基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法
研究
作者姓名：孙茜
指导教师：刘军副教授
单位名称：信息科学与工程学院
专业名称：通信工程
东北大学
2011 年6月
Research on Topology Control Algorithm in Ad Hoc Networks Based Directional
Antenna
By Sun Qian
Supervisor：Associate Professor Liu Jun
Northeastern University
June 2011
东北大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究
设计（论文）的基本内容：
论文主要提出了一种无线自组网的异构拓扑控制算法。算法借鉴了现存的网络拓扑控制算法DRNG，在其基础上提出一种基于定向天线的K-DRNG拓扑控制算法，采用定向天线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。
毕业设计课题研究的内容主要包括以下几个方面：
1.深入了解无线自组网的拓扑控制算法；
2.学习了定向天线的基本知识及基于定向天线的拓扑控制算法；
3.提出一种适于异构网络基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法；
4.利用NS2网络模拟软件对算法进行了测试，进行性能分析；
5.撰写毕业论文。
毕业设计（论文）专题部分：
题目：
设计或论文专题的基本内容：
学生接受毕业设计（论文）题目日期
第周指导教师签字
年月日
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究
摘要
拓扑控制技术是改善无线自组织网络性能的重要手段之一，然而随着网络大规模、多应用和泛在化的发展，定向天线的高增益，节省功率和抗干扰等特点日益引起关注，对采用定向天线的异构自组织网络进行拓扑控制成为研究热点。
提出一种基于定向天线的异构无线自组网拓扑控制算法K-DRNG。算法主要包括三个阶段：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，节点在邻域内构建定向邻近图，初步确定在所生成拓扑内的邻居节点；拓扑优化阶段，节点间通过删除和添加方向性链路，确保生成拓扑的双向连通性。
使用NS2网络模拟软件对所提出的拓扑控制算法进行测试，结果证明，K-DRNG算法相比基于UDG和DRNG图的拓扑控制算法，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。
关键词：无线自组织网络；拓扑控制；定向天线；异构；NS2
Research on Topology Control Algorithm in Ad Hoc
Networks Based Directional Antenna
Abstract
Topology control is one of important means to improve the performance of wireless Ad Hoc networks. However, with the development of network scale and multi-application, directional antenna with high-gain, power savings and strong anti-interference is drawing attention. For heterogeneous wireless Ad Hoc network, topology control based directional antenna becomes a research hotspot.
A topology control algorithm K-DRNG based directional antenna in heterogeneous wireless Ad Hoc network is proposed. The algorithm is mainly composed of three phases. In the stage of information collection, each node collects the information of neighborhood by adjusting the transmitting power and controlling sector conversion. In the stage of topology construction, each node constructs directed relative neighbor graph based neighborhood information and primarily identifies its neighbor nodes in the generated topology. In the stage of topology optimization, each node deletes or adds directional links with neighborhood to guarantee bidirectional connectivity of the network.
The performance of the proposed topology control algorithm is evaluated by NS2 network simulation software. The results prove that, compared with UDG and DRNG, K-DRNG algorithm can reduce the average energy consumption of nodes in the network, increase the spatial reuse of radio resource, and thus improve integral network performance.
Key words：Ad Hoc networks; topology control; directional antenna; heterogeneous; NS2
目录
