一種基于定向天線的自組網(wǎng)多址接入?yún)f(xié)議*

宋 滔,白 翔(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所,四川成都610041)

一種基于定向天線的自組網(wǎng)多址接入?yún)f(xié)議*

宋 滔,白 翔
(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所,四川成都610041)

文中提出一種基于定向天線的自組織網(wǎng)多址接入?yún)f(xié)議DA-STDMA。該協(xié)議利用方向性天線定向波束增益特性,保證在高速可靠傳輸條件下,提升系統(tǒng)的容量,同時(shí)可以防止信息截獲,提升系統(tǒng)的抗干擾性能。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算,DA-STDMA協(xié)議在信道利用率上與采用全向天線相比有顯著提高。文中建立了DA-STDMA協(xié)議仿真模型,通過(guò)對(duì)比空間復(fù)用度、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等系統(tǒng)性能,DASTDMA協(xié)議利用定向天線比全向天線性能有明顯提升。同時(shí)仿真研究也表明,定向天線的定位算法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)建鏈的收斂時(shí)間產(chǎn)生一定影響。

定向天線 多址接入控制 信道利用率 空間復(fù)用度

0 引 言

目前,將自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)軍事系統(tǒng)的大多數(shù)研究都是使用基于全向天線[1]的簡(jiǎn)單射頻物理層方案。采用全向天線會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題:1)低數(shù)據(jù)速率;2)在業(yè)務(wù)流量需要的范圍內(nèi)鏈路的富余量不足;3)不可控制的空間射頻信號(hào);4)對(duì)干擾極其敏感以致無(wú)法工作;5)信道復(fù)用共享效率低。因此,很多文獻(xiàn)[2-5]研究了利用高增益定向天線來(lái)解決上述問(wèn)題。但是,在由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用定向天線時(shí),要求在鏈路的發(fā)送和接收兩端保持天線方向的協(xié)調(diào)一致。為了支持快響應(yīng)和高動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò),需要應(yīng)用一種算法或協(xié)議來(lái)控制大量具有定向天線的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的通信。

基于定向天線的通信協(xié)議研究由鏈路調(diào)度由算法、協(xié)議和軟件組成,它們能夠從網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的定向天線對(duì)中自適應(yīng)地調(diào)度各個(gè)連接,以提供完整的網(wǎng)絡(luò)連通性,滿足聚集業(yè)務(wù)流的通信要求,支持與鄰居節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)量流量高度變化的數(shù)據(jù)交換。

目前,很多文獻(xiàn)重點(diǎn)研究[6-8]了利用CSMA (Carrier Sense Multiple Access)競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)定向天線在自組織網(wǎng)中的應(yīng)用。本文研究的重點(diǎn)是在高速率數(shù)據(jù)鏈路兩端(如發(fā)送和接收端)使用定向天線,結(jié)合TDMA(Time Division Multiple Access)機(jī)制,對(duì)上述5種問(wèn)題提出了合理的解決辦法。鏈路兩端的定向增益提供了更多的鏈路功率裕度[9],以支持空-空、空-地實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)率和更遠(yuǎn)距離的通信。它能大大降低射頻信號(hào)在不需要方向上的強(qiáng)度,減輕接收機(jī)的易受干擾性(雖然這在一定程度上取決于天線的旁瓣特性)。最后,由于天線的定向增益決定了輻射能量的空間抑制特點(diǎn),使多對(duì)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)無(wú)干擾地占有相同的空-時(shí)-頻域。

本文提出了一種新的媒體接入層協(xié)議—DASTDMA(Direction Antenna based Space Time Division Multiple Access),結(jié)合天線的全向與定向應(yīng)用模式,實(shí)現(xiàn)TDMA機(jī)制下的空間復(fù)用。利用定向天線特性,使同時(shí)使用的射頻信道的數(shù)量最大化。結(jié)合全向天線獲得鄰居節(jié)點(diǎn)的定位信息。該協(xié)議能夠同時(shí)支持每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的多束電波和射頻信道,因而創(chuàng)建了一個(gè)低時(shí)延的充分連通的網(wǎng)絡(luò),而非創(chuàng)建一個(gè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有單波束單射頻信道的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)仿真驗(yàn)證了在定向與全向天線時(shí)協(xié)議的性能提升。

