战术自组网的关键技术研究

论文题目: 战术自组网的关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 聂敏

导师: 李建东,裴昌幸

关键词: 战术自组网,路由协议,开销函数,协议,仿生赋形天线,附加极化,网络的规模性

文献来源: 西安电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 战术自组网(Tactical Mobile Ad Hoc Network-TMANET)是移动Ad Hoc网络(Mobile Ad Hoc Network-MANET)在战场环境中的应用。它是一种没有预定基础设施支撑的自组织自重构的多跳无线网络。在该网络中,网络的拓扑结构、信道的环境、业务的模式等随通信节点的移动而动态变化。本文以导师所承担的国防军事预研项目和国家自然科学基金项目为基础(项目名称：“宽带高增益智能天线和零位天线技术(No.11001030103)”、“自适应滤波及干扰抑制技术(No.410010203)”“大规模宽带无线自适应Ad Hoc网络研究(No.60372048)”),以典型军事应用为背景,构建区域性战术自组网,围绕战术自组网的终端天线、传输、路由协议及网络的规模性等关键技术展开研究,力图构造有效的战术自组网无线组网理论,探讨扩大战术自组网传输容量和网络规模的基本理论和关键技术,通过所研制的特种天线和所提出的路由协议,研究扩大网络规模性的新途径。本文的主要内容和结果如下：1.研制了一种多极化阵列天线,提出了多径环境下利用电磁波的附加极化提高系统传输容量的新方法。通过理论分析、计算机仿真和实际测量,研究了通过电磁波的多极化信道技术提高战术自组网信道容量的问题。在此基础上,分析了战术自组网的信道传输理论；通过仿真,研究了信道容量与信噪比的关系。2.发明了一种特种天线----仿生赋形天线,测量了该天线的特性参数,建立了天线的分析模型。提出了在多径环境下基于仿生天线的战术自组网节点的电波传播模型。由于该天线可采用形状记忆合金材料(如Ti-Ni合金)制作,它能够在不同温度下按照预先设计的要求,呈现不同的外形结构,因而具有赋形的作用,即通过改变天线的几何结构达到改变天线波束、方向图、增益、驻波比等参数的目的。另外,我们还对该天线进行了分区遮挡测试,测试和分析结果表明,该天线具有分集合并的特点,而且与参考天线相比,可获得额外约30dB的增益,这一点对于改善无线通信系统的性能具有十分重要的意义。3.提出了节点位置路由协议(NLRP:Node Location Routing Protocol),建立了规模性开销函数,研究了路由开销与节点位置更新阈值的关系。NLRP是在表驱动协议和按需式路由协议之间寻求一种开销折中平衡方案。该协议致力于解决高路由发现成功率所引起的路由开销问题。与其它协议不同之处在于,NLRP协议可以根据路由请求率、节点的移动性和网络中节点的数量等参数来控制协议的开销。路由开销与路由发现、路由信息维护密切相关,本文所提出的算法能够使这些开销最小,其一是利用节点过去的位置信息和移动性信息,来估计目的节点的移动性；其二是控制上述信息的广播频率和范围。这些算法改进了协议的所有性能,并且能够在两种类型的开销(节点位置更新开销LUO和路由发现开销RSO)之间取得很好的平衡和折中。就网络的大小、参数的时变性和节点位置数据的维护等问题而言,NLRP协议具有很好的规模性。4.在NLRP协议路由开销的理论分析中,提出了节点位置更新时间阈值与节点移动均方速率成反比的思路并给出了数学表示,证明了总开销是更新阈值的凸函数,并给出最佳阈值表示式。为了进行理论分析,首先提出了路由请求和节点移动性的理想模型;然后,根据节点过去已知的位置信息和时戳信息,估计出目的节点的位置；利用每次路由请求所期望的位置更新数推导出更新开销的表达式；根据所期望的搜索范围推导了搜索开销的表达式,该搜索范围是路由请求与节点最后一次位置更新间隔的函数。NLRP协议具有如下优点：首先,对路由搜索范围的估计使路由仅在局部运行,因此解决了Reactive类协议在维持很高路由发现成功率的前提下,要求进行全网路由搜索的问题；第二,每个节点以很低的频率广播自己的位置信息,与Proactive类协议中节点广播路由表相比,可以极大地减小更新开销；第三,如果相关的路由参数已知或者可以估算,则所提出的NLRP协议就能够设置最优更新阈值；第四,所提出的路由协议适合于任何路由请求分布的情况,因此该协议应用范围广泛。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 战术自组网的研究背景及意义