毕业设计（论文）任务书 ....................................................................................................... I 摘要........................................................................................................................................... I I Abstract.................................................................................................................................. III 第一章绪论 . (1)
1.1 研究背景与意义 (1)
1.1.1无线自组网的特点 (1)
1.1.2无线自组网的应用 (3)
1.2 无线自组网拓扑控制问题的提出 (4)
1.3 拓扑控制的研究目的与意义 (6)
1.4 本文的研究内容及主要工作 (7)
第二章无线自组网的拓扑控制现状 (9)
2.1 拓扑控制概述 (9)
2.1.1 拓扑控制的概念 (9)
2.1.2 拓扑控制的优化目标 (9)
2.1.3 拓扑控制算法的设计准则 (10)
2.2 拓扑控制算法分类 (12)
2.2.1 同质算法和非同质算法 (12)
2.2.2 同构算法和异构算法 (13)
2.2.3 基于全向天线和定向天线的算法 (16)
2.3 典型拓扑控制算法 (16)
2.3.1 DRNG拓扑控制算法 (16)
2.3.2 CBTC拓扑控制算法 (17)
2.3.3 K-DABTC拓扑控制算法 (18)
2.3.4 CMPGA-DO拓扑控制算法 (19)
2.3.5 SLTC-E拓扑控制算法 (20)
2.3.6 基于邻近图的拓扑控制算法 (21)
2.4 本章小结 (22)
第三章基于定向天线的拓扑控制算法 (23)
3.1 符号说明 (23)
3.2 算法的基本思想 (24)
3.3 信息收集 (28)
3.4 拓扑构建 (31)
3.5 拓扑优化 (32)
3.6 本章小结 (34)
第四章 K-DRNG算法的仿真性能分析 (35)
4.1 仿真环境 (35)
4.2 仿真参数设置 (36)
4.3 节点平均能耗 (37)
4.4 时延 (38)
4.5 网络吞吐量 (40)
4.6 本章小结 (42)
第五章总结与展望 (43)
5.1 论文工作总结 (43)
5.2 未来研究方向 (44)
参考文献 (47)
致谢 (49)
天线的分类与选择
第二讲天线的分类与选择 移动通信天线的技术发展很快，最初中国主要使用普通的定向和全向型移动天线，后来普遍使用机械天线，现在一些省市的移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中使用的各种天线的使用频率，增益和前后比等指标差别不大，都符合网络指标要求，我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面，对上述几种天线进行分析比较。 2.1 全向天线 全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。 2.2 定向天线 定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。 根据组网的要求建立不同类型的基站，而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。比如全向站就是采用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线，而定向站就是采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波束宽度B为65°的天线，在郊区可选择水平波束宽度B为65°、90°或120°的天线（按照站型配置和当地地理环境而定），而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。 2.3 机械天线 所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。 机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。 实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1°－5°；当下倾角度在5°－10°变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾15°后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。 另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测；机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安放处进行调整；机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际最佳下倾角度有一定的偏差；机械天线调整倾角的步进度数为1°，三阶互调指标为-120dBc。
拓扑-网络连通性算法
网络连通性算法 网络定义 节点与支路的集合，该集合中的节点与支路的连接关系可通过一节点-节点关联矩阵A 充分表达： A =[a ij ]n ×n i,j=1,2,…,n 式中：a ij =???间有支路直接相连。 与节点，当节点间无支路直接相连，与节点，当节点j i 1j i 0 n —网络节点数 连通性算法 理论算法： 称矩阵A 为网络一级连通矩阵，A 2为二级连通矩阵，…，A n-1为n-1级连通矩阵。 A 2=AA =[a 2ij ]n ×n i,j=1,2,…,n 式中：a 2ij =???相连。节点间有支路直接或经第 与节点，当节点相连，节点间无支路直接且经第与节点，当节点k 3j i 1 3j i 0k k=1,2,…,n ，k ≠i,j …… A n-1= 个1-?n A AA =[a n-1ij ]n ×n i,j =1,2,…,n 式中： a n-1ij =???-?-?个节点相连。，，，间有支路直接或经其它 与节点，当节点个节点相连，，，，间无支路直接且经其它与节点，当节点221j i 1 221j i 0n n 矩阵A n-1的每一线性无关的行或列中“1”元素对应的节点均处于同一连通子集中。 实际算法： 若矩阵A 第i （i=1,2,…,n ）行元素与第j （j=i+1,i+2,…,n ）行元素中第k 列元素a ik 和a jk 同为“1”，则第j 行中的其它“1”元素均填入第i 行的相应列中。结果矩阵A 第i 行中所有“1”元素对应的节点处于同一连通子集中。 数据定义 Nc —元件数 Nd —节点数 NOD （Nc,3）—每个元件的节点编号i 、j 、k KND （Nc ）—每个元件的种类（断路器、隔离开关、母线、线路、变压器……） CNT （Nc ）—每个开关元件的分、合状态（逻辑型，例如：合为“真”，分为“假”） NDS0（Nd ）—每个节点初始所在连通子集编号 NDS （Nd ）—每个节点所在连通子集编号 NCT0（Nc ）—每个元件初始所在连通子集编号
