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国防科学技术大学
硕士学位论文
基于定向和全向天线的混合式无线AdHoc网络中MAC协议的研究
姓名:丁艳荣
申请学位级别:硕士
专业:计算机科学与技术
指导教师:王晓东
2010-11
国防科学技术大学硕士研究生院学位论文
摘要
作为 21 世纪重要的技术之一,无线 Ad Hoc 网络受到了广大研究者的关注,
并得到了广泛应用。天线技术的发展给无线 Ad Hoc 网络带来众多好处的同时,又
使其面临诸多挑战,作为网络协议栈中重要组成部分的 MAC 协议尤为突出。
相比于传统的基于全向天线的 MAC 协议,定向 MAC 协议充分利用定向天线
的方向性增大网络节点的传输范围,减少节点间的干扰,进而提高整个网络的性
能。在基于定向和全向天线的混合式无线 Ad Hoc 网络中,定向 MAC 协议面临新
的隐藏终端问题和“聋”问题。针对这些问题,本文提出了基于多跳 RTS/CTS 和天
线嵌套循环旋转的混合式 MAC 协议-NCDMAC。
NCDMAC 协议利用 RTS/多跳 CTS+多跳 RTS/CTS 机制解决通信不对称问题,
减少隐藏终端问题的产生,并采用天线嵌套旋转两周的方式减少“聋”问题的产生。
同时,NCDMAC 协议还采用新的退避机制,使转发节点和非转发节点能正确设置
NAV 或 DNAV,以解决转发节点如何退避的问题。
为验证 NCDMAC 协议的正确性,文中利用马尔可夫链对混合式 DCF 进行建
模,推导出 NCDMAC 协议在理想信道状态下的饱和吞吐量、饱和时延和饱和丢包
率,并利用数学工具 Matlab 计算出在不同节点数目的网络中这三种参数的分布情
况。计算和分析结果表明:NCDMAC 协议在理想信道条件下的饱和吞吐量和
MMAC 以及 Circular-MAC 相当,饱和时延则会偏大,饱和丢包率偏小。
文中还在 NS-2 下实现了 NCDMAC 协议,并和 DMAC、MMAC 以及
Circular-MAC 协议进行了比较。模拟测试表明:NCDMAC 协议在增加一定通信时
延的情况下,能够解决混合网络下的“聋”问题和隐藏终端问题,并带来比 DMAC、
MMAC 和 Circular-MAC 协议更大的网络吞吐量,适合于对吞吐量要求高而对时延
要求低的网络。
总之,我们为基于定向和全向天线的混合式无线 Ad Hoc 网络设计了一种 MAC
协议-NCDMAC,并且做了大量实验。研究结果具有较好的理论和实践价值。
关键词:无线 Ad Hoc 网络,定向天线技术,定向 MAC 协议,马尔可夫链
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国防科学技术大学硕士研究生院学位论文
Abstract
As one of the important technologies in the 21st century, Wireless Ad Hoc
Networks have attracted a great deal of concerns and are widely used. The development
of directional antennas brings lots of advantages into Wireless Ad works while
makes them face with a lot of challenges, especially the Media Access Control Protocol
which is a vital part in work protocol stack.
pared with traditional MAC protocols based on omni-directional antennas,
directional MAC protocol takes full advantage of the direction of the antennas to
increase spatial reuse, alleviate munication interference and improve the whole
throughput. In the hybrid Wireless Ad works, directional MAC protocol
imposes some new hidden terminal problems and deafness problems. In order to address
these problems, we designed a hybrid MAC protocol calle