基于波束成形天線的網(wǎng)絡(luò)拓撲管理與調(diào)度研究.pdf

1、基于中心基礎(chǔ)設(shè)施的傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò),在一些應(yīng)用場景下難以滿足隨時隨地獲取信息的需求，比如,軍隊的快速部署、惡劣環(huán)境下的科考、自然災(zāi)害后的救援與重建等。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種無中心對等式的多跳網(wǎng)絡(luò)，不需要中心基礎(chǔ)設(shè)施同時可以快速靈活建立，因而得到越來越廣泛的應(yīng)用。
　　波束成形天線波束集中的特性帶來了傳輸距離遠，抗干擾能力強，截獲率低，空分復用率高等方面的優(yōu)勢，被越來越多的應(yīng)用到 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中。但是，波束成形天線在帶來性能提

2、升的同時，也給鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)和移動狀態(tài)下的MAC層協(xié)議設(shè)計帶來了困難。
　　鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點相互之間建立鏈路的過程，是網(wǎng)絡(luò)初始化拓撲建立的基礎(chǔ)。針對此問題，本文提出了一種基于波束成形天線的異步鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)協(xié)議，SAND-B。該協(xié)議通過全向發(fā)現(xiàn)和定向發(fā)現(xiàn)兩個階段實現(xiàn)鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)。在全向發(fā)現(xiàn)階段，節(jié)點通過 DOA估計獲得鄰居節(jié)點的方向，在定向發(fā)現(xiàn)階段通過慢速掃描機制和快速回復機制交換節(jié)點的ID信息。本文對整個發(fā)現(xiàn)過程

3、建立了數(shù)學模型，并通過理論分析推導了鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程所需要使用的最優(yōu)參數(shù)。同時，本文還在定向發(fā)現(xiàn)階段提出了一種自適應(yīng)周期長度的方法，加速鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程。通過OPNET對協(xié)議性能進行了仿真分析和驗證，仿真結(jié)果表明本文提出的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)協(xié)議顯著提升了初始化組網(wǎng)的速度。
　　MAC層主要解決多個節(jié)點共享信道的問題，介于網(wǎng)絡(luò)層和物理層之間，對于系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能有著重要影響。本文針對使用波束成形天線的節(jié)點在移動狀態(tài)下MAC層協(xié)議設(shè)計的問題，

4、提出了一種結(jié)合拓撲維護的MAC層協(xié)議，TM-MAC。協(xié)議分為搜索、輪詢和數(shù)據(jù)傳輸三個階段。在搜索階段，節(jié)點之間進行新的鄰居節(jié)點關(guān)系的發(fā)現(xiàn)并規(guī)劃輪詢階段的時隙。在輪詢階段，節(jié)點通過周期性的掃描跟蹤?quán)従庸?jié)點并規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸階段的時隙。在數(shù)據(jù)傳輸階段，節(jié)點基于規(guī)劃的時隙進行數(shù)據(jù)傳輸。三個階段均使用了類似 RTS/CTS的握手機制檢測沖突，進一步增強了對于節(jié)點移動的適應(yīng)性。仿真結(jié)果顯示本文提出的協(xié)議可以適應(yīng)不同移動場景的需求，擁有良好的網(wǎng)絡(luò)性能。