【摘要】：跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)指在民航飛機(jī)跨洋飛行時(shí)由飛機(jī)、衛(wèi)星和地基基站以及相互間的通信鏈路構(gòu)成的航空通信網(wǎng)絡(luò)。由于天基網(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,通過(guò)民航飛機(jī)構(gòu)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(luò)的重要補(bǔ)充,為民航飛機(jī)在跨洋飛行時(shí)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(yīng)用,民航飛機(jī)自組網(wǎng)尚處于研究階段,作為民航飛機(jī)自組網(wǎng)組網(wǎng)關(guān)鍵的媒體接入算法和路由算法就成為跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的關(guān)鍵。論文結(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”,針對(duì)民航飛機(jī)自組網(wǎng)跨度大、拓?fù)涓邉?dòng)態(tài)和節(jié)點(diǎn)間距遠(yuǎn)面臨的組網(wǎng)難的問(wèn)題,設(shè)計(jì)穩(wěn)定、可靠和高效的接入算法和路由算法,實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)的高效組網(wǎng);針對(duì)跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文亂序和鏈路異構(gòu)性等導(dǎo)致的TCP傳輸性能退化問(wèn)題,研究TCP擁塞控制算法實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸。主要工作和成果如下:①針對(duì)民航飛機(jī)自組網(wǎng)的多跳性能衰減和節(jié)點(diǎn)間傳播時(shí)延大導(dǎo)致的傳統(tǒng)定向媒體接入算法難以適用的問(wèn)題,分析了定向鄰居發(fā)現(xiàn)時(shí)延性能和經(jīng)典時(shí)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(jī)自組網(wǎng)MAC協(xié)議(DAMAC)和基于多波束定向天線的民航飛機(jī)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(jìn)定向鄰居發(fā)現(xiàn)策略以降低鄰居發(fā)現(xiàn)時(shí)延;提供單向傳輸模式以降低突發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)延。MBAMAC采用非對(duì)稱(chēng)鏈路和基于業(yè)務(wù)負(fù)載的時(shí)隙分配策略,在節(jié)點(diǎn)內(nèi)通過(guò)鏈路間的時(shí)隙調(diào)度以滿足不同鏈路的傳輸需求;在節(jié)點(diǎn)間通過(guò)調(diào)整收發(fā)時(shí)隙比例保證節(jié)點(diǎn)中繼流量和自發(fā)流量的平衡,以降低當(dāng)自身業(yè)務(wù)負(fù)載增加時(shí)的排隊(duì)時(shí)延和丟包率,提高自身流量減小時(shí)的資源利用率。仿真結(jié)果表明,DAMAC和MBAMAC均提高了節(jié)點(diǎn)與基站間的平均傳輸速率,降低了節(jié)點(diǎn)到基站的平均跳數(shù)和平均鄰居發(fā)現(xiàn)時(shí)延。②在跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究中,針對(duì)MRPPS(Multipath Routing Protocol based on Path Stability)只有一條反向路徑易擁塞,同時(shí)沒(méi)有考慮衛(wèi)星接入和路由開(kāi)銷(xiāo)大等問(wèn)題,提出了跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)多徑路由協(xié)議(MRTAN)。MRTAN采用由中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)起,目的節(jié)點(diǎn)注冊(cè)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(hù)報(bào)文以降低路由開(kāi)銷(xiāo);采用基于鏈路和負(fù)載的自適應(yīng)路徑選擇方法,實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星路徑的平滑切換,降低突發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)延。仿真實(shí)驗(yàn)表明,較MRPPS,MRTAN提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量和報(bào)文投遞率,降低了傳輸時(shí)延和路由開(kāi)銷(xiāo)。③針對(duì)跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)下報(bào)文亂序和鏈路異構(gòu)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(zhǎng)函數(shù)以提高大BDP網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率;在窗口增長(zhǎng)函數(shù)中引入自適應(yīng)增長(zhǎng)因子以實(shí)現(xiàn)窗口增長(zhǎng)速率與鏈路帶寬和時(shí)延相匹配;引入帶寬估計(jì)以提高慢啟動(dòng)性能;采用基于多路徑分流回復(fù)(LSR)和自適應(yīng)的隊(duì)列門(mén)限的丟包區(qū)分和退避策略,避免報(bào)文亂序和無(wú)線鏈路丟包造成TCP傳輸性能退化。仿真分析結(jié)果表明,相對(duì)CUBIC、ATCP等,INVS提高了跨洋航空通信網(wǎng)絡(luò)下的TCP傳輸性能。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V243.1;TN915.0

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