航空自組網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為航空通信系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，航空自組網(wǎng)已經(jīng)得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。航空自組網(wǎng)主要由各種航空平臺(tái)組成，是一種節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑掷m(xù)快速變化的新型移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。航空自組網(wǎng)除了具有自組織和無(wú)中心等傳統(tǒng)移動(dòng)自組網(wǎng)所固有的特點(diǎn)之外，還具有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、拓?fù)涓邉?dòng)態(tài)變化、帶寬受限、嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)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(dú)有的特點(diǎn)。因此，在航空自組網(wǎng)中提供具有QoS保證的航

2、空通信服務(wù)將比一般的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)更具挑戰(zhàn)性。為了解決航空自組網(wǎng)所面臨的技術(shù)難題，本文分別從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?，媒體接入控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議，傳輸層協(xié)議和分布式帶寬分配等方面對(duì)航空自組網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，并提出了相應(yīng)的解決方案。論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　一、概述了軍民航領(lǐng)域航空通信系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，展望了未來(lái)航空自組網(wǎng)應(yīng)用于軍民航領(lǐng)域的技術(shù)場(chǎng)景，分析并總結(jié)了航空自組網(wǎng)需要解決

3、的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
　　二、針對(duì)航空自組網(wǎng)高動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜皖l繁的網(wǎng)絡(luò)分割無(wú)法為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供可靠通信服務(wù)的問(wèn)題，提出了一種拓?fù)淇刂扑惴▉?lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)，即當(dāng)部分節(jié)點(diǎn)或通信鏈路失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)依然能夠保持連通。該算法通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中加入額外的中繼節(jié)點(diǎn)并控制中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性。算法將中繼節(jié)點(diǎn)速度控制問(wèn)題抽象為求解最小成本可行移動(dòng)矩陣問(wèn)題，通過(guò)求解最小成本可行移動(dòng)矩陣就可以得到中繼節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)

4、控制，使得網(wǎng)絡(luò)通信具備一定的可靠性與抗毀性。
　　三、針對(duì)航空自組網(wǎng)中大量的數(shù)據(jù)通信需求和有限的頻譜資源之間的矛盾以及高動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆绊懢W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)公平、高效、有序地接入網(wǎng)絡(luò)等問(wèn)題，提出了一種基于空分時(shí)分多址（Spatial reuse TDMA，STDMA）的MAC協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)時(shí)隙的空間復(fù)用來(lái)增加網(wǎng)絡(luò)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(xié)議不需要中心節(jié)點(diǎn)收集網(wǎng)絡(luò)信息，以分布式的控制方式在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上同步運(yùn)行，使得

5、其可以很好地適用高動(dòng)態(tài)的航空網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
　　四、針對(duì)航空自組網(wǎng)中信道不穩(wěn)定、鏈路易中斷以及誤碼率高等問(wèn)題，提出了一種基于噴泉碼的多路徑傳輸層協(xié)議。該協(xié)議使用噴泉碼作為前向糾錯(cuò)碼，避免了過(guò)高的丟包率導(dǎo)致頻繁地重傳對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。航空平臺(tái)一般裝備多套機(jī)載通信系統(tǒng)，因此，航空平臺(tái)之間可以建立多條通信路徑。協(xié)議同時(shí)利用多條通信路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸來(lái)解決單條通信路徑的不可靠問(wèn)題。根據(jù)不同的路徑狀態(tài)，協(xié)議將數(shù)據(jù)優(yōu)化分配到多條通信路徑上并行傳輸，

6、提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，減小單條不可靠通信路徑對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。
　　五、針對(duì)航空自組網(wǎng)沒有中心控制節(jié)點(diǎn)且大部分?jǐn)?shù)據(jù)流都屬于對(duì)帶寬和時(shí)延敏感的“非彈性流”的問(wèn)題，提出了一種基于QoS的分布式帶寬分配算法。該算法運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)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(jī)制進(jìn)行擁塞控制。根據(jù)數(shù)據(jù)流對(duì)帶寬的要求動(dòng)態(tài)調(diào)整 AIMD參數(shù)，算法就能夠以分布式的