基于定向天线和机会中继的DF协作通信系统性能分析

定向天线(directional antenna,DA)的电磁波波束具有较小的成型角度,仅能覆盖某一方向上的通信节点,相比全向天线(omni-directional antenna, ODA),具有方向性好、功率增益大、传输距离远以及满足军事通信射频隐身等优点。协作通信技术通过节点间的相互辅助,对抗信道衰落,实现协作分集。为了实现有限节点间如车间、船间且需要采用定向天线的可靠通信,提出了将定向天线和采用解码转发型最佳中继选择的机会中继协作策略(opportunistic relaying,OR)相结合的解决方案,在此基础上推导出相应的通信系统中断概率理论公式,并对中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益以及信道衰落系数之间的关系进行了数值仿真分析,以及和全向天线系统进行了比较分析。理论分析和仿真结果表明：在有限节点间定向通信中,采用定向天线的协作通信系统性能与各节点定向天线增益、信道质量和功率分配方式密切相关,适合在小信噪比及深衰落信道环境下采用。最后,进一步分析得出最优功率分配(Optimal power allocation, OPA)比平均功率分配(average power allocation,APA)性能更优。     

空基移动自组网中基于TDMA的 令牌时隙MAC协议

为了较好地提高控制信息的利用效率,提出基于时分多址(TDMA)的令牌时隙媒介访问控制(MAC)协议. 该协议采用控制信道与数据信道分离的方法,在控制信道按照网络节点的标号(ID)顺序,动态拥有令牌时隙,及时交换节点信息参数及数据传输请求;在数据传输信道采用预约分配的时隙进行高速数据传输,避免了节点间的传输干扰. 同时采用空分复用TDMA模式,极大地提高了有限信道资源的利用率. 仿真结果表明,设计的MAC协议能够有效地提高网络的吞吐量,满足不同服务质量(QoS)和传输时延的要求.     

基于分簇的Ad Hoc网络媒体接入控制协议C-USAP

在未来大规模无线自组织网络中,不但要保证数据的高效传输,还要保证能够适应网络拓扑结构的快速变化.现有的M-USAP(改进的统一时隙分配协议)能够在一帧内完成全网控制信息的交互,每个节点拥有全网路由信息,在小规模网络中能够快速适应网络拓扑结构的变化.但是随着网络规模的增大,存在路由开销大、收敛慢、端到端时延大、节点吞吐量小、时隙复用率低和网络反应迟钝等问题.针对上述问题,提出一种适用于大规模无线自组织网络的媒体接入控制协议CUSAP(分簇式统一时隙分配协议).该协议基于分簇思想,簇内采用动态时分多址协议,簇间采用多频段分割技术,实现高效的簇内和簇间节点交互.仿真结果表明:该协议具有路由收敛快、业务收发平稳、端到端时延小、时隙复用率高和网络灵活等特点.     

定向天线自组织网中的纯定向传输/接收算法

目前大部分关于移动自组织网的研究建立在全向天线或全向传输/接收这个假设的基础之上.全向天线接收的缺点是很容易受到干扰.本文提出了一种基于时分多址技术的新的媒体接入控制算法.该算法是分布式的,使用了智能天线的天线波束赋形技术,对有定向天线的移动自组织网采用纯定向传输和接收,没有假定任何全向天线或全向接收性能.分析表明,该算法避免了全向接收的缺点,抗干扰性强,做邻居节点检测和资源预留的时间只占总时间的9%,该算法是合理的.     

基于位置信息的稳定分簇路由协议

车载自组织网络具有节点快速移动、网络拓扑频繁变化、链路不稳定等特点,若直接使用移动自组网的路由协议,将会引起传输延时增大及丢包率上升等一系列问题.为此,文中提出一种基于位置信息的稳定分簇路由协议,该协议以节点的运动特性作为分簇依据,利用节点的地理位置信息和电子地图信息进行路由决策.仿真结果表明该协议能有效地改善簇结构的稳定性,提高数据传输的实时性,降低网络的丢包率.     

基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法

为采用定向天线的特点解决无线自组网中节点异构、能量有限、带宽受限的问题,提出了一种基于定向天线的异构无线自组网拓扑控制算法K-DRNG.该算法包括三个阶段:信息收集阶段,节点控制发射功率,通过扇区转换机制收集邻域拓扑信息;拓扑构建阶段,节点根据链路权重和节点剩余能量构建定向邻近图;拓扑优化阶段,构建初始拓扑子图及添加或删除方向性链路,确保生成拓扑的双向连通性.仿真结果表明,算法能够降低网络中的节点平均能耗,提高无线资源空间复用性,改善网络性能.     

航空作战平台定向天线通信网络构型效能评估

为解决航空平台定向天线通信中网络构型效能评估的问题,针对作战平台对通信网络需求的特殊性,建立了航空作战平台定向天线通信网络构型的效能评估模型.该模型首先给出了网络构型的定义,分析了网络构型对网络性能的影响,提出了网络传输速率、传输时延、网络健壮性、隐身性和特殊链路需求等效能评价指标体系；然后对体系指标进行逐一分析,给出了相应的量化计算公式.最后使用该模型对给定的一个评估实例进行了仿真评估.实验表明该模型对作战平台机载定向天线通信网络构型的效能有效、可行.     

