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基于定向天线的战术波形媒体接入控制协议研究

发布时间:2018-03-23 21:19

  本文选题:高频段组网波形 切入点:战术无线通信网络 出处:《北京交通大学》2017年硕士论文


【摘要】:近年来,战术互联网技术在军事信息化领域迅速发展。它是应用于战场环境下多跳的无中心的移动无线自组织网络,该网络可以实现战场复杂环境下的数据、话音和视频的一体化可靠传输。链路层接入访问控制协议决定了战术互联网中移动节点接入无线信道的方式和它们能获得的无线信道资源最大数量。优化接入控制协议可以有效的提高整个网络的性能。针对战术互联网接入控制协议的研究具有重要的理论和现实意义。本文主要针对战术互联网链路层的关键技术进行研究,重点研究了定向天线邻居发现算法、分布式动态时隙分配算法、链路管理和队列管理等。本文旨在设计一套基于定向天线空分复用思想的媒体接入控制协议,从而实现网络资源的高效重用,大幅提升战术互联网的性能。文章提出了基于定向天线的媒体接入控制协议(DMAC),具体围绕协议的系统结构设计、协议框架设计、运行逻辑设计和动态无线资源管理四个研究方向展开理论研究;改进了现有邻居发现算法、时隙分配算法、链路管理和队列管理。文章主要研究工作和成果包括以下几个方面:(1)创新性的设计了 DMAC协议,改进了链路层的帧结构,提出了全向天线与定向天线协同工作的双信道运行模式。这种设计既解决了全向天线传输速率低、网络容量小、干扰大的问题,又解决了定向天线的邻居发现时间复杂度高的问题。(2)改进了邻居发现算法。邻居发现是战术互联网组网的前提和基础,USAP等协议的邻居发现间隔时间较长,存在着逻辑邻居关系和实际邻居关系不同步的问题,DMAC协议有效的解决了这一问题。(3)优化了分布式的动态时隙分配算法,在USAP协议两跳外时隙复用的基础上,DMAC实现了一跳外的时隙复用,明显提高了无线信道的资源利用率,从而提升网络的吞吐能力。此外,本文还设计了控制信令的分组报文格式,解决了复杂战场环境下控制信令丢失导致的时隙资源冲突问题。为了对DMAC协议进行评价,本文在OPNET网络仿真平台下设计并实现了战术互联网高频组网波形的网络模型、节点模型、进程模型和天线模型。设计了多组仿真场景,将TDMA、USAP和本文提出的DMAC协议对比,收集并分析了三种协议的端到端延迟、吞吐量、时隙复用率、丢包率等重要网络性能参数。结果表明DMAC协议相比TDMA和USAP性能明显提升。
[Abstract]:In recent years, tactical Internet technology has developed rapidly in the field of military informatization. It is a multi-hop mobile wireless ad hoc network with no center in battlefield environment, which can realize data in complex battlefield environment. Integrated reliable transmission of voice and video. Link layer access control protocol determines the way in which mobile nodes access wireless channels in tactical internet and the maximum number of wireless channel resources they can obtain. Optimization of access control. The protocol can effectively improve the performance of the whole network. The research of tactical Internet access control protocol has important theoretical and practical significance. This paper mainly focuses on the key technologies of tactical Internet link layer. This paper focuses on the research of directional antenna neighbor discovery algorithm, distributed dynamic slot allocation algorithm, link management and queue management, etc. This paper aims to design a set of media access control protocol based on the idea of directional antenna spatial division multiplexing. In order to realize the efficient reuse of network resources and greatly improve the performance of tactical Internet, a media access control protocol based on directional antenna is proposed in this paper, which focuses on the system structure design and protocol framework design of the protocol. Four research directions of running logic design and dynamic wireless resource management are carried out, and the existing neighbor discovery algorithm and slot allocation algorithm are improved. Link management and queue management. The main research work and achievements in this paper include the following aspects: 1) innovative design of DMAC protocol to improve the frame structure of link layer. This paper presents a dual channel operation mode in which omnidirectional antenna and directional antenna work together. This design not only solves the problems of low transmission rate of omnidirectional antenna, small network capacity and large interference, but also solves the problems of low transmission rate of omnidirectional antenna, small network capacity and large interference. It also solves the problem of high time complexity of neighbor discovery for directional antenna. (2) improves neighbor discovery algorithm. Neighbor discovery is the premise of tactical Internet networking and the neighbor discovery interval is longer for the basic protocols such as USAP. There is a problem that logical neighbor relationship and actual neighbor relationship are out of sync. DMAC protocol solves this problem effectively.) the distributed dynamic slot allocation algorithm is optimized. On the basis of two-hop external time slot multiplexing (USAP) protocol, a one-hop time-slot multiplexing is implemented, which improves the resource utilization of wireless channel and improves the throughput of the network. In addition, a packet packet format for controlling signaling is also designed in this paper. In order to evaluate the DMAC protocol, this paper designs and implements the network model of high-frequency network waveform of tactical Internet based on OPNET network simulation platform. Node model, process model and antenna model. The simulation scenarios are designed. The end-to-end delay, throughput, time slot reuse rate of the three protocols are collected and analyzed by comparing TDMA-USAP with the DMAC protocol proposed in this paper. The results show that the performance of DMAC protocol is much better than that of TDMA and USAP.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP393.04

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本文编号:1655195

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