跨洋民用航空通信組網及傳輸關鍵技術研究.pdf

1、跨洋民用航空通信網絡指在民航飛機跨洋飛行時由飛機、衛(wèi)星和地基基站以及相互間的通信鏈路構成的航空通信網絡。由于天基網通信成本高、時延大、容量受限，地基網覆蓋區(qū)域受限，不支持跨洋飛行，通過民航飛機構建自組網有望成為以天基網和地基網為主的跨洋民用航空通信網絡的重要補充，為民航飛機在跨洋飛行時提供信息傳輸與交換。天基網和地基網已經成熟并部署應用，民航飛機自組網尚處于研究階段，作為民航飛機自組網組網關鍵的媒體接入算法和路由算法就成為跨洋民用航空通

2、信網絡組網的關鍵。
　　論文結合國家自然科學基金課題“跨洋民用航空寬帶移動通信組網及關鍵技術研究”，針對民航飛機自組網跨度大、拓撲高動態(tài)和節(jié)點間距遠面臨的組網難的問題，設計穩(wěn)定、可靠和高效的接入算法和路由算法，實現高動態(tài)遠距離節(jié)點的高效組網；針對跨洋民用航空通信網絡中報文亂序和鏈路異構性等導致的TCP傳輸性能退化問題，研究TCP擁塞控制算法實現信息的高效傳輸。主要工作和成果如下：
　?、籴槍γ窈斤w機自組網的多跳性能衰減和節(jié)點

3、間傳播時延大導致的傳統(tǒng)定向媒體接入算法難以適用的問題，分析了定向鄰居發(fā)現時延性能和經典時隙調度算法性能，提出了基于單波束定向天線的民航飛機自組網MAC協(xié)議(DAMAC)和基于多波束定向天線的民航飛機自組網MAC協(xié)議(MBAMAC)。其中DAMAC利用反向波束內待發(fā)現鄰居數，改進定向鄰居發(fā)現策略以降低鄰居發(fā)現時延；提供單向傳輸模式以降低突發(fā)業(yè)務的傳輸時延。MBAMAC采用非對稱鏈路和基于業(yè)務負載的時隙分配策略，在節(jié)點內通過鏈路間的時隙調度

4、以滿足不同鏈路的傳輸需求；在節(jié)點間通過調整收發(fā)時隙比例保證節(jié)點中繼流量和自發(fā)流量的平衡，以降低當自身業(yè)務負載增加時的排隊時延和丟包率，提高自身流量減小時的資源利用率。仿真結果表明，DAMAC和MBAMAC均提高了節(jié)點與基站間的平均傳輸速率，降低了節(jié)點到基站的平均跳數和平均鄰居發(fā)現時延。
　　②在跨洋民用航空通信網絡路由算法的研究中，針對MRPPS(Multipath Routing Protocol based on Path S

5、tability)只有一條反向路徑易擁塞，同時沒有考慮衛(wèi)星接入和路由開銷大等問題，提出了跨洋民用航空通信網絡多徑路由協(xié)議(MRTAN)。MRTAN采用由中繼節(jié)點發(fā)起，目的節(jié)點注冊的反向多路徑建立方法以降低反向路徑的擁塞概率；利用ADS-B避免周期發(fā)送鄰居維護報文以降低路由開銷；采用基于鏈路和負載的自適應路徑選擇方法，實現衛(wèi)星路徑的平滑切換，降低突發(fā)業(yè)務的傳輸時延。仿真實驗表明，較MRPPS，MRTAN提高了網絡吞吐量和報文投遞率，降低了

6、傳輸時延和路由開銷。
　?、坩槍缪竺裼煤娇胀ㄐ啪W絡下報文亂序和鏈路異構性引起的TCP傳輸性能退化，提出了高效的TCP擁塞控制算法——INVS。INVS采用基于指數函數的凸窗口增長函數以提高大BDP網絡帶寬利用率；在窗口增長函數中引入自適應增長因子以實現窗口增長速率與鏈路帶寬和時延相匹配；引入帶寬估計以提高慢啟動性能；采用基于多路徑分流回復(LSR)和自適應的隊列門限的丟包區(qū)分和退避策略，避免報文亂序和無線鏈路丟包造成TCP傳輸性