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法 研究 作者姓名：孙茜 指导教师：刘军副教授 单位名称：信息科学与工程学院 专业名称：通信工程 东北大学 2011 年6月
Research on Topology Control Algorithm in Ad Hoc Networks Based Directional Antenna By Sun Qian Supervisor：Associate Professor Liu Jun Northeastern University June 2011
东北大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目： 基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究 设计（论文）的基本内容： 论文主要提出了一种无线自组网的异构拓扑控制算法。算法借鉴了现存的网络拓扑控制算法DRNG，在其基础上提出一种基于定向天线的K-DRNG拓扑控制算法，采用定向天线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。 毕业设计课题研究的内容主要包括以下几个方面： 1.深入了解无线自组网的拓扑控制算法； 2.学习了定向天线的基本知识及基于定向天线的拓扑控制算法； 3.提出一种适于异构网络基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法； 4.利用NS2网络模拟软件对算法进行了测试，进行性能分析； 5.撰写毕业论文。 毕业设计（论文）专题部分： 题目： 设计或论文专题的基本内容： 学生接受毕业设计（论文）题目日期 第周指导教师签字 年月日
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究 摘要 拓扑控制技术是改善无线自组织网络性能的重要手段之一，然而随着网络大规模、多应用和泛在化的发展，定向天线的高增益，节省功率和抗干扰等特点日益引起关注，对采用定向天线的异构自组织网络进行拓扑控制成为研究热点。 提出一种基于定向天线的异构无线自组网拓扑控制算法K-DRNG。算法主要包括三个阶段：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，节点在邻域内构建定向邻近图，初步确定在所生成拓扑内的邻居节点；拓扑优化阶段，节点间通过删除和添加方向性链路，确保生成拓扑的双向连通性。 使用NS2网络模拟软件对所提出的拓扑控制算法进行测试，结果证明，K-DRNG算法相比基于UDG和DRNG图的拓扑控制算法，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。 关键词：无线自组织网络；拓扑控制；定向天线；异构；NS2
全向天线好还是定向天线好
全向天线好还是定向天线好 文/白浪 为什么网络信号弱、速率低、时断时续？ 为什么购买了大量的AP，但是还有地方信号不好，而有的地方信号多到互相干扰？ 为什么布置了大增益的天线，结果还未能得偿所愿？ 无线不同于有线，若想建设一张高品质的Wi-Fi网络，我们需要对天线的“习性”加以了解。 天线如何获得增益？ 首先，天线是“无源器件”，所以天线本身并不能给AP的信号增加能量。然而我们一提到天线，最重要的指标就是说天线的“增益”，那么天线是如何获得信号强度的“增益”呢？答案就是，靠控制信号发射的角度。这个原理有些类似于手电筒，手电筒靠一面凹镜，让光线都集中在某一角度，来让光线照到更远的地方。手电筒及电池相当于AP设备本身，而手电筒的灯泡和凹镜就相当于我们的天线。如果摘掉手电筒的凹镜，那么就相当于使用一个增益很小的全向天线，光线照射很分散，覆盖距离很近；有了凹镜，则相当于使用了一个高增益的定向天线，光线集中，覆盖距离很远。 信号总的能量是由AP决定的，天线则决定让这些能量集中在某个角度内，这个角度越小，能量聚集度越高，获得的信号“增益”也就越大，信号覆盖的距离越远；反之，如果覆盖角度越大，能量聚集度越低，信号覆盖的距离越近。这就是天线获得增益的基本原理。 全向天线 全向天线，一般指的是水平各个方位增益相同的天线，即水平方向360度覆盖。水平方向增益的增加，是依靠垂直方向增益的减少来实现的。可以认为，全向天线增益越大，水平方向上覆盖的范围也就越大，垂直方向上覆盖的范围越小。
全向天线一般应用于室内环境，绝大多数室内型AP自带的天线也都是全向天线，这些天线可以和AP一同放置在桌面上，墙壁上（如图1所示），也可以单独的采用吸顶方式安装在天花板上（如图2所示）。 图1：壁挂方式安装 图2：吸顶方式安装 定向天线 定向天线，在垂直方向和水平方向都不是360度覆盖，一般来说覆盖角度小，覆盖的范围也就越远，如同我们前面谈到的手电筒。实际场景中，通常室外会采用定向天线。
图论在网络拓扑发现算法中的应用
小 型 微 型 计 算 机 系 统 Journal of Chinese Computer Systems
2008 年 月 第 期 Vol.28 No. 2008
?
图论在网络拓扑发现算法中的应用
路连兵 1+，胡吉明 2，姜 岩 1
1，2
，2
(河海大学 计算机及信息工程学院,江苏 南京
210098)
E-mail ：famioo@https://www.wendangku.net/doc/44928402.html,
摘
要：网络拓扑发现技术已经广泛地应用在各种项目软件中。然而，随着网络结构复杂度升级，这给拓扑发现带来了
