基于定向天線的航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議研究.pdf

1、航空自組網(wǎng)是指直接使用機載通信設(shè)備在飛機間進行通信的分布式自組織多跳網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的航空通信方式。由于衛(wèi)星通信成本高、容量有限，地基基站覆蓋范圍有限，航空自組網(wǎng)有望成為航空移動通信網(wǎng)絡(luò)特殊場景下的重要補充。然而，航空自組網(wǎng)具有無中心，網(wǎng)絡(luò)跨度大，節(jié)點間距離遠(yuǎn)，拓?fù)渥兓杆?，業(yè)務(wù)多樣等特點，導(dǎo)致其信道接入受限，傳播時延較大，難以快速建立鏈路和保障不同類型業(yè)務(wù)的QoS，給其MAC協(xié)議設(shè)計帶來了額外的挑戰(zhàn)。因此，本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金課題

2、“跨洋民用航空寬帶移動通信組網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)研究”，重點研究航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議，針對航空自組網(wǎng)公平接入、快速建立鏈路以及保證業(yè)務(wù)QoS的需求，提出了基于定向天線的航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議（TD-DAMAC），利用定向天線傳輸距離遠(yuǎn)、空間復(fù)用度高的特點，建立飛機間穩(wěn)定、高效的傳輸鏈路，增大航空自組網(wǎng)單跳傳輸距離，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，滿足航空自組網(wǎng)多樣的業(yè)務(wù)傳輸需求。主要研究工作如下：
　?、籴槍娇兆越M網(wǎng)飛機節(jié)點距離遠(yuǎn)與定向鄰居握手的問題，設(shè)

3、計了具有保護間隔的子時隙模式幀結(jié)構(gòu)與包含控制信息的分組結(jié)構(gòu)。針對定向航空自組網(wǎng)鄰居發(fā)現(xiàn)與鏈路建立的問題，結(jié)合ADS-B系統(tǒng)，提出了基于ADS-B的鄰居發(fā)現(xiàn)算法，根據(jù)鄰居節(jié)點個數(shù)按概率切換掃描波束，利用反向波束內(nèi)鄰居個數(shù)改變節(jié)點發(fā)送模式概率，以此降低鄰居發(fā)現(xiàn)時間，提高鏈路建立效率。針對航空自組網(wǎng)信道接入的問題，結(jié)合動態(tài)分配策略，提出了基于節(jié)點業(yè)務(wù)量和鏈路負(fù)載的時隙分配策略，通過鄰居信息控制分組的交互，固定分配時隙保證信道接入時延，根據(jù)節(jié)點

4、業(yè)務(wù)需求和鏈路負(fù)載情況，預(yù)約附加時隙滿足突發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸需求，啟用單向傳輸模式提高時隙利用率與傳輸效率，以此避免時隙競爭沖突，提高信道利用率，保證信道的公平使用。
　　②針對航空高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的QoS需求，提出了TD-DAMAC基于航空業(yè)務(wù)優(yōu)先級與負(fù)載的動態(tài)幀長優(yōu)化策略，采用多隊列的方式對航空業(yè)務(wù)進行優(yōu)先級區(qū)分，通過跟蹤高優(yōu)先級業(yè)務(wù)隊列的負(fù)載情況，以2的冪進行幀長的動態(tài)擴展與收縮，為航空自組網(wǎng)中安全系數(shù)較高的業(yè)務(wù)分配更多的時隙資源，既

5、保證了高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的QoS，滿足了多樣航空業(yè)務(wù)的傳輸需求，也有效地提高了信道利用率。
　　③搭建了航空自組網(wǎng)TD-DAMAC的NS2仿真驗證平臺，實現(xiàn)了本文提出的TD-DAMAC協(xié)議，仿真表明：相比SBA-R，TD-DAMAC降低了30％至40%的鄰居發(fā)現(xiàn)時間；相比DMAC、MMAC與全向STDMA，TD-DAMAC提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，能夠提供85%以上的分組投遞率，在節(jié)點密度不是很大的情況下可以降低平均傳輸時延，能夠在一定程度上提