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(jī)載通信設(shè)備在飛機(jī)間進(jìn)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)特殊場(chǎng)景下的重要補(bǔ)充。然而，航空自組網(wǎng)具有無(wú)中心，網(wǎng)絡(luò)跨度大，節(jié)點(diǎn)間距離遠(yuǎn)，拓?fù)渥兓杆伲瑯I(yè)務(wù)多樣等特點(diǎn)，導(dǎo)致其信道接入受限，傳播時(shí)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(jì)帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)。因此，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金課題

2、“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”，重點(diǎn)研究航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議，針對(duì)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(diǎn)，建立飛機(jī)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?duì)航空自組網(wǎng)飛機(jī)節(jié)點(diǎn)距離遠(yuǎn)與定向鄰居握手的問(wèn)題，設(shè)

3、計(jì)了具有保護(hù)間隔的子時(shí)隙模式幀結(jié)構(gòu)與包含控制信息的分組結(jié)構(gòu)。針對(duì)定向航空自組網(wǎng)鄰居發(fā)現(xiàn)與鏈路建立的問(wèn)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(diǎn)個(gè)數(shù)按概率切換掃描波束，利用反向波束內(nèi)鄰居個(gè)數(shù)改變節(jié)點(diǎn)發(fā)送模式概率，以此降低鄰居發(fā)現(xiàn)時(shí)間，提高鏈路建立效率。針對(duì)航空自組網(wǎng)信道接入的問(wèn)題，結(jié)合動(dòng)態(tài)分配策略，提出了基于節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量和鏈路負(fù)載的時(shí)隙分配策略，通過(guò)鄰居信息控制分組的交互，固定分配時(shí)隙保證信道接入時(shí)延，根據(jù)節(jié)點(diǎn)

4、業(yè)務(wù)需求和鏈路負(fù)載情況，預(yù)約附加時(shí)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(shí)隙利用率與傳輸效率，以此避免時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)沖突，提高信道利用率，保證信道的公平使用。
　?、卺槍?duì)航空高優(yōu)先級(jí)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(jí)與負(fù)載的動(dòng)態(tài)幀長(zhǎng)優(yōu)化策略，采用多隊(duì)列的方式對(duì)航空業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)區(qū)分，通過(guò)跟蹤高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)隊(duì)列的負(fù)載情況，以2的冪進(jìn)行幀長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)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(shí)隙資源，既

5、保證了高優(yōu)先級(jí)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。
　?、鄞罱撕娇兆越M網(wǎng)TD-DAMAC的NS2仿真驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)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(shí)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(diǎn)密度不是很大的情況下可以降低平均傳輸時(shí)延，能夠在一定程度上提