1 基于定向天線的多址接入?yún)f(xié)議

1.1 鏈路空分原理

DA-STDMA協(xié)議利用方向性天線,實(shí)現(xiàn)沒(méi)有干擾的兩對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的同時(shí)通信,有效提高信道利用率。該協(xié)議采用基于鏈路空分的方法實(shí)現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量?；阪溌返目辗衷砣鐖D1所示:

圖1 基于鏈路的空分原理Fig.1 Space division theory based on links

從圖1與圖2中可以看到,節(jié)點(diǎn)A與B占用了時(shí)隙1的鏈路,同時(shí)節(jié)點(diǎn)D與E也占用了時(shí)隙1的鏈路,利用定向天線倆倆對(duì)齊,沒(méi)有干擾,實(shí)現(xiàn)空分通信。STDMA協(xié)議采用基于鏈路的空分技術(shù)就利用了定向天線的特點(diǎn),有效提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

圖2 每條鏈路占用時(shí)隙Fig.2 Assigned slot for each link

1.2 節(jié)點(diǎn)初始同步入網(wǎng)流程

DA-STDMA協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是時(shí)間同步。同步信息攜帶TOD信息(TOD信息精確到ms級(jí),在DS-STDMA協(xié)議中保留足夠多的比特位攜帶TOD信息),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘,隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮鴶?shù)的增加逐級(jí)擴(kuò)展時(shí)間信息,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步。初始組網(wǎng)時(shí),設(shè)置主節(jié)點(diǎn)時(shí)間等級(jí)最高,其他節(jié)點(diǎn)時(shí)間等級(jí)最低,時(shí)間等級(jí)隨著與主節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮鴶?shù)增加而逐級(jí)降低。

準(zhǔn)備入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)首先要完成時(shí)間同步后才能實(shí)施鏈路層協(xié)議,實(shí)現(xiàn)對(duì)信道接入的公平分配。發(fā)起組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為主節(jié)點(diǎn),同時(shí)設(shè)置一個(gè)備用節(jié)點(diǎn)防止主節(jié)點(diǎn)失效時(shí),由備用節(jié)點(diǎn)發(fā)起全網(wǎng)同步。為了避免節(jié)點(diǎn)之間同步的通信“死區(qū)”,要求準(zhǔn)備入網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)開(kāi)機(jī)時(shí)都按民用時(shí)間校準(zhǔn)一次,使得節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間誤差小于同步雙方允許的最大時(shí)間偏差,保證全網(wǎng)能正常同步組網(wǎng)。

主節(jié)點(diǎn)的時(shí)間等級(jí)最高,與之拓?fù)渚嚯x為1跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)時(shí)間等級(jí)次之,2跳節(jié)點(diǎn)比1跳節(jié)點(diǎn)的時(shí)間等級(jí)再低些,依次類推。時(shí)間同步信息中包含有節(jié)點(diǎn)的等級(jí)信息,當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到的時(shí)間等級(jí)信息高于本地,則修改本地時(shí)間;如果接收到的時(shí)間信息等級(jí)低于或等于本地,則本地時(shí)間信息不作修改。網(wǎng)絡(luò)同步完成標(biāo)志是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間都完成了校準(zhǔn)。

1.3 鄰居節(jié)點(diǎn)的全向定位機(jī)制

如圖2所示,TDMA的一個(gè)時(shí)元結(jié)構(gòu)中包含全向開(kāi)銷和定向傳輸時(shí)隙。全向開(kāi)銷分配給每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送本地的位置信息,接收到鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息,本地節(jié)點(diǎn)更新自己的鄰居節(jié)點(diǎn)位置信息表,從而為后續(xù)的定向鏈路分配做準(zhǔn)備。

