抗干扰无线移动自组织网络的MAC层协议设计

题（中、英文）目作者姓名程进指导教师姓名、职务陈南教授学科门类工学提交论文日期二〇一四年一月学科、专业通信与信息系统代号分类号学号密级10701TN915.65公开1101120181抗干扰无线移动自组织网络的MAC层协议设计DesignforMANETAnAnti-interferenceMACProtocol西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：日期导师签名：日期摘要摘要无线移动自组织网络（MANET）作为一个无中心节点的通信网络，其网络拓扑图的无规则变化导致了MAC层协议设计成为了系统实现的关键。MAC层协议的提出是为了解决多个无线终端同时接入网络时分组之间的相互冲突(即隐藏终端和暴露终端问题)。在解决无线网络间终端正常交换的前提下，尽可能的增加网络的吞吐量。论文基于MANET网络特点以及物理层传输特性提出了一种适用于中远距离传输，具有更强抗干扰能力和安全性的MAC协议，该协议可根据不同的信道状况，自适应的改变传输速率和通信带宽。论文首先介绍了设计MANET协议所需的理论知识和发展现状，并针对无线局域网协议构架和接入实现、扩频技术以及现有的速率和带宽自适应方法进行了详细的分析。接着分析了不同码长的直接序列扩频的性能，以及扩频调制的参数对性能的影响。在此基础上提出了一种新的MANET网络的MAC层协议，该协议将高增益直接序列扩频调制作为于控制信令的传输通道，利用自适应调制让不同的调制方式和带宽为数据传输提供尽可能高的速率。文中解决了包括隐藏暴露终端，终端接入和同步、自适应实现在内的多个问题。最后根据SORA软件无线电平台的条件，提出了一套具体的协议参数，并且对参数进行吞吐量仿真，验证了所提协议在低信噪比下的系统稳定性和对不同信道情况的自适应能力,证明了其比802.11协议具有更好的抗干扰和抗噪能力。关键字：无线移动自组织网络，MAC协议，高增益扩频，速率和带宽自适应AbstractAbstractMobileAd-hocnetwork(MANET),asawirelesscommunicationnetworkwithoutcenternode,hasarandomtopologicalstructure.AhighperformanceMACprotocolisthekeyanddifficulttechnologyofthesystemtosolvetheproblemofhiddenterminal,exposedterminalthatthetransmissionofdatapacketsfromdifferentterminalshastheconflictwhenmultiplewirelessterminalaccessnetworkatthesametime.AnewMACprotocol,basedonthecharacteristicofMANET,isprovidedinthethesiswhichoffersanapplicablemiddledistanceandremotetransmissionserviceandhasthestrongeranti-interferenceabilitytoresistnoiseandhighersecurity.Withthechangeofchannelcondition,thenetworkcanapplyrateadaptationorfrequencybandadaptation.Aboveall,thetheoryofMACprotocolandPHYtechnology,suchasWirelesslocalareanetworkprotocolarchitecture,terminalaccess,spreadspectrumtechnologyandsoon,areintroducedfirstly，andthenpartsofthetechnologyareanalyzedasthekeytonewprotocolprovidedinthethesis.Onthebasisofaboveanalysis,anewMACprotocolisproposedforMANETthatthehigh-gaindirectsequencespreadspectrummodulationisusedincontrollingsignaltransmissionchannelandthetechnologyofRateandbandwidthadaptionwouldchangemodulationmodestorisethetransmissionratewiththeincreaseofSNR.Inthethesis,aseriesofparametersaboutthenewMACprotocolexperimentalizedontheSORAsoftwareradioplatformisgiventoverifythetheperformanceoftheprotocolbysimulation.Keywords:MANET,MACProtocol,High-gainspreadspectrum,Rateandbandwidthadaption目录目录第一章绪论.....................................................................................................................11.1无线移动自组织网.............................................................................................11.2论文主要工作和结构安排.................................................................................3第二章自组网底层关键技术.........................................................................................52.1无线局域网........................................................................................................52.1.1802.11协议构架......................................................................................52.1.2802.11协议各层实现和帧格式..............................................................62.1.3各类通信服务的实现..............................................................................82.1.4MANET网络的MAC子层协议..........................................................122.2跳频和直接序列扩频技术..............................................................................132.2.1跳频通信系统........................................................................................132.2.2直接序列扩频系统................................................................................142.2.3跳扩结合系统........................................................................................152.3自适应性技术..................................................................................................152.3.1基于物理层和MAC层的速率自适应方法.........................................162.3.2物理层的带宽自适应............................................................................18第三章MAC协议设计.................................................................................................213.1系统网络结构..................................................................................................213.2系统MAC子层协议设计...............................................................................223.1.1隐藏终端和暴露终端的解决................................................................223.1.2系统接入时序........................................................................................253.2系统网络接入和自适应设计..........................................................................293.2.1系统帧格式............................................................................................293.2.2系统的终端接入....................................................................................