由于Ad hoc网络的组网灵活性强、支持移动性、易于迅速展开、系统整体抗毁能力强和系统成本低等特点,被广泛应用于车辆联网、应急救援和军用战术网络等网络场景中。然而,随着各种各样上层业务涌现,Ad hoc网络的容量以及传输质量亟需提升,全向Ad hoc网络已经无法得到满足。因此引入定向天线,利用定向天线在天线增益、传输范围和抗干扰能力的优势,可以极大改善移动Ad hoc网络的性能。然而,定向天线为Ad hoc网络带来好处的同时,也引入了诸如―耳聋‖和天线增益不对称导致的隐藏终端等问题。因此,如何设计高效定向MAC协议,使得定向天线的性能和优势得以发挥的同时又有效地减轻上述问题,是本文研究的重点。首先,论文在NS-3上设计了波束宽度和数量可调的波束切换定向天线模型,实现了经典的定向MAC协议——DVCS协议,包括对原有WLAN模型进行扩展,提供天线波束的切换、锁定和解锁功能,建立到达方向角缓存和定向网络分配向量表。结果验证,定向天线的使用提高了Ad hoc网络的吞吐量、降低了节点间的干扰,提升了分组递交率、缩短了分组平均时延。其次,由于多向时序RTS协议分类中的CRCM协议无需事先知道节点位置信息,且通过依次发送定向RTS和定向CTS包减轻“耳聋”问题和因天线增益不同而导致的隐藏终端问题,论文对CRCM协议进行适用性分析,仿真结果表明,CRCM协议有效减轻定向MAC面临的问题,与DVCS协议及全向MAC协议相比较提高了网络吞吐量,对移动场景的适应能力更好。最后,针对大量连续稳定的业务模型,CRCM协议存在发送控制分组时间长而导致的通信效率低的问题,论文提出了一种改进的CRCM协议,通过合理减少循环RTS和CTS握手次数,并改进随机退避算法,提升协议的传输效率。结果表明所提协议减少了控制开销,提升了传输效率,提高了吞吐量,降低了分组时延。