挑战。所以我们越来越需要一种高效，准确的网络拓扑算法自动发现网络拓扑结构。目前的拓扑算法主要集中在：(1)路 由层的发现。这个层面的发现算法在技术上比较简单，只需要寻找路由与路由之间，或路由端口与子网之间的连接关系， 利用路由器的自身特性，很容易实现。(2)链路层的发现。直到目前为止，已有的厂商工具很难准确发现网络拓扑，已发 表的理论文献知识也只是理论上阐述，实际应用难度比较大。本论文，提出一种基于图论的骨架树数据存储结构算法，可 以高效推断网络的拓扑关系。 关键词：骨架树;子网;地址转发表;图论；信任节点
Topology Discovery in Networks Based on Graph Theory*
LU Lian-Bing1+, HU Ji-Ming2，Jiang Yan1,2
1,2
(School of Computer Science and Information, Hohai University, Nanjing Jiangsu 210098, China)
Abstract: Topology discovery systems are starting to be introduced in the form of easily and widely deployed software. However, Today's IP network is complex and dynamic. Keeping track of topology information efficiently is a difficult task. So, we need effective algorithms for automatically discovering physical network topology. Earlier work has typically focused on: (1) Layer-3 (network layer) topology, which can only router-to-router interconnections and router interface-to-subnet relationships. This work is relatively easy and has lots of systems can do it. (2)Layer-2(link layer), till now, no tools can discovery the network topology exactly because of bad algorithm. In this paper, Skeleton-tree based on Graph theory is proposed to infer the connections between network nodes. Key words: Skeleton-tree; subnets; Address Forwarding Table; Graph Theory；Trust Node
作者简介: 路连兵(1979－),男,江苏泗洪人,硕士。 主要研究网络自拓扑,软件项目管理,Perl 研究;胡吉明(1967－),男,硕导,副教授,主要研究 领域为计算机应用技术,网络安全,数据挖掘，Z 语言; 姜岩(1979-),男,硕士研究生,主要研究方向,网络应用,中间件
基站天线选型
基站天线选型 一.天线概念 在无线通信系统中，天线是收发信机与外界传播介质之间的接口。同一副天线既可以辐射又可以接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。 在选择基站天线时，需要考虑其电气和机械性能。电气性能主要包括：工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。机械性能主要包括：尺寸、重量、天线输入接口、风载荷等。 基站所用天线类型按辐射方向来分主要有：全向天线、定向天线。 按极化方式来区分主要有：垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线（也叫双极化天线）。上述两种极化方式都为线极化方式。圆极化和椭圆极化天线一般不采用。 按外形来区分主要有：鞭状天线、平板天线、帽形天线等。 在继续论述天线相关理论之前必须首先介绍各向同性（Isotropic）天线。各向同性天线是一种理论模型，实际中并不存在，它把天线假设为一个辐射点源，能量以该点为中心以电磁场的形式向四周均匀辐射，为一球面波。 另外全向天线并不是没有方向性，它只是在水平方向为全向，但在垂直方向是有方向性的。它与各向同性天线是两个不同的概念。 半波振子是基站主用天线的基本单元，半波振子的优点是能量转换效率高。1.天线增益 天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。增益是天线的重要指
标之一，它表示天线在某一方向能量集中的能力。表示天线增益的单位通常有两个：dBi、dBd。两者之间的关系为：dBi=dBd+2.17 dBi定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线能量集中的相对能力，“i”即表示各向同性——Isotropic。 dBd定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线能量集中的相对能力，“d”即表示偶极子——Dipole。 两种增益单位的关系见图1： 图1 dBi与dBd的关系 天线增益不但与振子单元数量有关，还与水平半功率角和垂直半功率角有关。 2.天线方向图 天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。 天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示，称为平面方向图。一般叫作垂直方向图和水平方向图。就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分。而定向天线的水平方向图的形状也有很多种，如心型、8字形等。 天线具有方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某
IP网络拓扑自动发现------------------------------------------------------算法比较经典---已读
