基于双信道的无人机群MAC层的研究

论文摘要

本论文所反映研究工作的背景是:“无人机群网络体系结构”,本论文所要研究的重点是无人驾驶飞机网络的MAC层技术。无人驾驶飞机具有超过普通移动物体的高速移动性,它通常工作于敌对的空间,所处的工作环境十分的复杂。无人驾驶飞机采用无线自组织网络进行通信,无线自组织网络是一种无基础设施的移动网络。在本论文中,笔者深入分析和研究了无线自组织网络MAC层,做了一定量的工作。笔者具体的研究工作和贡献包括:■由于无人驾驶机群网络是基于无线自组网络技术,因此,无人驾驶飞机网络MAC层具有同无线自组织网络一样的问题,其最主要的问题就是隐藏终端问题和暴露终端问题,这样使得无线网络的性能和效率大大降低(有发送能力的节点无法发送数据,有接收能力的节点无法接收数据),势必造成很大的资源浪费。本文首先重点分析原有的单信道协议和双信道技术,并通过数学推导和理论分析的方式,指出原有无线网络MAC层技术的不足之处,提出新的改进的双信道方案,以适应不同的通信目的,特别是适合无人驾驶飞机网络。■笔者通过对双信道的性能进行综合分析和数学推导,提出两种双信道MAC层的改进方案,并分析它们的特点。在综合分析两种双信道改进方案的基础上,笔者选择一种双信道的改进方案加以综合改进,并提出两种退避算法和新的发送忙音和接收忙音的设置方式。■通过仿真平台(NS2),得到重新定义适合无人驾驶机群网络体系结构的双信道协议的数据,并加以分析和研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 项目背景
• 1.2 国内外研究的现状及本课题的意义
• 1.3 笔者的工作与贡献
• 1.4 论文结构
• 第2章 无线自组网络MAC介绍及面临的问题
• 2.1 MAC层简介
• 2.2 无人驾驶飞机网络所面临主要问题
• 2.2.1 隐藏终端问题
• 2.2.2 暴露终端问题
• 2.2.3 QoS问题
• 2.2.4 节能问题
• 2.3 当前无线自组网络所采用的主要技术
• 2.3.1 无线令牌环
• 2.3.2 基于单信道的MAC协议
• 2.3.3 基于多信道的MAC协议
• 2.4 本章小结
• 第3章 无线自组网MAC层双信道协议研究及改进
• 3.1 传统单信道MAC技术
• 3.1.1 CSMA/CA技术
• 3.1.2 独立的BSS
• 3.1.3 RTS/CTS握手机制
• 3.1.4 802.11DCF帧格式
• 3.1.5 基于802.11的MAC技术
• 3.2 双信道技术
• 3.2.1 双忙音技术
• 3.2.2 传统的双信道实现基本方法
• 3.2.3 双信道数学理论
• 3.2.4 传统双信道技术所面临的问题
• 3.3 改进的双信道技术
• 3.3.1 忙音侦听改进
• 3.3.2 无人驾驶飞机基于时钟同步的改进
• 3.3.3 退避算法的改进
• 3.3.4 ACK确认机制
• 3.3.5 改进双信道实现方法
• 3.3.6 双信道技术的节点状态
• 第4章 基于NS仿真模块的实现
• 4.1 NS2介绍
• 4.1.1 NS2历史
• 4.1.2 NS2原理
• 4.1.3 无线节点的实现
• 4.2 NS2帧格式与调度机制实现
• 4.2.1 控制帧头结构体
• 4.2.2 数据报头
• 4.2.3 发送控制分组报头
• 4.2.4 回应控制分组报头
• 4.2.5 NS2调度机制
• 4.3 信道实现模型
• 4.3.1 单信道实现
• 4.3.2 双信道实现
• 第5章 仿真实验与结果分析
• 5.1 NS2仿真过程
• 5.2 NS2丢包实验
• 5.3 NS2网络吞吐实验
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文