基于邻居波束对准与跟踪的移动ad hoc网络定向接入协议研究

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1、中图分类号：TN915论文编号：102870416-SZ009学科分类号：085208硕士学位论文基于邻居波束对准与跟踪的移动AdHoc网络定向接入协议研究研究生姓名张雅静学科、专业电子与通信工程研究方向无线通信网络指导教师朱钢副教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringAMACprotocolresearchbasedonneig

2、hborbeamalignmentandtrackingformobileadhocnetworkswithdirectionalantennasAThesisinEngineeringmaster,ElectronicandCommunicationEngineeringbyYaJingZhangAdvisedbyAssoc.Prof.GangZhuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015承诺书本人声明所呈交的博/

3、硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要定向无线自组织网络具有节点单跳传输距离远，空分复用率和网络吞吐量高等优势，受到了研究人员广泛的关注。本文针对移动Ad

4、Hoc网络定向信道接入控制协议展开研究，提出了基于邻居波束对准与跟踪的移动AdHoc网络定向接入协议（AT-MAC）的总体设计方案。该方案将全网节点时间轴同步划分为连续相等的时帧，每个时帧分为邻居发现、邻居跟踪和数据传输三个阶段。邻居发现阶段通过基于几何法的邻居波束对准机制发现邻居节点，并通过随机预约机制约定跟踪子时隙号；邻居跟踪阶段利用天线DOA功能与基于链路断开时间预测的邻居波束跟踪机制周期性跟踪已发现的邻居节点并预约数据传输阶段的子时隙；数据传输阶段用于邻居节点间定向传输数据包。以上述总体设计方案为框架，本文的主要创新性成果包括：（1）针对定向天线―聋

5、‖的特性，提出了基于随机退避与三次握手策略的邻居发现机制。该机制采用马尔科夫链对波束对准请求帧发送过程中的随机退避机制建模，得出稳态概率表达式，进而结合几何计算的方法得出波束扫描对准概率的表达式。数值模拟与仿真结果证明，与现有的典型定向时分邻居发现机制相比，该机制可以有效提高定向无线自组织网络的邻居发现效率。以上述模型为基础，分析并讨论了影响邻居发现概率的参数，为AT-MAC协议中邻居发现机制参数的设置提供了依据。（2）针对节点移动特性，利用天线DOA功能，提出了基于链路断开时间预测的邻居波束跟踪机制。该机制通过周期性发跟踪包来确定并更新邻居节点位置。跟踪周

6、期是影响邻居跟踪效率和网络吞吐量性能的重要参数。通过建立节点二维平面运动模型，根据节点之间的相对速率的概率密度、节点之间的距离以及节点相对运动，推导出波束对准的节点间链路断开时间的分布函数。仿真结果证明了运动模型和链路断开时间分布函数的正确性。进一步对链路断开时间分布函数的数值结果进行分析，得出了跟踪周期与跟踪效率和数据传输效率之间的关系，为AT-MAC协议中邻居跟踪参数的设置提供了依据。以上述研究结论为基础，在网络仿真环境中对本文提出的AT-MAC协议进行了仿真与性能分析。首先给出了不同网络节点数条件下可获得最佳饱和吞吐量的时帧长度区间；其次针对不同网络负

7、载、网络节点数和业务流数量对比AT-MAC协议与现有同类协议网络性能。仿真结果证明：在网络负载和业务流数量趋于饱和的情况下，本文提出的AT-MAC协议比现有同类协议能获得更高的吞吐量，并且在邻居节点数较多情况下更能突出AT-MAC协议的优势。关键词：定向自组织网络，邻居发现，邻居跟踪，波束对准，链路断开时间i南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文ABSTRACTDirectionalwirelessadhocnetworks,whichhavetheadvantagesofsinglehopandsinglehoptransmission,highspa

8、cedivisionmultiplexingrate