IP网络拓扑自动发现 自从20世纪90年代以来，越来越多的企业及个人在加入Internet网，使网络规模持续扩大。为了适应越来越多的流量，新节点、新链路不断的被引进到网络上，从而使手工维护很难跟上网络的变化，给网络管理带来困难。 网络由一起工作的大量实体构成，向用户提供某种服务。这些实体功能由硬件和软件执行，一些出现在真实网络中实体的例子有路由器、服务器、普通主机、链路等，所有这些都影响着网络运行的方式及提供给最终用户的服务质量。例如，如果一个应用服务器（Web Server）出现宕机而从网络上剥离下来，那么用户将得不到他们所期望的服务（浏览网页）。提到拓扑发现，一般是指发现完成最终用户服务所涉及到的所有实体，不仅要发现实体，而且要发现实体在网络中所起的作用及实体间互相连接的方式。 网络拓扑对网络管理、网络规划非常有用。例如，网络故障、流量瓶颈等重要信息能直接显示在网络拓扑上，这样网络管理员对当前的网络状况就有一个清楚的认识，对哪里发生了故障一目了然。如果网络拓扑上显示一条链路总处于满负荷传输状态，那么扩大该条链路的容量对提高网络性能将有很大帮助。此外，网络拓扑对网络仿真也十分重要，要仿真能否在现有网络上新开放一种应用，必须首先有正确的网络拓扑。 获得网络拓扑的最简单的方法莫过于让管理员根据实际网络手工绘出其拓扑，但现在网络越来越复杂，越来越庞大，并一直在膨胀，而且实体在网络中担负的功能也越来越复杂，要跟踪这样一个网络需要花费很多时间或精力，而且网络一旦有所改变所有工作必须重做。网络拓扑自动发现正是基于这个原因发展起来的，本文对能用于拓扑发现的一些常用的工具和技术作了简要的介绍，并基于笔者的实践提供了一个简单的算法实现，该算法主要针对同一个管理机构下的IP网络的拓扑自动发现，更复杂的拓扑发现算法可在此基础上进一步扩展。 一、用于拓扑发现的工具 1. Ping
定向天线合成取代全向侦察天线性能分析
定向天线合成取代全向侦察天线性能分析 王 澍 (船舶重工集团公司723所,扬州225001) 摘要:分析了在ESM 侦察设备中利用不同方位的多个定向天线合成的方法实现全向信号接收的性能,分析表明,这 种方法在一定程度上可以取代全向天线或半全向天线,用来提供测频信号。 关键词:定向天线;合成;全向天线 中图分类号:T N971.1 文献标识码:B 文章编号:CN32 1413(2009)06 0024 03Performance Analysis of Directional Antennas Synthesization Replacing Omni direction Reconnaissance Antenna WA NG Shu (T he 723Institute of CSIC,Y ang zho u,225001,China) Abstract:This paper analyzes the per for mance of omni directio n signal reception perform ed by syn thesizing several directional antennas w ith different dir ectio ns in ESM reconnaissance equipm ent.It is indicated by analy sis that this method can replace the o mni direction antenna o r half omni dir ec tion antenna in a certain ex tend,w hich can provide fr equency measurem ent signal.Key words:directional antenna;synthesization;omni dir ectio n antenna 0 引 言 众所周知,对于舰载ESM 侦察设备来说,通常有全向和定向两套天线。全向天线接收的信号主要用来测频,在360 方位范围内,不论哪个方位的雷达信号照射到天线上都可以接收到,从而实现100%的截获概率。 定向天线则主要用来测向,根据测向体制的不同,定向天线有不同的排列方式。典型比幅测向是在360 范围内排列N 个喇叭,其轴线等间隔地指向不同方位,用来接收不同方位的信号,根据各天线接收到的信号幅度来判断信号的方位。 全向天线一般安装在桅杆的顶端,维修困难。定向天线一般安装在两舷。也有用两舷半全向天线代替全向天线,将它和定向天线共同安装在同一个天线座内,例如美国AN/SLQ32 V 电子战系统就采用这种设计。 最近从国外某型舰载电子对抗设备中看到,其 侦察天线座的配置与众不同,十分简洁,只有2个完全相同的左、右舷侦察天线座;而且既没有全向天线也没有半全向天线,测频信号来自所有定向天线的合成;天线座安装高度适中,紧靠在接收处理机柜所 在的舱室外,不仅传输电缆短、损耗小,而且可维修性很好。 本文对这种用定向天线信号合成来测频的方式的性能进行分析。通过分析,笔者认为这种代替全向天线的设计方法有许多优点,在一定条件下值得推广采用。 1 定向天线信号的合成方案 对于全向天线来说,其天线增益、频带宽度、环向不一致性等性能指标是十分重要的。考虑到天线仰角覆盖范围有一定的要求,全向天线的增益通常不高,其典型值为-3~3dB 。采用双锥设计的全向天线频带宽度通常可以达到几个倍频程,环向不一致性主要取决于制造工艺,目前宽频带双锥全向天 收稿日期:2009 06 22 2009年12月舰船电子对抗 Dec.2009 第32卷第6期 SH IPBO ARD EL ECT RO NI C CO U NT ERM EA SU R E V ol.32N o.6
全向天线和定向天线的区别(2.4G WiFi)
全向天线和定向天线的差异 天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。 下面主要讲解一下它们之间的区别以及相关参数。 【全向天线】： 全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜。增益一般在9dB以下。下图所示为全向天线的信号辐射图。 全向天线的辐射范围比较象一个苹果 【定向天线】： 定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。 从增益上看是两种天线没有区别，但有一条非常重要的是： 定向天线正因为它的指向尖锐，对于来自指向外的干扰信号都被很好地屏蔽了，这对评价接收效果也是十分重要的指标！ 我们也可以这样子来思考全向天线和定向天线之间的关系：全向天线会向四面八方发射信号，前后左右都可以接受到信号， 定向天线就好像在天线后面罩一个碗壮的反射面，信号只能向 前面传递，射向后面的信号被反射面挡住并反射到前方，加强 了前面的信号强度。下图为定向天线的信号辐射图。 定向天线的主要辐射范围象个倒立的不太完整的圆锥