在DA-TDMA協(xié)議中,一個(gè)時(shí)元分為全向開(kāi)銷時(shí)隙和定向鏈路時(shí)隙,如圖2所示,在全向開(kāi)銷時(shí)隙中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配固定的時(shí)隙,在該時(shí)隙內(nèi)發(fā)送本地節(jié)點(diǎn)的位置信息,鄰居節(jié)點(diǎn)接收到該信息后,更新自己的鄰居節(jié)點(diǎn)信息表,全向開(kāi)銷中全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)都能發(fā)送一次本地的位置信息。通過(guò)接全向時(shí)隙獲得鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息,在定向鏈路時(shí)隙內(nèi),節(jié)點(diǎn)將定向波束對(duì)準(zhǔn)鄰居節(jié)點(diǎn)。

定向天線采用多波束,如采用60度波束寬度,則全向一共有6個(gè)波束,當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向的鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí),該方向上的波束有效,其他方向上的波束增益受到天線抑制,實(shí)現(xiàn)定向傳輸。

在定向鏈路階段,每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)獲得的鄰居節(jié)點(diǎn)位置信息表,完成鏈路的干擾探測(cè)與建鏈過(guò)程,干擾探測(cè)與鏈路的建立時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有關(guān)。

1.4 鏈路干擾探測(cè)與建鏈

基于方向性天線的建鏈過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)是干擾判斷,通過(guò)借鑒CSMA機(jī)制干擾探測(cè)的方式,DA-STDMA協(xié)議采用主動(dòng)探測(cè)的方法,通過(guò)發(fā)送干擾探測(cè)包,判斷是否接收到正確的回復(fù)確定該條鏈路是否有干擾。主鏈干擾探測(cè)流程如下:

1)本地節(jié)點(diǎn)依據(jù)本地鏈路使用情況以及需要建鏈的目的節(jié)點(diǎn)鏈路使用情況,選擇可用鏈路號(hào)。

2)本地節(jié)點(diǎn)在全向時(shí)隙內(nèi)發(fā)起建鏈探測(cè)申請(qǐng),該申請(qǐng)攜帶本地節(jié)點(diǎn)位置信息、目的鄰居節(jié)點(diǎn)地址、選擇的鏈路號(hào)。目的節(jié)點(diǎn)接收到該申請(qǐng)后,在該時(shí)元后續(xù)對(duì)應(yīng)的TDMA時(shí)隙號(hào)中將定向天線對(duì)準(zhǔn)源節(jié)點(diǎn)。本地節(jié)點(diǎn)通過(guò)全向階段獲得的目的節(jié)點(diǎn)位置信息,在該時(shí)隙中將天線對(duì)準(zhǔn)目的節(jié)點(diǎn)。

3)在本時(shí)元內(nèi)探測(cè)鏈路號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)隙中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的天線對(duì)準(zhǔn),判斷是否受到干擾,這類干擾主要判斷是否收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包。

4)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的天線在申請(qǐng)鏈路內(nèi)一直對(duì)準(zhǔn),一直探測(cè)至少3表時(shí)元。如果目的節(jié)點(diǎn)如果沒(méi)有受到干擾,則在此時(shí)幀內(nèi)回復(fù)無(wú)干擾,并在對(duì)應(yīng)的鏈路時(shí)隙內(nèi)與源節(jié)點(diǎn)相互發(fā)探測(cè)包,發(fā)探測(cè)包有2個(gè)目的:一是幫助別對(duì)節(jié)點(diǎn)建鏈探測(cè)是否受到該對(duì)節(jié)點(diǎn)的干擾;二是目的節(jié)點(diǎn)是否正確接收到探測(cè)包能判斷是否受到其他節(jié)點(diǎn)的干擾。

5)探測(cè)3個(gè)時(shí)元中,源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)都受到干擾,則回到1),否則到4)。

6)如果建鏈的源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)都沒(méi)有受到干擾,則源節(jié)點(diǎn)更新本地的鏈路信息表以及將鏈路信息表廣播出去,目的節(jié)點(diǎn)接收到廣播信息后更新自身的鏈路信息表。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)成功建立主鏈后,信道上有多余資源時(shí),可以按照主鏈的干擾探測(cè)機(jī)制繼續(xù)向主鏈目標(biāo)節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)副鏈,副鏈的使用可以有效地利用信道資源。同時(shí),定向天線的使用與主鏈相同。

節(jié)點(diǎn)分配好鏈路時(shí)隙后,通過(guò)全向信息,將該分配的鏈路時(shí)隙分配情況廣播給鄰居節(jié)點(diǎn),保證該鏈路時(shí)隙在2跳范圍內(nèi)不得重新申請(qǐng),防止鏈路干擾。

