本文關(guān)鍵詞：基于鄰居波束對準與跟蹤的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)定向接入?yún)f(xié)議研究

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【摘要】：定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點單跳傳輸距離遠,空分復(fù)用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量高等優(yōu)勢,受到了研究人員廣泛的關(guān)注。本文針對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)定向信道接入控制協(xié)議展開研究,提出了基于鄰居波束對準與跟蹤的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)定向接入?yún)f(xié)議(AT-MAC)的總體設(shè)計方案。該方案將全網(wǎng)節(jié)點時間軸同步劃分為連續(xù)相等的時幀,每個時幀分為鄰居發(fā)現(xiàn)、鄰居跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸三個階段。鄰居發(fā)現(xiàn)階段通過基于幾何法的鄰居波束對準機制發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點,并通過隨機預(yù)約機制約定跟蹤子時隙號;鄰居跟蹤階段利用天線DOA功能與基于鏈路斷開時間預(yù)測的鄰居波束跟蹤機制周期性跟蹤已發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點并預(yù)約數(shù)據(jù)傳輸階段的子時隙;數(shù)據(jù)傳輸階段用于鄰居節(jié)點間定向傳輸數(shù)據(jù)包。以上述總體設(shè)計方案為框架,本文的主要創(chuàng)新性成果包括:(1)針對定向天線 聾‖的特性,提出了基于隨機退避與三次握手策略的鄰居發(fā)現(xiàn)機制。該機制采用馬爾科夫鏈對波束對準請求幀發(fā)送過程中的隨機退避機制建模,得出穩(wěn)態(tài)概率表達式,進而結(jié)合幾何計算的方法得出波束掃描對準概率的表達式。數(shù)值模擬與仿真結(jié)果證明,與現(xiàn)有的典型定向時分鄰居發(fā)現(xiàn)機制相比,該機制可以有效提高定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)的鄰居發(fā)現(xiàn)效率。以上述模型為基礎(chǔ),分析并討論了影響鄰居發(fā)現(xiàn)概率的參數(shù),為AT-MAC協(xié)議中鄰居發(fā)現(xiàn)機制參數(shù)的設(shè)置提供了依據(jù)。(2)針對節(jié)點移動特性,利用天線DOA功能,提出了基于鏈路斷開時間預(yù)測的鄰居波束跟蹤機制。該機制通過周期性發(fā)跟蹤包來確定并更新鄰居節(jié)點位置。跟蹤周期是影響鄰居跟蹤效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能的重要參數(shù)。通過建立節(jié)點二維平面運動模型,根據(jù)節(jié)點之間的相對速率的概率密度、節(jié)點之間的距離以及節(jié)點相對運動,推導(dǎo)出波束對準的節(jié)點間鏈路斷開時間的分布函數(shù)。仿真結(jié)果證明了運動模型和鏈路斷開時間分布函數(shù)的正確性。進一步對鏈路斷開時間分布函數(shù)的數(shù)值結(jié)果進行分析,得出了跟蹤周期與跟蹤效率和數(shù)據(jù)傳輸效率之間的關(guān)系,為AT-MAC協(xié)議中鄰居跟蹤參數(shù)的設(shè)置提供了依據(jù)。以上述研究結(jié)論為基礎(chǔ),在網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境中對本文提出的AT-MAC協(xié)議進行了仿真與性能分析。首先給出了不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)條件下可獲得最佳飽和吞吐量的時幀長度區(qū)間;其次針對不同網(wǎng)絡(luò)負載、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)和業(yè)務(wù)流數(shù)量對比AT-MAC協(xié)議與現(xiàn)有同類協(xié)議網(wǎng)絡(luò)性能。仿真結(jié)果證明:在網(wǎng)絡(luò)負載和業(yè)務(wù)流數(shù)量趨于飽和的情況下,本文提出的AT-MAC協(xié)議比現(xiàn)有同類協(xié)議能獲得更高的吞吐量,并且在鄰居節(jié)點數(shù)較多情況下更能突出AT-MAC協(xié)議的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：定向自組織網(wǎng)絡(luò) 鄰居發(fā)現(xiàn) 鄰居跟蹤 波束對準 鏈路斷開時間
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 縮略詞11-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 定向天線簡介14-18
• 1.2.1 定向天線的基本概念15-16
• 1.2.2 定向天線的天線模型16-17
• 1.2.3 定向天線的工作模式17
• 1.2.4 定向天線的傳輸和接收模式17-18
• 1.3 研究思路及意義18-19
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第二章 協(xié)議總體設(shè)計方案21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 相關(guān)工作概述21-26
• 2.2.1 基于異步隨機接入的定向天線MAC協(xié)議21-24
• 2.2.2 基于時分的定向天線MAC協(xié)議24-26
• 2.3 總體設(shè)計方案及優(yōu)勢分析26-30
• 2.3.1 方案設(shè)計思路26-27
• 2.3.2 協(xié)議總體設(shè)計方案27-29
• 2.3.3 協(xié)議優(yōu)勢分析29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第三章 基于幾何法的鄰居波束對準機制建模與性能分析32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 RBTH-ND機制基本思想32-33
• 3.3 RBTH-ND機制建模分析33-37
• 3.3.1 隨機退避過程馬爾科夫鏈模型33-34
• 3.3.2 鄰居發(fā)現(xiàn)概率分析34-37
• 3.4 數(shù)值模擬與仿真分析37-44
• 3.4.1 PMAC與RBTH-ND對比與分析37-38
• 3.4.2 仿真驗證鄰居發(fā)現(xiàn)概率38-40
• 3.4.3 影響鄰居發(fā)現(xiàn)概率的因素40-42
• 3.4.4 求最優(yōu)發(fā)現(xiàn)子幀數(shù)42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于鏈路斷開時間預(yù)測的鄰居波束跟蹤機制45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 基于鏈路斷開時間預(yù)測的波束跟蹤機制45-46
• 4.3 運動模型分析46-51
• 4.3.1 運動模型狀態(tài)46-47
• 4.3.2 運動模型分析47-51
• 4.4 仿真與結(jié)果分析51-55
• 4.4.1 模型有效性驗證51-54
• 4.4.2 影響跟蹤性能的因素54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 AT-MAC協(xié)議性能仿真與分析56-63
• 5.1 引言56
• 5.2 協(xié)議參數(shù)設(shè)置56-57
• 5.3 協(xié)議性能仿真57-62
• 5.3.1 時幀長度對網(wǎng)絡(luò)飽和吞吐量的影響57-58
• 5.3.2 不同網(wǎng)絡(luò)負載下網(wǎng)絡(luò)吞吐量的變化58-60
• 5.3.3 不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)下網(wǎng)絡(luò)吞吐量的變化60-61
• 5.3.4 不同業(yè)務(wù)流下網(wǎng)絡(luò)吞吐量的變化61-62
• 5.4 本章小節(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 研究總結(jié)63-64
• 6.2 研究展望64-65
• 參考文獻65-71
• 致謝71-72
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72

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本文編號：1053695