通过上文我们能够形象的认识到什么是全向天线，什么是定向 天线，那么在实际应用时该注意些什么呢？ 天线的选购如果需要满足多个站点，并且这些站点是分布在AP的不同方向时，需要采用 全向天线；如果集中在一个方向，建议采用定向天线；另外还要考虑天线的接头形式是否和AP匹配、天线的增益大小等是否符合您的需求； 天线的安装对于室外天线，天线与无线AP之间需要增加防雷设备；定向天线要注意天线的正面朝向远端站点的方向；天线应该安装在尽可能高的位置，天线和站点之间尽可能满足视距（肉眼可见，中间避开障碍）。 附： TL-ANT2414A天线参数 增益：14dBi（天线的重要参数，一般来说越大越好） 驻波比：<1.92（反映发射能量是否能够有效传输到天线的参数，一般来说越接近于1越好）输入阻抗：50Ω（现代产品一般都为50Ω，一般不用担心匹配问题） 最大功率：1W（所能接收的最大的功率，关系不大） 接头形式： REVERSE SMA母座（倒置）（接头，注意是否匹配） 电缆xx：1米（馈线xx） 波瓣宽度： 水平和垂直方向均为60度（电磁波辐射的角度，要认真比较是否满足您的现实环境，2409A和2406A的波瓣宽度： 水平和垂直方向均为120度）
全向天线
全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。 天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。下面主要讲解一下它们之间的区别以及相关参数。全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜。增益一般在9dB以下。下图所示为全向天线的信号辐射图。\ 定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。 我们也可以这样子来思考全向天线和定向天线之间的关系：全向天线会向四面八方发射信号，前后左右都可以接受到信号，定向天线就好像在天线后面罩一个碗状的反射面，信号只能向前面传递，射向后面的信号被反射面挡住并反射到前方，加强了前面的信号强度。下图为定向天线的信号辐射图。 定向天线的主要辐射范围象个倒立的不太完整的圆锥 通过上文我们能够形象的认识到什么是全向天线，什么是定向天线，那么在实际应用时该注意些什么呢？天线的选购如果需要满足多个站点，并且这些站点是分布在AP的不同方向时，需要采用全向天线；如果集中在一个方向，建议采用定向天线；另外还要考虑天线的接头形式是否和AP 匹配、天线的增益大小等是否符合您的需求； 天线的安装对于室外天线，天线与无线AP之间需要增加防雷设备；定向天线要注意天线的正面朝向远端站点的方向；天线应该安装在尽可能高的位置，天线和站点之间尽可能满足视距（肉眼可见，中间避开障碍）。 无线监控就是指不用布线（线缆）利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的监控系统。模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上（微波发射机，HD-630），通过天线（HD-1300LXB）发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机（RECORD8200）解调出原来的视频信号。如果需要控制云台镜头，就在监控中心加相应的指令控制发射机（HD-2050），监控前端配置相应的指令接收机（HD-2060），这种监控方式图像非常清晰，没有延时，没有压缩损耗，造价便宜，施工安装调试简单，适合一般监控点不是很多，需要中继也不多的情况下使用。 1、综合成本低，只需一次性投资， 2、组网灵活，可扩展性好，即插即用， 3、维护费用低， 4、系统功能强大、利用灵活、 5、在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端的软件或通过IE浏览器等等。
拓扑控制
拓扑控制 1 拓扑控制的意义 无线网络一般具有环境复杂、节点资源受限、网络拓扑不稳定的特点. 不同于有线网络,无线网络可以通过改变各个网络节点传输功率以改变网络的拓扑结构，这就是拓扑控制的实现技术基础。由节点的位置和其无线传输范围所确定的网络拓扑结构对网络的性能有着重大的影响. 如果拓扑结构过于松散,就容易产生网络分区以及增大端到端的时延;相反的,非常密集的拓扑不利于空间重利用,从而减小网络的容量[2]。拓扑管理和控制主要研究如何为节点分配功率以获得具有某种性质的拓扑结构和优化一些网络目标函数,其目的就是提高网络的性能, 降低通信干扰和延长网络的生存时间。 拓扑控制技术是无线网络中最重要的技术之一。在由无线传感器网络生成的网络拓扑中，可以直接通信的两个结点之间存在一条拓扑边。如果没有拓扑控制，所有结点都会以最大无线传输功率工作。在这种情况下，一方面，结点有限的能量将被通信部件快速消耗，降低了网络的生命周期。同时，网络中每个结点的无线信号将覆盖大量其他结点，造成无线信号冲突频繁，影响结点的无线通信质量，降低网络的吞吐率。另一方面，在生成的网络拓扑中将存在大量的边，从而导致网络拓扑信息量大，路由计算复杂，浪费了宝贵的计算资源。因此，需要研究无线传感器网络中的拓扑控制问题，在维持拓扑的某些全局性质的前提下，通过调整结点的发送功率来延长网络生命周期，提高网络吞吐量，降低网络干扰，节约结点资源。 拓扑控制主要研究如何在保证网络连通性的前提下，设计高效的算法为节点分配功率以获得具有某种性质的拓扑结构和优化一些网络目标函数，其目的就是节约节点的发射功率，延长网络的生存时间，提高网络的性能。拓扑控制是无线网络设计和规划的重要组成部分。 拓扑控制技术保证覆盖质量和连通质量，能够降低通信干扰、节省能量，提高MAC(media access control)协议和路由协议的效率。进一步，也可为网络融合提供拓扑基础；此外,拓扑控制还能够提高网络的可靠性、可扩展性等其他性能.总之，拓扑控制对网络性能具有重大的影响，因而对它的研究具有十分重要的意义。 无线网络的特点使拓扑控制成为挑战性研究课题,同时,这些特点也决定了拓扑控制在无线网络研究中的重要性。
史上超详细的天线知识
