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
本文关键词：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
更多相关文章： 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
【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 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Ad Hoc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‖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
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-11
- 缩略词11-13
- 第一章 绪论13-21
- 1.1 研究背景13-14
- 1.2 定向天线简介14-18
- 1.2.1 定向天线的基本概念15-16
- 1.2.2 定向天线的天线模型16-17
- 1.2.3 定向天线的工作模式17
- 1.2.4 定向天线的传输和接收模式17-18
- 1.3 研究思路及意义18-19
- 1.4 论文组织结构19-21
- 第二章 协议总体设计方案21-32
- 2.1 引言21
- 2.2 相关工作概述21-26
- 2.2.1 基于异步随机接入的定向天线MAC协议21-24
- 2.2.2 基于时分的定向天线MAC协议24-26
- 2.3 总体设计方案及优势分析26-30
- 2.3.1 方案设计思路26-27
- 2.3.2 协议总体设计方案27-29
- 2.3.3 协议优势分析29-30
- 2.4 本章小结30-32
- 第三章 基于几何法的邻居波束对准机制建模与性能分析32-45
- 3.1 引言32
- 3.2 RBTH-ND机制基本思想32-33
- 3.3 RBTH-ND机制建模分析33-37
- 3.3.1 随机退避过程马尔科夫链模型33-34
- 3.3.2 邻居发现概率分析34-37
- 3.4 数值模拟与仿真分析37-44
- 3.4.1 PMAC与RBTH-ND对比与分析37-38
- 3.4.2 仿真验证邻居发现概率38-40
- 3.4.3 影响邻居发现概率的因素40-42
- 3.4.4 求最优发现子帧数42-44
- 3.5 本章小结44-45
- 第四章 基于链路断开时间预测的邻居波束跟踪机制45-56
- 4.1 引言45
- 4.2 基于链路断开时间预测的波束跟踪机制45-46
- 4.3 运动模型分析46-51
- 4.3.1 运动模型状态46-47
- 4.3.2 运动模型分析47-51
- 4.4 仿真与结果分析51-55
- 4.4.1 模型有效性验证51-54
- 4.4.2 影响跟踪性能的因素54-55
- 4.5 本章小结55-56
- 第五章 AT-MAC协议性能仿真与分析56-63
- 5.1 引言56
- 5.2 协议参数设置56-57
- 5.3 协议性能仿真57-62
- 5.3.1 时帧长度对网络饱和吞吐量的影响57-58
- 5.3.2 不同网络负载下网络吞吐量的变化58-60
- 5.3.3 不同网络节点数下网络吞吐量的变化60-61
- 5.3.4 不同业务流下网络吞吐量的变化61-62
- 5.4 本章小节62-63
- 第六章 总结与展望63-65
- 6.1 研究总结63-64
- 6.2 研究展望64-65
- 参考文献65-71
- 致谢71-72
- 在学期间的研究成果及发表的学术论文72
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，本文编号：1053695
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