1.5 節(jié)點(diǎn)遲入網(wǎng)處理流程

遲入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)首先接收來(lái)自周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的同步信息,更新自身的時(shí)間完成入網(wǎng)前的時(shí)間同步。隨后節(jié)點(diǎn)按同步的時(shí)間啟動(dòng)時(shí)元、時(shí)幀和時(shí)隙記數(shù),當(dāng)時(shí)幀號(hào)與遲入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)號(hào)不相同時(shí),接收周圍鄰居節(jié)點(diǎn)全向信令信息,將相關(guān)信息填入對(duì)應(yīng)表格。時(shí)幀號(hào)與遲入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)號(hào)相同時(shí),則按一幀中的時(shí)隙次序發(fā)送相關(guān)信令包。遲入網(wǎng)流程見(jiàn)圖3所示:

圖3 節(jié)點(diǎn)遲入網(wǎng)處理流程Fig.3 Procedure of late entry network

2 信道利用率分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)吞吐量公式

在產(chǎn)業(yè)組織理論中，市場(chǎng)集中度是衡量市場(chǎng)壟斷力量、考察市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的首要因素。房地產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，同其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度很高，也是中國(guó)當(dāng)前供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要一環(huán)，精準(zhǔn)分析房地產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)集中度，有助于深刻了解房地產(chǎn)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和資源配置情況，進(jìn)而推動(dòng)房地產(chǎn)業(yè)供給側(cè)改革，優(yōu)化市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，防范金融風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。

定義信道的帶寬為channel_data_rate,在DASTDMA協(xié)議中一個(gè)時(shí)幀周期內(nèi)劃分的時(shí)隙數(shù)為slot _num,假定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i的鄰居個(gè)數(shù)為neibor_num_ i,每個(gè)鄰居中副鏈的使用數(shù)為neibor_anti_num_i,定義節(jié)點(diǎn)i的信道利用率為channel_used_rate_i,則節(jié)點(diǎn)i的信道利用率為:

定義節(jié)點(diǎn)i占用的帶寬為node_data_rate_i: node_data_rate_i=channel_used_rate_i×channel_date_ rate網(wǎng)絡(luò)總節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為node_num,則網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量net_data_rate為:

2.2 信道利用率

如圖4所示,節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B,依據(jù)DA-STDMA協(xié)議,能建立主鏈link 0,在網(wǎng)絡(luò)滿負(fù)載情況下(節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B在link 0上一直都負(fù)載),節(jié)點(diǎn)A與B都在申請(qǐng)副鏈的使用,圖4也標(biāo)示了2個(gè)節(jié)點(diǎn)的主要使用情況以及副鏈?zhǔn)褂们闆r。

圖4 節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的主鏈和副鏈Fig.4 Major link and assistant links of node A and node B

如圖4所示,節(jié)點(diǎn)A的信道利用率為44%,節(jié)點(diǎn)B的信道利用率為44%,則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)(只有2個(gè)節(jié)點(diǎn))最大信道利用率為88%,依據(jù)2.1小節(jié)的公式,網(wǎng)絡(luò)中1對(duì)節(jié)點(diǎn)最大吞吐量為1.76 Mb/s。

3 DA-STDMA協(xié)議的仿真研究

3.1 仿真系統(tǒng)模型

為了體現(xiàn)DA-STDMA協(xié)議的技術(shù)優(yōu)勢(shì),分別對(duì)DA-STDMA協(xié)議流程以及幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了仿真。采用DA-STDMA協(xié)議,就是為了充分利用定向天線的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)空分組網(wǎng),提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)復(fù)用度與連通性。

采用OPNET對(duì)DA-STDMA協(xié)議進(jìn)行仿真。這里設(shè)置2類天線,一類為實(shí)際定向天線,主瓣方向增益最大為16 dB,副瓣方向上增益為-3 dB,其天線模型見(jiàn)圖5。另一類為全向天線,增益為7 dB,天線模型見(jiàn)圖5。