天线，是我们生活中很常见的一种通讯设备。但是，大部分人其实对它并不了解，可能只知道它是收发信号的。 本文面向零基础读者，专业或非专业人士，皆可阅读，绝对通俗易懂，干货满满。 废话不多说，直入正题！ 话说，自从1894年老毛子科学家波波夫成功发明了天线之后，这玩意迄今已有124年的历史（数了3遍，应该没错）。 波波夫和他的发明 在这漫长的历史长河之中，它对人类社会发展和进步做出了卓绝的贡献。 二战中屡立奇功的英国雷达天线 如今，不管是老百姓日常工作生活，还是科学家进行科研探索，都离不开天线君的默默奉献。 天线究竟是一根什么样的“线”，为什么会如此彻底地改变我们的生活？ 其实，天线之所以牛逼，就是因为电磁波牛逼。 电磁波之所以牛逼，一个主要原因就是，它是唯一能够不依赖任何介质进行传播的“神秘力量”。即使在真空中，它也能来去自如，而且转瞬即至。 电磁波效果图 电磁波传播示意图
想要充分利用这股“神秘力量”，你就需要天线。 在无线电设备中，天线就是用来辐射和接收无线电波的装置。 天线的英文名：Antenna（也有触须、直觉之意） 再通俗点，天线就是一个“转换器”——把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。 天线的作用 什么叫导行波？ 简单来说，导行波就是一种电线上的电磁波。 天线是怎么实现导行波和空间波之间转换的呢？ 看下图： 中学物理学过，两根平行导线，有交变电流时，就会形成电磁波辐射。 两根导线很近时，辐射很微弱（导线电流方向相反，产生的感应电动势几乎抵消）。 两根导线张开，辐射就会增强（导线电流方向相同，产生的感应电动势方向相同）。 当导线的长度增大到波长的1/4时，就能形成较为的辐射效果！ 有了电场，就有了磁场，有了磁场，就有了电场，如此循环，就有了电磁场和电磁波。。。 电生磁，磁生电
简单的定向FM天线制作方法
简单的定向FM天线制作方法 制作方法： 收音机以Ｒ9700为例！机上的拉杆天线全部缩回！用一只比较细而长的园珠笔杆，直径只 略为比天线拉杆粗一点点，取1/4 A4的打印纸（不要用复印纸,太薄,挺性差），用细笔杆将纸卷成纸筒管，长15cm，用双面 不干胶粘带封口固定。然后准备一根比较细的220伏电源线，取单股，除去外套层（塑料皮 或布套），保留与金属铜丝芯包覆接触的绝缘层，长度大约1.5m。将这根电线从纸筒管的 一端起进行缠绕，纸管端头预贴双面粘胶带以帮助固定电线头，缠绕过程中线与线之间紧 靠，1.5m的线全部缠完并留出一个接线头。缠完后再在纸线筒上均匀包缠一层透明不干胶 带，留出的接线头与室外软天线接好并固定好，最后抽出纸线筒内的笔杆，至此天线就算做好了！ 使用时将纸线筒管套入完全缩回的天线拉杆上，非常方便！ 德生公司为其收音机配置的软天线又细又短，主要是防止信号过载，因为是采用直接夹接 机上拉杆天线。这样的话一方面室外天线感应的广播信号非常有限，另一方面—些污染的 电磁波也容易通过直接连接的接头方式而进入收音机。 本文采用的接合方式实际上是一个“电感电容”，这样外接天线部份可以选择较粗较长的 电源线，5—10m是没问题的，可以感应更遥远或更强的信号也不会过载，一般广播信号都
是较高的频率，非常容易通过这个“电感电容”。而许多污染性的电磁波频率都比较低， 反而不容易通过这个“电感电容”，起到了很好的阻隔作用。同时由于是做成了螺旋环管 状，又起到了对室内电磁污染的屏蔽作用！ 一种简易、方便的收音机天线制作方法，效果很好，现贴出来与大家共享。 条件：如果你家有铝合金的窗户，阳台窗或着金属的防盗窗，就可以开始准备了。 准备：手钻或电钻、钻头（Φ3mm)、起子、圆头自攻螺丝（做铝合金的店子里都有） ，垫片，几根长的单股电线（将双股花线撤散）。万能胶、透明胶。A4复印纸一张。 方法： 1、在铝合金窗、阳台窗或金属防盗窗不显眼的角落，用钻头钻一个眼，将电线一头剥 出4－5CM长的铜丝，缠在圆头自攻螺丝上，固定在钻好的眼上，上垫片可以保证压接的更 牢固。 2、然后将电线拉到你经常听收音机的位置（床头、书桌或其它地方），长度尽量多留 一点。使用时，将电线头在收音机拉杆天线上缠几圈就可以了（注意：这一头的电线不要 剥皮，不要露出铜丝，保证绝缘护套的完好），如果想更精致一点，可以接着按下述方法 做。 3、将复印纸裁成8CM＊8CM的纸片，在收音机拉杆天线缠成一个圆筒，用
全向天线与定向天线
全向天线与定向天线 Contents Introduction Prerequisites Requirements Components Used Conventions 基本定义和天线概念 室内作用 Omni天线利弊 定向天线利弊 干扰 结论 Related Information Introduction 本文产生基本的天线定义并且与在omni和定向天线利弊的一个重点讨论天线概念。Prerequisites Requirements There are no specific requirements for this document. Components Used This document is not restricted to specific software and hardware versions. Conventions Refer to Cisco Technical Tips Conventions for more information on document conventions. 基本定义和天线概念 天线产生无线系统三个根本属性：增益、方向和极化。增益是增量测量在功率的。增益是相当数量在天线添加到无线电频率(RF)信号的能量的增量。方向是发射模式的形状。当定向天线的增益增加，辐射角度通常减少。这提供一个更加了不起的覆盖距离，但是一个减少的覆盖角度。覆盖区域或辐射图用程度被测量。这些角度用程度被测量和称为波束宽度。
天线是为信号不提供任何被添加的功率的一个无源设备。反而，从发射机接受的天线重定向能量。此能量的重定向有提供更多能量效果在一个方向和在其他方向的较少能量。 波束宽度在水平的和垂直的无格式被定义。波束宽度是在半功率点(3dB之间的有角分离点)在天线的辐射图在所有飞机的。所以，为了天线您有水平的波束宽度和垂直的波束宽度。 图 1：天线波束宽度 天线是额定的与各向同性或偶极天线比较。一个各向同性的天线是有一个统一三维辐射图的一个理论上的天线(类似于一个电灯泡没有反射器)。换句话说，一个理论上的各向同性的天线有完善的360度垂直和水平的波束宽度或一个球状辐射图。它是四面八方放热并且有增益1的一个理想的天线(0个dB)，即零增益和零的损失。它用于与理论上的各向同性的天线比较一个特定天线的功率电平。图 2：一个各向同性的天线的辐射图
天线的种类及选型
