将定向天线技术应用到无线Ad Hoc网络中,可以减少干扰,提高空间复用,增加覆盖范围,降低功耗,并且具有良好的保密性和隐蔽性。MAC协议控制着对物理层的访问,其设计应该与物理层尤其是天线的工作模式相适应,同时也对物理层的性能起到至关重要的作用。现有的定向MAC协议大多都是基于经典的全向MAC协议改进而来的,例如,Aloha协议,CSMA/CA协议和TDMA协议。其中,基于TDMA的定向MAC协议,可以通过专门的帧结构设计和时隙预约,减少冲突问题,实现邻居节点的发现和链路的维护。现有的基于TDMA的定向MAC协议控制算法复杂、难以处理冲突且资源利用率低。针对这一问题,本文将定向多波束天线引入到Ad Hoc网络中,并以Rotman透镜天线为例,展开研究。本文首先对几种不同的天线形式和扫描方式分别进行了数学建模和公式推导,并对各自的邻居节点发现时延进行了比较与分析,得出定向多波束天线更加适合无线Ad Hoc网络的结论。然后,针对Rotman透镜天线,本文设计了基于单发多收工作模式的SM-RMAC协议。利用Rotman透镜天线的特点,简化邻节点发现的过程,给出资源状态表机制来实现高效无冲突的时隙预约,并且根据业务优先级提供预约时隙。仿真结果表明:SM-RMAC协议能够充分发挥Rotman透镜天线空间复用的性能优势,能避免冲突并有效支持优先级机制,相比现有的定向TDMA MAC协议,显著提高了网络吞吐量和稳定性。最后,在SM-RMAC的基础上,本文设计了针对Rotman透镜天线多发多收工作模式的MM-RMAC协议。首先研究了多发多收模式下的功率计算和功率分配约束条件,其次将功率控制纳入到时隙预约的过程和资源状态表的维护中,然后在SM-RMAC协议的接入优先级机制的基础上提出了队列优先级机制。相比SM-RMAC协议,MM-RMAC协议具备更强的发送能力,提高了网络容量,降低了平均时延,提高了能量效率,并且能够更好的支持优先级业务。