高動態(tài)航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議研究與設計.pdf

1、隨著移動自組織網(wǎng)絡和無線傳感網(wǎng)絡的研究與應用的不斷發(fā)展，國內(nèi)外很多研究者已經(jīng)考慮將其應用于航空通信中，提出了一種新的概念——航空自組網(wǎng)。作為一種特殊類型的移動自組織網(wǎng)絡，航空自組網(wǎng)可用于增強民用和軍事航空中的態(tài)勢感知、飛行協(xié)調(diào)和飛行效率等。相較于地面網(wǎng)絡，航空自組網(wǎng)有很多獨特的屬性，例如，機載節(jié)點高速移動，網(wǎng)絡拓撲結構變化頻繁，嚴格的安全要求以及惡劣的通信環(huán)境等。受這些因素的影響，傳統(tǒng)的組網(wǎng)接入?yún)f(xié)議已不再適用于航空自組網(wǎng)。本文對現(xiàn)有的自

2、組網(wǎng)MAC協(xié)議進行分析的基礎上，提出了一種新的適用于航空自組網(wǎng)通信環(huán)境的MAC協(xié)議，該協(xié)議創(chuàng)新性的使多節(jié)點在較短時間內(nèi)入網(wǎng)，將固定與動態(tài)時隙分配相結合，可支持多種不同優(yōu)先級業(yè)務類型及單播和廣播通信模式，并且可為節(jié)點拓撲的高動態(tài)性提供路由和網(wǎng)絡切換方案。
　　首先，本文簡要介紹了航空自組網(wǎng)的發(fā)展背景，高動態(tài)自組網(wǎng)的特點以及航空自組網(wǎng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。通過總結和分析航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議設計的應用需求，基于信道接入方式的不同將目前提出的

3、航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議分為四類：基于競爭類MAC協(xié)議、基于調(diào)度類MAC協(xié)議、混合類MAC協(xié)議和跨層設計類MAC協(xié)議。分別對各類協(xié)議進行了簡要介紹，概述了四類協(xié)議的研究進展，對其中幾種典型協(xié)議的特點、性能、優(yōu)缺點以及應用范圍等進行了總結和分析。針對航空自組網(wǎng)的協(xié)議設計需求，本文提出了一種新的適用于航空自組網(wǎng)的MAC層接入?yún)f(xié)議，該協(xié)議基于TDMA方式，采用有中心分布式三級樹形拓撲網(wǎng)絡結構。網(wǎng)內(nèi)每個節(jié)點均為中心節(jié)點的備份節(jié)點，有效保證了網(wǎng)絡的抗

4、毀性；協(xié)議設計了節(jié)點入網(wǎng)和退網(wǎng)策略，實現(xiàn)了節(jié)點快速入網(wǎng)的通信需求以及不同子網(wǎng)間的融合和分離；協(xié)議可支持多種業(yè)務類型，中心節(jié)點結合節(jié)點的業(yè)務量設置，使用固定分配與動態(tài)分配相結合的方式為網(wǎng)內(nèi)節(jié)點分配時隙，可滿足不同的業(yè)務需求；網(wǎng)內(nèi)節(jié)點采用定向切換天線在本節(jié)點占有的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，在其他時隙偵聽網(wǎng)絡狀態(tài)，全向接收數(shù)據(jù)；協(xié)議中不采用RTS/CTS應答方式，而在信標幀中為入網(wǎng)申請做回應，有效減少了網(wǎng)絡開銷，降低了節(jié)點的入網(wǎng)時延。最后，本文使用OP