1.天线的基本原理 天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。在移动网络通信中从基站天线到用户手机天线，或从用户手机天线到基站天线的无线连接，它的运行质量在整个网络运行质量中所占的位置是十分明显的。因此，网络优化也就自然与天线密切相关。 在无线通信系统中，天线是收发信机与外界传播介质之间的接口。同一副天线既可以辐射又可以接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。 在选择基站天线时，需要考虑其电气和机械性能。电气性能主要包括：工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。机械性能主要包括：尺寸、重量、天线输入接口、风载荷等。 基站所用天线类型按辐射方向来分主要有：全向天线、定向天线。 按极化方式来区分主要有：垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线（也叫双极化天线）。上述两种极化方式都为线极化方式。圆极化和椭圆极化天线一般不采用。 按外形来区分主要有：鞭状天线、平板天线、帽形天线等。 在继续论述天线相关理论之前必须首先介绍各向同性（Isotropic）天线。各向同性天线是一种理论模型，实际中并不存在，它把天线假设为一个辐射点源，能量以该点为中心以电磁场的形式向四周均匀辐射，为一球面波。 另外全向天线并不是没有方向性，它只是在水平方向为全向，但在垂直方向是有方向性的。它与各向同性天线是两个不同的概念。 半波振子是基站主用天线的基本单元，半波振子的优点是能量转换效率高。 为了便于介绍，先从天线的几个基本特性谈起。（见下图）
10db定向天线制作及应注意的问题(精)
10db定向天线制作及应注意的问题时间:2009-06-09 来源: 作者: 点击：4129 字体大小:【大中小】在网上看到很多千奇百怪有丰富想象力的天线，但大体看来无 非背射式定向天线和全向天线。而且受制作精度和难度困扰全向天线DIY 的极少。 2.4GHZ本身就是高频要求制作精度高，如果您动手能力差的话还是不 要做的好许多网友看到网上的制作资料就急不可耐的去找材料，然后加班 加点的制作。等做出了天线发现效果不怎么样，或出了这样和那样的问题， 才肯坐下来继续研究资料。 其实你大可研究好了再做，网上的图纸各种各样，你知道它的材料吗？ 因为它来自世界各地。缩短率，平衡-不平衡转换，原理，构造，阻抗匹配 等。最起码得先了解些原理吧，比如有个网友做了个双菱形的感觉效果不 怎么好就想再做个4菱形的，尺寸和原来的一样结果做出来了增益没有高， 减益倒高了不少，因为双菱形的阻抗和4菱形的根本不一样。 ?无线系统的天线长度通常是使用频率波长的1/4，2.4Ghz由于频率高，波长当然就短，所以天线自然就特别短，因此使用 2.4Ghz系 统当然就再不需要传统那样长长的拉杆天线了。单一菱形四条边： 每一边长1/4 波长，单个菱形全长1个波长，有些人会计入缩短 系数（根据线径粗细0.96-1.05），所以有这么多值跑出来，最好 自己计算。 ?频率为2.4GHZ的波长是12.5cm ，2.4G波长 =3*108/2.4？….*109=0.125m=12.5cm，根据频点可得不同长度。
如2.45G频率的波长12.24厘米，1.5mm铜丝的缩短系数0.96，则边长=波长*缩短系数/4=29.39毫米 ?反射板的宽度应大于12.5CM，取140MM也是合理的，但不要太大了，能有个弧度最好 ?为了减少杂波干扰,前面还可以制作一个挡板，过滤掉波长为几十毫米以下的杂波，当然这个工艺性要求较高，省去也是可以的。 ?引下线可以采用50欧姆的同轴电缆，长度计算应与阻抗相匹配。 2.4G高频信号衰减厉害，馈线最好不要超1米。 ?反射板屏蔽掉能获得更大增益，双棱增益10DB，屏蔽12DB ；四棱增益13DB，屏蔽14DB ?一个菱形标准是3.15dbi，加反射板多3db，菱形每多一倍加3db，所以双菱形是 3.15+3+3=9.15dbi；四菱形12.15dbi；八菱形 15.15dbi；16 菱形18.15dbi；32 菱形21.15dbi；64 菱形 24.15dbi；128 菱形是27.15dbi；要达到30dbi增益需要256 个菱 形！！！ ?高增益天线应用在短距离时，其效果并不见得会比低增益天线来的好(近距离时，低增益天线的"等效截面积"，有时会比高增益天线来的大)，如果再加上于室内使用，因为多重路径的关系，高增益天线的效果也不一定会比低增益天线好
全向天线和定向天线信号辐射差异
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。 根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。下面主要讲解一下它们之间的区别以及相关参数。 全向天线： 全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜。增益一般在9dB以下。下图所示为全向天线的信号辐射图。 全向天线的辐射范围比较象一个苹果 从图形上开看通常所说的“全向天线”不是严格的说法，全向天线应指在三维立体空间的全向，但工程界也往往把某个平面内方向图为圆周的天线称为全向天线，如鞭状天线，它在径向的主瓣是圆，但仍有轴向的副瓣。
定向天线： 定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。 我们也可以这样子来思考全向天线和定向天线之间的关系：全向天线会向四面八方发射信号，前后左右都可以接受到信号，定向天线就好像在天线后面罩一个碗壮的反射面，信号只能向前面传递，射向后面的信号被反射面挡住并反射到前方，加强了前面的信号强度。下图为定向天线的信号辐射图。 定向天线的主要辐射范围象个倒立的不太完整的圆锥
通过上文我们能够形象的认识到什么是全向天线，什么是定向天线，那么在实际应用时该注意些什么呢？ ·天线的选购如果需要满足多个站点，并且这些站点是分布在AP的不同方向时，需要采用全向天线；如果集中在一个方向，建议采用定向天线；另外还要考虑天线的接头形式是否和AP匹配、天线的增益大小等是否符合您的需求； ·天线的安装对于室外天线，天线与无线AP之间需要增加防雷设备；定向天线要注意天线的正面朝向远端站点的方向；天线应该安装在尽可能高的位置，天线和站点之间尽可能满足视距（肉眼可见，中间避开障碍）。 ·常见天线的增益：鞭状天线6－9dBi，GSM基站用八木天线15－17dBi，抛物面定向天线则很容易做到24dBi。