21表示两个发射机和一个接收机,而h22表示两个发射机和两个接收机。通过这种方法,一个MIMO 信道可以这样建模:

  y=H*x+n

  式中:y为接收信号向量,H为信道矩阵(hxy信号元素),x为发射信号向量,n为噪声向量。

  MIMO系统中的无线信道可由一系列不同的向量来表示

  不同的信道对接收信号产生影响,例如,衰减和多经影响,可由同样的代数方程矫正,关系式为

  Rx=H*Tx+n

  式中:Rx表示接收天线的Rx1,Rx2,…,Rxn矩阵,Tx表示发射天线的Tx1,Tx2,…,Txn矩阵。对于一个2×2 MIMO系统,关系矩阵。

  这些关系式中的信号包含幅段、频率和相位分量,所以用向量表示很实用。简单而言,在一个测量系统中用向量来表示这些信号也很实用。

  针对安全性进行了较好的考虑,但是由于厂商实现和用户习惯等方方面面因素的影响,蓝牙应用的安全性仍然未臻完美。目前已经发掘出一些方法可以突破蓝牙设备的安全机制。理论上被设置为不可见的蓝牙设备是不能够被发现的,然而事实并非如此。利用包括 redfang(红獠牙,一种黑客工具)在内的一些软件工具可以发现处于不可见模式的蓝牙设备。

  如何防范蓝牙攻击

  1. 不使用就不启用:对于蓝牙设备来说,一个应该时刻牢记的原则是在不需要蓝牙连接的时候尽量将其关闭。

  2. 使用高安全级别:蓝牙设备通常有三种高中低安全级别,最高级别就是设备安全。需要说明的是启用了设备级安全的蓝牙设备还可以对数据进行加密。尽可能高的安全级别是非常重要的。

  3. 留意配对:由于蓝牙PIN码的过程有赖于强制进行重新配对,所以对可疑的配对请求要特别留意。另外,在可能的情况下尽量采取记忆配对信息的方式进行连接,而不要采用在每次连接时都进行配对的方式。

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