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1、西南交通大学 硕士学位论文 Ad Hoc网络中基于邻居意识的定向天线控制方法 姓名：黄胜豹 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：冯军焕 20090501 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 捅斐 A dH o c 网络是一种由一系列既有收发功能又有路由功能的移动节点组 成的通信网络，可以实现多跳通信。由于A dH o c 网络不需要固定设施、具有 高度的灵活性和抗毁性，可广泛应用于军事行动、紧急搜救和办公会议等临 时场合。在无线A dH o c 网络中，多个通信节点使用同一频率，可能会出现多 个移动节点同时接入信道的情况，导致报文发生冲突。为了解决这个问题， 就需要媒体接入
2、控制( M A C ) 协议来协调节点的接入，使节点可以公平、有 序的接入到无线信道。 A dH o c 网络M A C 协议大致可以分为基于谁先发起通信邀请，信道个数， 以及是否使用定向天线等几大类。最基本的M A C 协议是8 0 2 1 1 协议，很多协 议是在8 0 2 1 1 D C F 协议基础上改进来的。传统的M A C 协议都是基于全向天线 的，这种天线结构简单、易于实现。定向天线由于有较高的天线增益，较高 的空间信道利用率等，近几年才受到人们的关注，一些关于定向天线的M A C 协议也随之产生。 本文主要工作： a ) 本文在深入分析现有的M A C 协议的基础上，总结这些协
3、议的优缺点，得 出了现有的M A C 协议不能完全解决A dH o c 网络的问题的结论。重点分析了本 文的理论基础D M A C 协议，在该协议的基础上提出了基于邻居意识的定向天 线控制方法( N E M A D M A C ) 。 b ) 本文研究的意义是利用本文提出的M A C 协议，提高空间信道利用率。当 使用信道的节点比较多，空间信道比较繁忙时，本地信道使用指数就大，发 送报文的节点的定向天线波束角度要变小一些，留出更多的空间信道让其它 节点使用；当空间信道不繁忙时，本地信道使用指数就会比较小，节点定向 天线的波束角度变大，尽量减少由于节点移动而造成的丢包。仿真结果表明 N E M
4、A D M A C 协议在吞吐量、抖动和延时性能方面都优于现有的M A C 协议。 关键词：A dH o c 网络、N E M A D M A C 、定向天线、N S 2 A b s t r a c t A dH o cn e t w o r ki sac o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，i t Sc o m p l e t e l yd i f f e r e n tf r o m t h et r a d i t i o n a ln e t w o r k T h ed e v i c e si nt h eA dH o cn e t w o
5、r kc a nb eu s e d a s t r a n s c e i v e ra n dr o u t e r ，S Om u l t i h o pc o m m u n i c a t i o n c a nb ea c h i e v e db yi t s e l f A s t h eA dH o cn e t w o r kd on o tr e q u i r e af i x e di n f r a s t r u c t u r e ，ah i g hd e g r e eo f f l e x i b i l i t ya n ds u r v i v a b
6、i l i t yc a p a b i l i t i e s ，c a n b e w i d e l y u s e di nm i l i t a r y o p e r a t i o n s ，e m e r g e n c ys e a r c h a n dr e s c u ea sw e l la so f f i c em e e t i n g s I nt h e w i r e l e s sA dH o cn e t w o r k s ，a l ld e v i c e su s i n gt h es a m ef r e q u e n c y ，t h e
7、 r em a y b ea n u m b e ro fd e v i c e sa c c e s sc h a n n e la tt h es a m et i m e ，r e s u l t i n g i nc o l l i s i o n T o s 0 1 v et h i sp r o b l e m ，w en e e dm e d i aa c c e s sc o n t r o l ( M A C ) p r o t o c o lt oc o o r d i n a t e t h ed e v i c e s ，s ot h a ti tc a nb ee f
8、 f i c i e n t ，o r d e r l ya n de q u i t a b l eu s e o ft h em e d i a A dH o cn e t w o r kh a v em a n yM A Cp r o t o c o l ，w h i c hc a ng e n e r a l l yb ed i v i d e d i n t ob a s e do nt h ef i r s ti n v i t a t i o nt oi n i t i a t ec o m m u n i c a t i o n s ，c h a n n e ln u m b
9、e r ，a s w e l la sw h e t h e rt ou s ec a t e g o r i e so fd i r e c t i o n a la n t e n n a 8 0 2 1 1D C Fp r o t o c o li s t h em o s tb a s i cM A Cp r o t o c o l ，al o to fM A Cp r o t o c o li si m p r o v e m e n ti n i t l h e t r a d i t i o n a lp r o t o c o lu s eo ft h ea n t e n n
10、 ai so m n ia n t e n n a ，t h i sa n t e n n as t r u c t u r eI S s i m p l ea n de a s yt oi m p l e m e n t D i r e c t i o n a la n t e n n a C a l lb ea sar e s u l to fh l g h e r g a i na n t e n n a s ，a n dt oi m p r o v ec h a n n e lu t i l i z a t i o no fs p a c ea n d S Oo n ，i nr e c
11、 e n t y e a r sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n ，an u m b e ro fd i r e c t i o n a la n t e n n aM A C p r o t o c o la p p e a r I nt h i sp a p e r ，t h em a jo rw o r kd o n eb yt h ef o l l o w i n g ： 1 T h i sp a p e ri si n d e p t ha n a l y s i so ft h ee x i s t i n
12、gM A C p r o t o c o lo nt h eb a s i s o fs u m m i n gu pt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h e s ea g r e e m e n t s ，r e s u l t e di n t h ee x i s t i n gM A Cp r o t o c o lC a nn o tc o m p l e t es o l v e t h ep r o b l e mo fA dH o c N e t w o r k D M A Cp r o t
13、o c o l i st h eb a s i co ft h i s p a p e r S n e wM A C D r o t o c 0 1 d i r e c t i o n a la n t e n n ac o n t r o lm e t h o db a s e do nt h en e i g h b o r s a w a r e n e s s i nA dH o cn e t w o r k ，t h e r e f o r e ，i tp r e s e n t e dav e r yd e t a i l e d 2 T h es i g n i f i c a
14、n c eo ft h i ss t u d yi st h a tu s i n gt h eM A Cp r o t o c o lp r o p o s e d i n 西南交通大学硕士研究生学位论文第l lI 页 t h i sp a p e rt oi m p r o v et h ec h a n n e lu t i l i z a t i o no fs p a c e I fm o r en o d e sw a n tt Ou s e t h ec h a n n e lt oc o m m u n i c a t i o n ，t h ec h a n n e li sv
15、 e r yb u s y ；t h ei n d e xo fl o c a l c h a n n e lw i l lb eh i g h e r S ow em a k et h ep u l s ew i d t hn a r r o w e r ，i tc a nl e a v em o r e s p a c ec h a n n e lf o rt h eo t h e r sn o d e sw h i c hw a n tt ou s ei t I ff e w e rn o d e sw a n tt o u s et h ew i r e l e s sc h a n
16、n e l ，t h ei n d e xo fl o c a lc h a n n e li ss m a l l ，a n dt h e nt h ep u l s e w i d t hs h o u l db ew i d e r ，a st h em o b i l en o d ei tc a nm i n i m i z et h ep a c k e tl o s s 。T h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ta g r e e m e n tN E M A D M A Ct h r o u g h p u t ，j i t t e ra n d d e l a yp e r f o r m a n c ea r es u p e r i o rt ot h ee x i s t i n gM A Cp r o t o c 0 1 K e yw o r d s ：A dH o c ；N E M A D M A C ；D M
