跨洋民用航空通信組網(wǎng)及傳輸關鍵技術研究.pdf

1、跨洋民用航空通信網(wǎng)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(wǎng)絡。由于天基網(wǎng)通信成本高、時延大、容量受限，地基網(wǎng)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(wǎng)有望成為以天基網(wǎng)和地基網(wǎng)為主的跨洋民用航空通信網(wǎng)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(wǎng)和地基網(wǎng)已經(jīng)成熟并部署應用，民航飛機自組網(wǎng)尚處于研究階段，作為民航飛機自組網(wǎng)組網(wǎng)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(wǎng)絡組網(wǎng)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(wǎng)及關鍵技術研究”，針對民航飛機自組網(wǎng)跨度大、拓撲高動態(tài)和節(jié)點間距遠面臨的組網(wǎng)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(xiàn)高動態(tài)遠距離節(jié)點的高效組網(wǎng)；針對跨洋民用航空通信網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)時延性能和經(jīng)典時隙調(diào)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(wǎng)MAC協(xié)議(DAMAC)和基于多波束定向天線的民航飛機自組網(wǎng)MAC協(xié)議(MBAMAC)。其中DAMAC利用反向波束內(nèi)待發(fā)現(xiàn)鄰居數(shù)，改進定向鄰居發(fā)現(xiàn)策略以降低鄰居發(fā)現(xiàn)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(nèi)通過鏈路間的時隙調(diào)度

4、以滿足不同鏈路的傳輸需求；在節(jié)點間通過調(diào)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(shù)和平均鄰居發(fā)現(xiàn)時延。
　?、谠诳缪竺裼煤娇胀ㄐ啪W(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)絡吞吐量和報文投遞率，降低了

6、傳輸時延和路由開銷。
　　③針對跨洋民用航空通信網(wǎng)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(shù)函數(shù)的凸窗口增長函數(shù)以提高大BDP網(wǎng)絡帶寬利用率；在窗口增長函數(shù)中引入自適應增長因子以實現(xiàn)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