如何设计和优化链路层协议成为无线自组织网络研究的热点之一。首先,基于调度策略的链路层协议通常以TDMA(Time Division Media Access)为主,对TDMA协议的有效改进方法是采用空分TDMA(Spatial TDMA)机制;其次,定向天线相比于全向天线能提高网络性能。因此,将两者优势结合起来,设计一种基于方向性天线的STDMA媒体接入控制、链路调度算法及Ad Hoc组网方法。本文首先从超短波自组织网络的基本概念和特点入手,介绍了无线自组织网络当前研究的主要问题和应用前景。然后分别阐述了超短波信道特点以及定向天线在网络空分复用、天线增益、抗干扰等方面的优势。分析了定向天线用于无线自组网的可能性。接着阐述了多址接入协议。分析了基于全向和定向天线在组网和协议实现中的异同点和优缺点。最后设计了基于定向天线的STDMA接入协议,并在此基础上设计了层间接口、链路分配策略、时帧结构以及分组结构等。通过对链路信息表、两跳节点信息表和时隙分配表的周期更新来完成信道接入以及逻辑信道与传输信道的映射。同时实现定向发送链路维护、两跳拓扑结构感知等功能。研究发现,定向天线的应用,相比全向天线可明显提高网络的总的吞吐量、减少多址干扰、提高空间复用程度。STDMA方式可以保证每个节点无冲突接入信道并提高网络连通性。在仿真平台OPNET下设计了基于空分TDMA方式的节点模型和定向天线模型等,实现了特定网络模型的计算机仿真。仿真结果表明,在分布式的模型参数环境下,STDMA协议保证节点平均连通度达到4.8条/点,拓扑稳定时间小于8个时元,并在高业务负载下,与CSMA/CA协议相比网络吞吐量得到提高,分组接入时延小于250ms,不仅达到设计指标要求,而且保证了协议的高效、稳定。