民用航空自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究.pdf

1、近年來,全球航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展給民航通信系統(tǒng)提出了更高的要求。尋求一個(gè)適合未來航空業(yè)發(fā)展的全球一體化、空天地一體化新型民航通信系統(tǒng)解決方案已成為一件刻不容緩的事情。航空自組網(wǎng)有望作為一種候選技術(shù)用于新型民航通信系統(tǒng)而得到全球諸多科研機(jī)構(gòu)和研究人員的廣泛關(guān)注。
　　天基網(wǎng)通信成本高、時(shí)延大、容量受限,地基網(wǎng)覆蓋區(qū)域受限,不支持跨洋飛行,航空自組網(wǎng)可作為天基網(wǎng)和地基網(wǎng)的重要補(bǔ)充?，F(xiàn)有的地面移動(dòng)自組網(wǎng)路由協(xié)議不適宜航空通信環(huán)境,已有的

2、航空自組網(wǎng)路由協(xié)議因其面向的應(yīng)用場(chǎng)景與民航自組網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)上存在差異不能使用。論文作者結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金課題“跨洋民用航空寬帶移動(dòng)通信組網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)研究”,基于空中的飛機(jī)盡量通過空-空鏈路和地-空鏈路接入地基站,只有在地基站不能接通時(shí)才使用衛(wèi)星的指導(dǎo)思想,針對(duì)民航通信場(chǎng)景中飛機(jī)節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓邉?dòng)態(tài)、網(wǎng)絡(luò)空間跨度大等特點(diǎn),圍繞網(wǎng)絡(luò)健壯性、高動(dòng)態(tài)拓?fù)溥m應(yīng)性、網(wǎng)絡(luò)QoS保障和路由安全等問題對(duì)民航自組網(wǎng)路由協(xié)議相關(guān)的理論和技

3、術(shù)進(jìn)行研究。論文的主要工作和成果如下:
　　1)針對(duì)民航通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)和特點(diǎn)提出基于地基接入優(yōu)先,綜合優(yōu)質(zhì)地基路徑接入思想的多參數(shù)多路由優(yōu)化路由維護(hù)策略,實(shí)現(xiàn)民航自組網(wǎng)中各飛機(jī)節(jié)點(diǎn)與地基站間路由的高效維護(hù)。該路徑搜索策略通過地基站周期廣播路由維護(hù)消息,各節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的路由維護(hù)消息對(duì)各對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)到地基站的路由質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估和選擇,并在需要時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)質(zhì)路徑信息,實(shí)現(xiàn)各飛機(jī)節(jié)點(diǎn)到地基站路徑維護(hù),然后利用節(jié)點(diǎn)往地基站的發(fā)包過程實(shí)現(xiàn)地基站

4、到各飛機(jī)節(jié)點(diǎn)路徑的維護(hù)。
　　2)針對(duì)民航通信網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)需求研究和分析影響鏈路質(zhì)量和路由質(zhì)量的相關(guān)因素,并據(jù)此提出了綜合可重構(gòu)路由質(zhì)量評(píng)估模型。該模型從跳數(shù)、時(shí)延、鏈路持續(xù)時(shí)間、丟包率、剩余帶寬等方面綜合考慮鏈路質(zhì)量和路由質(zhì)量的評(píng)價(jià),并研究這些因素的感知和量化方法,最終結(jié)合民航通信網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)對(duì)路徑特性的需求設(shè)計(jì)路由質(zhì)量評(píng)估模型,為路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)地基路徑搜索和網(wǎng)絡(luò) QoS保障提供條件。
　　3)針對(duì)民航自組網(wǎng)中高節(jié)點(diǎn)

5、密度區(qū)域因節(jié)點(diǎn)間干擾大和空間頻譜資源競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降問題,從民航自組網(wǎng)拓?fù)涓邉?dòng)態(tài)和節(jié)點(diǎn)分布不均的特點(diǎn)出發(fā),基于以優(yōu)先保證網(wǎng)絡(luò)中飛機(jī)節(jié)點(diǎn)地基接入為前提,以控制能提供節(jié)點(diǎn)地基接入鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目為目標(biāo)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的思想提出節(jié)點(diǎn)最佳鄰居配置分布式動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化算法。該算法可結(jié)合鄰居維護(hù)過程實(shí)現(xiàn),可有效提高高節(jié)點(diǎn)密度區(qū)域節(jié)點(diǎn)的通信帶寬,提高網(wǎng)絡(luò)性能。
　　4)針對(duì)民航自組網(wǎng)安全性能要求高,移動(dòng)自組網(wǎng)容易受到攻擊問題,根據(jù)民航自組網(wǎng)中路由

6、層存在的安全威脅,基于從節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)行為來判斷節(jié)點(diǎn)可信度的思想提出基于鄰居信任評(píng)估路由安全策略。該策略可結(jié)合節(jié)點(diǎn)鄰居維護(hù)過程實(shí)現(xiàn),節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)測(cè)其鄰居的網(wǎng)絡(luò)行為對(duì)其鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可信度評(píng)估,確保節(jié)點(diǎn)維護(hù)的鄰居節(jié)點(diǎn)為可信節(jié)點(diǎn),從而提高網(wǎng)絡(luò)安全性。
　　論文通過搭建模擬民用航空通信環(huán)境的仿真場(chǎng)景對(duì)以上研究成果進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明,結(jié)合以上研究成果設(shè)計(jì)的民航自組網(wǎng)路由協(xié)議能較好的保證飛機(jī)節(jié)點(diǎn)地基接入,且與面向高動(dòng)態(tài)拓?fù)涮岢龅腁ODV和GPSR