基于新型物理层技术的自组网MAC协议研究

发布时间：2020-09-18 14:12

　　移动自组织网络是一种无中心、自组织的无线网络,因其快速部署、抗毁性强等特点正在得到越来越广泛的应用,是未来无线通信网络的关键技术。定向天线是一种新型的物理层技术,具有传输距离远、传输速率高、抗干扰能力强的特点。为了提升移动自组织网络的性能,宽带自组网通信设备越来越多地采用定向天线。相对于全向传输,定向成功传输的条件更为严格,如何实现分布式的链路调度成为定向自组网的MAC协议的关键技术。同时,如何充分利用定向传输的空间复用增益来提高整个网络的吞吐能力,成为定向自组网性能优化的关键问题。本文研究的自组网设备采用“全向+定向”的传输方式,在定向天线的基础上增加一部支持多方向同时接收的全向天线,用于节点快速入网和控制信息的接收。MAC协议的设计基于TDMA协议,重点进行了两个部分的研究,一是基于干扰抑制的分布式链路调度算法,二是链路共存测试算法。链路调度采用时隙预分配和动态预约相结合的方式,针对时隙动态预约必需的筛除干扰时隙过程,提出一种利用角度值来量化干扰波束覆盖范围的干扰时隙判定方法,有效地降低了预约链路引入的网络干扰。链路共存测试通过实际的链路传输来测试新建立的链路是否存在干扰,并对干扰链路进行释放。采用将共存测试过程“织入”链路调度过程的方式,极大地降低了共存测试所耗费的时间;针对参与测试链路的选择,提出了一种基于全向接收检测的选择方法,只将那些具有较大可能性产生干扰或被干扰的链路纳入测试的范围,既减少了共存测试耗费的开销也提高了测试的有效性;测试出干扰存在即对干扰链路进行释放,尽可能地减少时隙资源的浪费。本文使用OPNET仿真工具对所设计的移动自组织网络MAC协议进行建模仿真,通过设置不同的网络拓扑、节点密度和业务负载等参数来检验链路调度算法和共存测试算法的性能。仿真结果表明,基于干扰抑制的链路调度算法可以有效地筛除干扰时隙,从而降低链路干扰,而在增加了链路共存测试算法后,网络中干扰链路的数量进一步地减少,网络的吞吐量等性能得到有效的提升。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

示意图,实际仿真,示意图,链路

接收完成后回到空闲状态。在实际的 OPNET 进程模型编辑器中，关于 IS-TDMA 协议的进程模型编写如图4.4 所示，图中在进入 INIT_NET 状态机之前的部分，全部用于节点的建网和入网过程，而之后的 NET 状态的各种状态转移过程用于链路调度和链路共存测试。图 4.4 实际仿真中的进程模型示意图

示意图,节点模,示意图,模块

图 4.5 节点模型示意图块，用于产生向网络中其他节点发送的业务产生的速率进行控制；负责接收下层行业务接收统计。议模块，调用 4.1.2 节编写的进程模型，是天线控制模块，用于控制定向天线调整指和全向模式之间的切换。：无线发/收信机模块，用于将来自上层模送至上层模块。ntenna：定向/全向天线模块，定向天线用线用于控制数据的辅助接收，Antenna 模型

示意图,拓扑模型,示意图

第四章计算机仿真与结果分析封装有节点模型的设备节点，并且对网络场景的区域大小和节点的通信距离等进置。本文所使用的仿真场景为一块20k m 20km大小的区域，单个节点的最大通离为15km，场景中节点的数量以及所有节点构成的拓扑形状可以根据不同的仿求进行修改。如图 4.6a 和图 4.6b 即为常见的全连通网络和多跳网络的拓扑模型

【参考文献】