航空自组网低接入时延MAC协议的研究

摘要

航空自组网具有移动速度快，覆盖范围广的特点。相对于卫星通信或者地面控制中心的传统组网方式，具有数据时延小、抗毁能力强等特点，是未来军用飞机之间进行协同作战的关键技术。TTNT（Tactical Targeting Network Technology）战术链具有低时延、高可靠的特点，其本质是通过监测信道占用情况控制信道接入负载，以吞吐量换取传输的高可靠性。因此，对于高性能的航空自组网来说，实时、准确的监测信道的机制，基于负载控制的分布式信道接入算法是其关键研究内容。 本文设计了基于负载统计和自适应阈值的帧调度方法。首先针对负载统计方法进行研究，提出了基于突发所属帧编号的负载统计方法，在没有物理层的辅助条件下，通过突发所属帧编号确定当前信道的负载。其次针对优先级阈值进行研究，分析了最高优先级阈值的表达式并且得出其影响因素，同时推导出剩余优先级阈值之间的递推关系。然后针对最高优先级阈值的设定方法进行研究，因为无法通过计算公式得到阈值并且在网络节点运行过程中阈值会发生变化，所以提出了自适应阈值调整方法，将帧成功传输概率作为反馈信息，可以及时准确地在节点运行过程中调整到系统真实阈值。接着针对低优先级帧接入方式进行研究，分析了原有协议中退避窗口造成高优先级帧可靠性偏低、吞吐量不稳定的原因。最后提出了帧调度方法，通过每个节点的低优先级业务量和信道剩余带宽计算出低优先级帧调度时间，并且根据该调度时间控制低优先级帧接入信道，保证高优先级帧高可靠性和吞吐量的稳定性。 本文的航空自组网模型建立在OPNET仿真软件上，在该模型下通过设置不同的网络负载、网络规模等参数进行网络仿真。仿真结果表明，基于负载统计和自适应阈值的帧调度方法能够有效地在节点运行过程中自适应调整阈值到系统真实阈值，并且保证高优先级业务的低时延、高可靠性。

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