1.2 战术自组网的组网方式

1.3 网络的路由协议分析

1.3.1 路由协议的分类

1.3.2 路由协议分析

1.3.3 路由协议的优化

1.4 本文研究的主要内容及章节安排

1.4.1 本文研究的主要内容及贡献

1.4.2 章节安排

本章参考文献

第二章战术自组网的规模性分析

2.1 战术自组网的规模性概述

2.2 网络的规模性分析模型

2.3 网络开销分析

2.4 网络的规模性与路由协议的规模性

2.5 协议规模性的量化分析

2.5.1 平面泛洪(PF)协议

2.5.2 标准链路状态(SLS)协议

2.5.3 动态资源路由(DSR)协议

2.6 结果分析

2.7 结论

本章参考文献

第三章多极化阵列天线及其在战术自组网中的应用研究

3.1 多极化阵列天线的研究背景

3.2 理论分析

3.3 仿真研究

3.4 实际测试

3.4.1 测试条件

3.4.2 信道传输矩阵的计算

3.4.3 测量结果

3.4.4 结果分析与讨论

3.4.5 小结

3.5 网络信道容量分析

3.6 多极化阵列天线及其容量分析

3.6.1 多极化阵列天线

3.6.2 电磁波的极化与天线的极化

3.6.3 容量分析

3.7 信道容量仿真研究

3.8 本章小结

本章参考文献

第四章仿生天线研究

4.1 仿生天线的研制背景

4.2 仿生天线特征分析

4.3 仿生天线参数测量

4.3.1 方向图测量

4.3.2 驻波比和工作频段测量

4.4 多径环境中的天线测量

4.4.1 测试条件

4.4.2 天线测量结果分析

4.4.2.1 接收信号强度随频率变化的测试

4.4.2.2 接收信号强度随距离变化的测试

4.5 仿生天线的分区遮挡测试

4.6 仿生天线测量结果分析与讨论

4.7 仿生天线数学模型

4.8 仿生天线的空间分集性能研究

4.9 本章小结

本章参考文献

第五章战术自组网NLRP路由协议研究

5.1 战术自组网NLRP路由协议

5.1.1 NLRP协议的思路

5.1.2 协议的控制分组

5.1.3 节点位置更新算法

5.1.4 路由发现算法

5.2 协议开销分析

5.2.1 系统模型与问题描述

5.2.2 更新开销分析

5.2.3 搜索开销分析

5.2.4 协议总开销的分析与计算

5.3 NLRP协议的性能优化

5.3.1 最优位置更新算法

5.3.2 路由协议优化参数分析

5.4 NLRP协议的性能仿真研究

5.4.1 仿真目的

5.4.2 节点的移动性模型及参数设置

5.4.3 仿真环境及仿真参数

5.4.4 路由请求服从指数分布的情况

5.4.5 路由请求的到达服从泊松分布的情况

5.4.6 对阈值固定和阈值变化情况的仿真

5.4.7 不同路由协议的性能仿真与结果比较

5.5 对NLRP协议性能的评价与讨论

5.6 结论

本章参考文献

第六章总结与展望

6.1 主要工作与贡献

6.2 有待进一步研究的问题

致谢

攻读博士学位期间完成的论文和工作

发布时间: 2010-08-25

参考文献

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[4].车载自组网节点定位及频谱分配策略研究[D]. 彭鑫.湖南大学2011
[5].航空自组网若干关键技术研究[D]. 李杰.国防科学技术大学2015
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[8].民用航空自组织网络路由协议研究[D]. 林英撑.重庆大学2014
[9].车辆自组网物理层性能改进[D]. Abdeldime Mohamed Salih Abdelgader.东南大学2016
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