基于定向天线Ad Hoc网络的MAC协议研究

摘要

近几年来，由于无线Ad Hoc网络的组网灵活性强、支持移动性、易于迅速展开、系统整体抗毁能力强和系统成本低等高实用性的特点，被广泛应用于灾难重建和营救、数字化与自动化战场、农业以及人民生活等网络场景中。然而，随着移动网络部署面积的扩大和网络容量以及网络带宽需求的增加，全向Ad Hoc网络已经无法得到满足。因此引入定向天线，利用定向天线在天线增益、传输范围和抗干扰能力的优势，可以极大改善移动Ad Hoc网络的性能。
　　然而在无线Ad Hoc网络中应用定向天线，就不可避免的要重新设计接入协议，使定向天线的性能和优势得以发挥。因此本文对无线Ad Hoc网络中定向接入机制进行了研究。
　　因为采用基于竞争的CSMA协议会带来碰撞问题，以及考虑到网络实时性，本文的MAC协议选用TDMA算法进行设计，时隙的分布式分配通过每个节点维护的位置信息表完成。邻居发现采用全向周期性发送hello包，接收节点接收hello包并通过更新位置信息表的方式发现邻居节点，与此同时介绍了不同的定向邻居发现。本文设计的接入协议在每个时隙中增加一个竞争阶段，可同时满足最多2个节点进行数据收发，以实现空间复用。时隙竞争阶段，没有采取以往传统的CSMA竞争机制，取而代之的是二进制倒计时机制，利用节点MAC地址唯一性产生的忙音序列进行竞争，完全避免了节点接入过程引起的碰撞和退避。本文还改进了二进制倒计时机制，实现支持优先级。本接入机制还具备有助于减小干扰、降低能耗的自适应功率控制功能。
　　本文最后理论分析了无线Ad Hoc网络的吞吐量和平均发送时延，并在仿真软件MATLAB上设置相应场景对理论分析进行验证，得到相似的仿真结果。还对本文提出的定向接入机制与传统的全向TDMA接入机制、IEEE802.11、DMAC和MMAC在NS2仿真软件上进行仿真对比。从结果得出，本文提出的基于定向TDMA协议在吞吐量、平均延时、丢包率和功率效率多项网络性能上有显著提高。

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第一章 绪 论

1.1本论文的研究背景和意义

1.2 Ad Hoc网络引入定向天线

1.3国内外研究历史与现状

1.4研究内容

1.5本论文的结构安排

第二章 Ad Hoc网络及全向MAC协议简介

2.1 Ad Hoc网络概述

2.2经典的全向MAC协议

2.3小结

第三章 定向接入的研究与分析

3.1定向天线的模型分析

3.2定向Ad Hoc网络存在的问题

3.3改进的定向MAC协议

3.4本章小结

第四章 基于TDMA定向MAC协议的设计与理论分析

4.1基于TDMA定向MAC协议的场景

4.2基于TDMA定向MAC协议的框架

4.3基于TDMA定向MAC协议的模块

4.4基于TDMA定向MAC协议的工作流程

4.5基于TDMA定向MAC协议的特点

4.6基于TDMA定向MAC协议理论分析

4.7理论分析验证

4.8本章小结

第五章 基于TDMA定向MAC协议的性能仿真

5.1 NS2介绍

5.2场景设置

5.3仿真结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献