AODV过程的OPNET仿真实现与研究

自组网是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个支持多跳的临时性的网络自治系统。Ad Hoc网络是一种由移动节点组成、拓扑结构动态变化的自组织网络。本文针对无线自组网路由协议在OPNET 10.5环境下如何实现等问题,在介绍网络仿真软件OPNET 10.5和无线协议AODV原理的基础上,结合采用AODV协议的移动节点实例,详细分析了在此仿真环境中分组递交率、端到端的平均时延、路由协议开销等关键参数的变化形态。     

无人机联合D2D应急通信网络的性能分析

无人机与D2D(Device-to-Device)通信技术相结合可以作为应急通信网络的可行选项之一。受限于频谱资源,无人机与D2D用户往往采用共享频谱技术,这会导致网络中干扰链路增多,影响网络的通信性能。为此,将无人机配备定向天线以降低干扰的影响。为量化分析其对网络的具体影响,利用随机几何理论,对D2D通信与无人机通信共存的网络进行系统建模,推导了D2D用户成功传输概率的精确表达式以及无人机通信用户成功传输概率的上下界理论表达式,讨论了无人机密度以及天线阵子数等关键参数对系统性能的影响。仿真结果表明,相比全向天线,无人机配备定向天线可以有效地提高网络性能,且存在一个最优的无人机密度,使无人机通信用户的成功传输概率最大化。     

战术移动自组网脆弱性分析与仿真

针对战术移动自组网协议的安全性、脆弱性等问题,分析并仿真出适用于战术移动自组网的攻击方案,增强对敌方战场通信电台的控制能力,造成敌方战场通信指挥系统性能衰减甚至瘫痪.该方案从战术移动自组网的介质访问控制(media access control,MAC)层、内联网层、传输层的协议特征分析,解析战术网络电台在MAC层信道竞争接入、内联网层拓扑更新和传输层传输控制协议(transmission control protocol,TCP)的3次握手机制下存在的协议漏洞,并在NS3网络仿真平台中分层构建不同的攻击模型.该模型在内联网层解决了传统移动自组网中路由黑洞攻击不适用于战术移动自组网的问题,同时在传输层重构了TCP半连接队列机制.对比了攻击前网络性能的变化,仿真结果表明,各层实施的攻击技术都能有效降低战术移动自组网的网络性能,验证了所建攻击模型的合理性.     

矩形波导缝隙天线阵分析

矩形波导缝隙阵天线在机载雷达上获得广泛使用。它具有体积小、重量轻、口径效率高、宽角副瓣低等特点。文中分析了矩形波导缝隙天线阵，给出了方向性函数及方向图，编制了分析软件，形成了方向图数据文件供通用软件调用。     

小型方向图可重构四单元缝隙天线的设计

提出一种小型方向图可重构天线.该天线是由4个缝隙单元组成的平面阵列,单一的缝隙单元能产生定向辐射方向图,且最大辐射方向是接近缝隙的开口端.将4个PIN二极管集成在4个缝隙单元上,通过4个二极管开关的导通与断开组合成不同的模式,使天线在xoy平面上获得8个定向和多个全向的辐射方向图.仿真结果表明:该天线的定向最大增益为2.90 dBi,全向最大增益为1.38 dBi,半功率波束宽度平均值为136°.该天线是半径为31 mm的圆,体积小,制造成本低,且满足无线通信频段2.40~2.50 GHz,适用于无线局域网(WLAN)等无线通信领域,可以降低多径衰落的影响,提高数据的传输速率.     

微型无人机群空空数据链协议建模与仿真

为较为准确、客观地评价微型无人机群(UAV:Unmanned Aerial Vehicles)空空数据链系统的各项性能指标,根据ZigBee(Zig+Bee无线数传网络)协议,通过建立时隙轮询表完成时隙分配。在简要分析ZigBee协议栈各层的功能及其网络拓扑结构的基础上,重点阐述了空空数据链协议的时隙分配机制及网络地址分配机制,讨论了利用网络仿真工具OPNET(Optimized Network Engineering Tools）建立该无线通信协议模型的过程,并通过构建一个网络仿真平台对信道接入延时、吞吐量等进行仿真分析。验证了该空空数据链采用的通信协议的有效性,同时也为其他网络协议仿真提供了参考。     

加载电阻和开不等矩形槽的Vivaldi天线

本文提出了一种新型的指数型渐变槽线天线(即Vivaldi天线或ETSA,Exponential Tapered Slot Antenna)。在传统Vivaldi天线的基础上,对两个地方进行改进：一是在天线的指数槽底部加载电阻,二是在天线辐射区开对称的三个不等矩形槽。主要目的是改进天线的低频段性能。该加载电阻的开槽Vivaldi天线的尺寸为150mm*150mm,采用的介质基板是介电常数4.4,损耗正切0.02的玻璃纤维环氧树脂板(即FR-4板)。运用Ansoft HFSS14电磁仿真软件对结构进行优化分析,设计并制作了一款工作在0.8-3.8GHz(实测)的改进型Vivaldi天线。该天线在带宽范围内具有良好的定向辐射特性。     

一种平面倒F纸基RFID标签天线

设计和实现了基于平面倒F天线(PIFA)结构的双频段RFID标签天线.标签天线采用纸质材料作为标签基材,天线结构为PIFA结构.设计时在天线辐射面上开槽和小环,以实现天线双频段特性;采用了地面开缝隙技术,可获得比普通PIFA天线更宽的带宽.仿真结果表明:该RFID标签天线有2个谐振频率(870和915 MHz),带宽30MHz.测试结果表明:此RFID标签天线可以很好地工作在867和915MHz频率上.     

共面波导馈电的宽带矩形边蝶形缝隙天线

为了展宽平面缝隙天线的带宽,设计了一种新型的共面波导馈电的宽带缝隙天线,并采用基于时域有限差分法的软件进行了分析.通过对天线尺寸参数进行优选,有效展宽了该缝隙天线的阻抗带宽,其-10 dB阻抗带宽可达67%.同时该天线在所计算的频带内,具有较稳定的方向图.另外还给出了该种天线与其它结构近似天线的比较数据.计算结果表明：采用这种新型天线结构和优选的尺寸参数,可以明显地展宽缝隙天线的带宽.