圖5 全向天線模型與定向天線模型Fig.5 Models of directional and omni-directional antenna

3.2 仿真參數(shù)設(shè)置

仿真參數(shù)如下表所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置Table 1 Simulation references of output and input

在無(wú)線信道建模仿真中加入了人為干擾,模擬實(shí)際場(chǎng)景中出現(xiàn)的各種阻擋、多徑衰落等損耗。能有效地模擬整個(gè)實(shí)際場(chǎng)景中的干擾環(huán)境。

4 仿真結(jié)果分析

4.1 仿真目標(biāo)

通過(guò)仿真,驗(yàn)證基于定向天線的DA-STDMA主鏈建鏈流程的可實(shí)現(xiàn)性。分別在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)為8、16、32、64的情況下,在基于DA-STDMA協(xié)議的自組織網(wǎng)絡(luò)中,收集網(wǎng)絡(luò)的建鏈?zhǔn)諗繒r(shí)間,空間復(fù)用度、網(wǎng)絡(luò)吞吐量,以及分組傳輸時(shí)延,分析網(wǎng)絡(luò)的性能。

分別將實(shí)際天線模型的仿真結(jié)果與理想天線模型的仿真結(jié)果作比較。

4.2 仿真結(jié)果分析

不同節(jié)點(diǎn)數(shù)的拓?fù)鋱?chǎng)景下的建鏈仿真及相關(guān)性能如圖6到圖8所示。

圖6 8個(gè)節(jié)點(diǎn)拓?fù)湎碌亩ㄏ蚪ㄦ溞阅蹻ig.6 Performance of link setup in 8 nodes network

圖7 16個(gè)節(jié)點(diǎn)拓?fù)湎碌亩ㄏ蚪ㄦ溞阅蹻ig.7 Performance of link setup in 16 nodes network

圖8 32個(gè)節(jié)點(diǎn)拓?fù)湎碌亩ㄏ蚪ㄦ溞阅蹻ig.8 Performance of link setup in 32 nodes network

圖9 DA-STDMA協(xié)議建主鏈的空間復(fù)用度Fig.9 Space reuse rate of DA-STDMA setting-up link

圖10 DA-STDMA協(xié)議建主鏈的吞吐量Fig.10 Throughput of DA-STDMA setting-up link

從圖6到圖8可以看出,節(jié)點(diǎn)數(shù)越高,空間復(fù)用度也越高,這是因?yàn)榭墒褂玫逆溌窌r(shí)隙增加,可復(fù)用的鏈路時(shí)隙也隨之增加,提升了整個(gè)拓?fù)涞目臻g復(fù)用度。但是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加,會(huì)帶來(lái)鏈路建立的收斂時(shí)間增加,如32個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),收斂時(shí)間達(dá)到了178 s,對(duì)系統(tǒng)初始化產(chǎn)生一定的影響。

圖9到圖11給出了在不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模條件下,定向天線與全向天線的性能對(duì)比。

從仿真結(jié)果可以看出,定向天線的使用在性能上明顯優(yōu)于全向天線,定向天線的窄帶波束,可以將信號(hào)固定在一定的范圍內(nèi),這樣可以防止信息泄露和干擾,提升了空間復(fù)用度。由于系統(tǒng)的空間復(fù)用度提高,系統(tǒng)的容量也得到提升。由于全向天線導(dǎo)致的干擾,也會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)的建鏈?zhǔn)諗繒r(shí)間產(chǎn)生影響,因此定向天線的使用可以有效地提升系統(tǒng)性能。

圖11 DA-STDMA協(xié)議建主鏈的收斂時(shí)間Fig.11 Convergency time of DA-STDMA setting-up link

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一個(gè)新的分布式的、自適應(yīng)的時(shí)分多路訪問(wèn)(TDMA)鏈路調(diào)度協(xié)議。采用TDMA機(jī)制結(jié)合定向天線,在空間復(fù)用度上更能體現(xiàn)定向天線的性能。該協(xié)議基于每對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)的協(xié)作決策來(lái)確定調(diào)度時(shí)間表。該協(xié)議利用高增益定向天線的優(yōu)勢(shì),即更高的信道重用效率和更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。若采用的定向天線波束寬度很窄并且干擾接近于零,將能產(chǎn)生好得多的性能和更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速率導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓^快,給定向天線的定位算法帶來(lái)了復(fù)雜性,定向天線的波束快速對(duì)準(zhǔn)算法是定向天線在自組織網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵,波束快速對(duì)準(zhǔn)算法也是后續(xù)該協(xié)議的進(jìn)一步研究方向。

