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基于智能天线的Ad Hoc网络的MAC协议研究

作　者: 王晓华
导　师: 杜明辉
学　校: 华南理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 智能天线 Ad Hoc网络 MAC协议 OPNET仿真
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要


随着个人数据通信的普及,无线Ad Hoc网络技术得到越来越广泛的应用,它以接入的灵活性、移动性和自主性成为个人通信的一个重要组成部分。同时用户对数据业务的要求也越来越高,为了满足这种业务需求,人们不断地引入新的技术和方法来提升无线通信系统的容量。智能天线技术是一种可以有效改善无线信道性能,提高无线通信系统容量的新技术,它己经成为第三代无线通信系统中的一项关键技术。因此,如何有效地将智能天线技术引入到无线Ad Hoc网络中成为了研究的一个热点问题。无线网络中媒质接入控制协议(Medium Access Control MAC)用于解决多个用户如何共享信道的问题,它对无线网络系统的性能有着决定性的影响。良好的MAC协议设计应该保证在任意的业务负载情况下都有较高的吞吐率、较低的时延以及较少的开销。传统的无线Ad Hoc网络MAC协议工作机制是建立在节点以全向天线工作机制下的,如果将定向天线引入到无线Ad Hoc网络中,由于定向天线具有方向性,会给全向天线的协议工作机制带来一些负面影响。为了有效地利用定向天线的空分复用的特点,同时减少由于其方向性带来的一些影响,需要提出一种新的无线MAC协议。针对定向天线和无线信道的特点,有许多基于定向天线的接入控制协议被提出来,以实现信道的空分复用。本文研究了智能天线技术及其在无线通信中的应用,分析了一些具有代表性的使用智能天线的无线接入协议。最后根据无线Ad Hoc网络的特点和智能天线的一些优点,设计了一种基于时隙的智能天线的MAC协议( Time Division Scheduling,TDS-MAC)设计方案。通过把单信道划分出控制期和数据期,在控制时期进行自我调度的设计思想,改善了无线信道的通信环境,提高了对无线信道的空分复用。并且利用OPNET仿真工具实现了该协议的建模和仿真,把它与使用全向天线的无线WLNA协议和智能天线的MMAC协议的网络作了性能比较。通过仿真分析可以看到该协议利用智能天线实现了信道的空分复用,使得系统的吞吐量有了大幅的提升,同时也解决了使用智能天线所带来的新问题。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章 绪论  12-14
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 本文主要内容  13-14
第二章 无线Ad Hoc网络与智能天线  14-26
  2.1 移动Ad Hoc网络简介  14-15
  2.2 移动Ad Hoc网络的发展过程  15-16
  2.3 移动Ad Hoc网络的特点  16-18
  2.4 移动Ad Hoc网络主要的研究方向  18-20
  2.5 定向天线模型  20-24
    2.5.1 天线模型  21-22
    2.5.2 定向天线技术  22-24
  2.6 智能天线的优势与带来的问题  24-25
  2.7 本章小结  25-26
第三章 基于智能天线的MAC协议  26-47
  3.1 移动Ad Hoc 网络的MAC协议  26-27
  3.2 全向天线的MAC协议  27-30
    3.2.1 隐藏终端  28-29
    3.2.2 暴露终端  29-30
  3.3 智能天线的MAC协议相关研究  30-31
  3.4 几种智能天线的MAC协议  31-43
    3.4.1 D-MAC协议  32-34
    3.4.2 ORTS-OCTS协议  34-36
    3.4.3 SWAMP协议  36-39
    3.4.4 MMAC协议  39-40
    3.4.5 忙音DMAC协议（Tone DMAC）  40-42
    3.4.6 各种协议的特点分析  42-43
  3.5 使用智能天线引发的问题  43-46
    3.5.1 聋节点问题  43-44
    3.5.2 新隐藏终端问题  44-45
    3.5.3 定向天线的增益不对称问题  45
    3.5.4 暴露终端问题  45-46
    3.5.5 定向波束的盲点问题  46
  3.6 本章小结  46-47
第四章 一种基于时隙调度的智能天线MAC协议  47-63
  4.1 协议的工作环境  47-49
    4.1.1 天线模型假设  47-48
    4.1.2 协议的信道和数据帧定义  48-49
    4.1.3 节点信息表  49
  4.2 协议的算法过程描述  49-57
    4.2.1 协议的分组初始化  49-52
    4.2.2 新节点加入新组算法  52-54
    4.2.3 同扇区多节点通信算法  54-56
    4.2.4 协议整体实现过程描述  56-57
  4.3 协议流程  57-61
    4.3.1 协议初始化  57-58
    4.3.2 协议整体流程  58-61
  4.4 本章小结  61-63
第五章 协议的性能分析  63-78
  5.1 OPNET Modeler 10.0 仿真工具简介  63-64
  5.2 仿真模型的建立  64-69
    5.2.1 节点模型的建立  64-66
    5.2.2 进程模型的建立  66-69
  5.3 协议性能分析  69-77
    5.3.1 仿真场景一  70-71
    5.3.2 仿真场景二  71-72
    5.3.3 仿真场景三  72-74
    5.3.4 仿真场景四  74-77
  5.4 结论  77
  5.5 本章小结  77-78
结束语  78-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间取得的研究成果  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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