航空自組網若干關鍵技術研究.pdf

1、作為航空通信系統未來的發(fā)展方向，航空自組網已經得到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。航空自組網主要由各種航空平臺組成，是一種節(jié)點高速運動，網絡拓撲持續(xù)快速變化的新型移動自組織網絡。航空自組網除了具有自組織和無中心等傳統移動自組網所固有的特點之外，還具有網絡規(guī)模大、拓撲高動態(tài)變化、帶寬受限、嚴格的服務質量（Quality of Service，QoS）要求、信道不穩(wěn)定、鏈路易中斷以及誤碼率高等獨有的特點。因此，在航空自組網中提供具有QoS保證的航

2、空通信服務將比一般的無線網絡更具挑戰(zhàn)性。為了解決航空自組網所面臨的技術難題，本文分別從網絡拓撲控制，媒體接入控制（Medium Access Control，MAC）協議，傳輸層協議和分布式帶寬分配等方面對航空自組網的相關技術進行深入研究，并提出了相應的解決方案。論文的主要研究內容和成果如下：
　　一、概述了軍民航領域航空通信系統的技術現狀以及發(fā)展趨勢，展望了未來航空自組網應用于軍民航領域的技術場景，分析并總結了航空自組網需要解決

3、的幾個關鍵技術問題。
　　二、針對航空自組網高動態(tài)的網絡拓撲和頻繁的網絡分割無法為網絡應用提供可靠通信服務的問題，提出了一種拓撲控制算法來實現網絡容錯，即當部分節(jié)點或通信鏈路失效時，網絡依然能夠保持連通。該算法通過在網絡中加入額外的中繼節(jié)點并控制中繼節(jié)點運動的方式來控制網絡拓撲并實現網絡的容錯性。算法將中繼節(jié)點速度控制問題抽象為求解最小成本可行移動矩陣問題，通過求解最小成本可行移動矩陣就可以得到中繼節(jié)點的運動速度，實現對網絡的容錯

4、控制，使得網絡通信具備一定的可靠性與抗毀性。
　　三、針對航空自組網中大量的數據通信需求和有限的頻譜資源之間的矛盾以及高動態(tài)的網絡拓撲影響網絡節(jié)點公平、高效、有序地接入網絡等問題，提出了一種基于空分時分多址（Spatial reuse TDMA，STDMA）的MAC協議。該協議通過時隙的空間復用來增加網絡容量，解決大量的通信需求和有限的頻譜資源之間的矛盾。協議不需要中心節(jié)點收集網絡信息，以分布式的控制方式在每個節(jié)點上同步運行，使得

5、其可以很好地適用高動態(tài)的航空網絡環(huán)境。
　　四、針對航空自組網中信道不穩(wěn)定、鏈路易中斷以及誤碼率高等問題，提出了一種基于噴泉碼的多路徑傳輸層協議。該協議使用噴泉碼作為前向糾錯碼，避免了過高的丟包率導致頻繁地重傳對網絡性能的影響。航空平臺一般裝備多套機載通信系統，因此，航空平臺之間可以建立多條通信路徑。協議同時利用多條通信路徑進行數據傳輸來解決單條通信路徑的不可靠問題。根據不同的路徑狀態(tài)，協議將數據優(yōu)化分配到多條通信路徑上并行傳輸，

6、提高網絡吞吐量，減小單條不可靠通信路徑對網絡性能的影響。
　　五、針對航空自組網沒有中心控制節(jié)點且大部分數據流都屬于對帶寬和時延敏感的“非彈性流”的問題，提出了一種基于QoS的分布式帶寬分配算法。該算法運行于網絡的傳輸層，采用和式增加，積式減少（Additive Increase Multiplicative Decrease，AIMD）的速率控制機制進行擁塞控制。根據數據流對帶寬的要求動態(tài)調整 AIMD參數，算法就能夠以分布式的