[1] 王從書(shū),王炳和.一種基于順序定向RTS發(fā)射的Ad Hoc MAC協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2009,45(27): 115-118. WANG Cong-shu,WANG Bing-he.Ad Hoc Networks MAC Protocol Based on Sequential Directional RTS Transmission[J].Computer Engineering and Applications,2009,45(27):115-118.

[2] 周奇.基于方向性天線的包調(diào)度算法[J].通信技術(shù), 2010,43(10):37-39. Zhou Qi.Smart Antenna based Packets Scheduling Algorithm in Ad Hoc Networks[J].Communications Technology.2010,43(10):37-39.

[3] 單志龍,蘭麗.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于定向天線的MAC協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程,2010,36(2):21-24. CHAN Zhi-long,LAN Li.MAC Protocol Based on Direction Antenna in Ad Hoc Networks[J].Computer Engineering,2010,36(2):21-24.

[4] 王文波.IEEE802.11DCF協(xié)作MAC接入機(jī)制研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2009. WANGWen-bo.The Research of Access Mechanism in IEEE802.11 DCF.Bei Jing:Bei Jing University of Postage and Communication,2009.

[5] ZHANG Zhen-sheng.Directional Transmission and Reception Algorithms in WLANs with Directional Antennas for QoSSupport[C].//USA:IEEE Network,2005:27-32.

[6] VASUDEVAN S'kurose,J'Towsley.On Neighbor Discovery in Wireless Network with Directional Antennas[C]// USA:24THAnnual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies,2005:2502-2512.

[7] KORAKIS T,Jakllari G,Tassiuals L.A MAC Protocol for Full Exploitation of Directional Antennas in Ad Hoc Wireless Networks[C]//USA Proc.Of Mobile Hoc. New York,USA:2003:98-107.

[8] 蔡浩,劉勃,歸琳.定向天線的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰居發(fā)現(xiàn)[J].信息安全與通信保密,2011,9(01):63-66. CAIHao,Liu Bo,Gui Lin.Neighbor Discovery in Ad Hoc Network using Directional Antennas[J].Information Security and Communication Privacy,2011,9(01):63-66.

[9] RAMANATHAN R,Redi J,Santivanez C.Ad Hoc Networking with Directional Antennas:A Complete System Solution[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2005,23(3):496-506.

SONG Tao(1973-),male,M.Sci.,senior engineer,majoring in wireless and mobile communication,cognitive radio,network protocol architecture etc.

白 翔(1977—),男,博士,高級(jí)工程師,主要研究方向:網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系分析、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)等。

Bai Xiang(1977-),male,Ph.D.,senior engineer,maily working at analysis of network protocol architecture and data link system.

Ad-Hoc Network M ulti-Acccess Protocol based on Directional Antenna

SONG Tao,BAIXiang
(No.30 Institute of CETC,Chengdu Sichuan 610041,China)

The DA-STDMA(directional antenna based space time division access)protocol is proposed. DA-STDMA protocol,by employing directional antennawith stronger signal transmission gain,can ensure high-rate and reliable transmission condition,improve system capability,prevent information interception and enhance the anti-inteference performance of the system.Theoretical analysis indicates that,the channel utility rate of directional antenna enjoys an obvious increase as compared with that of omni-directional antenna.Simulation model on DA-STDMA protocol is constructed,and the comparison of system performance,such as space reuse rate and network throughput,indicates that DA-STDMA protocolwith directional antenna is much better in performance than with omni-directional antenna.Meanwhile,simulation shows that the location algorithm of directional antenna would exerts certain influence on the convergence time of the whole system.

directional antenna;multi-access control;channel utility rate;space reuse rate

date：2014-09-17;Revised date：2014-12-27

TN93

A

1002-0802(2015)02-0175-06

宋 滔(1973—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向:無(wú)線與移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)等;

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.02.012

2014-09-17;

2014-12-27