航空自组网功率控制算法研究

摘要

随着移动互联网的高速发展，为乘客提供宽带数据通信业务已经逐渐成为民航业的趋势。航空自组网通过飞机之间建立通信链路，以自组织网络形式实现航空通信，有望成为航空移动通信网络的重要补充，为机上乘客提供话音、数据和多媒体通信等服务。在航空自组网中，节点发送功率大小直接影响空间复用度和网络吞吐量。由于飞机节点分布不均匀，采用传统的功率控制算法和调制方式不利于充分利用链路容量，限制了网络吞吐量的进一步提高。因此，研究适用于航空自组网的功率控制算法具有十分重要的意义。　　本文针对航空自组网MAC层协议进行研究分析，基于定向天线和TDMA协议，针对跨洋航空自组网，提出了自适应功率控制算法。本文的主要研究工作如下：　　①提出了一个功率控制算法，通过实时的提取飞机自身负载信息，计算出当前所需发射速率，随后结合航空飞机ADS-B系统中邻居信息计算出满足需求的最小发射功率进行发送，在提高网路吞吐量的同时减少能量浪费。　　②实现了跨层负载感知和自适应功率控制。本协议采用跨层设计的思想，从数据链路层提取队列的长度，实现负载感知，并根据负载大小，自适应调节传输速率。当负载较小时，根据最低阶调制方式解调门限、目的节点距离以确定发送功率；当负载较大时，根据潜在被干扰节点位置、负载所需调制方式和飞机功率发送上限自适应选择调制方式和发送功率以实现最大化传输速率。　　③设计与仿真实现。从节点模型的定向天线实现、TDMA协议改进、数据交互、ADS-B系统、功率控制等方面进行了设计，并在NS2网络仿真软件中进行了编程实现。　　NS2仿真结果表明，在航空自组网场景下，基于定向天线和TDMA的基于负载的自适应功率控制算法在网络吞吐量和丢包率等方面表现出了较好的性能。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题来源及研究意义

1.3 主要研究内容

1.4 本文结构概要

2 航空自组网功率控制协议研究综述

2.1 航空自组网

2.2 无线自组网功率控制协议综述

2.3航空自组网功率控制传输协议

2.4本章小结

3 MBAMAC协议分析

3.1 MBAMAC研究

3.2 MBAMAC协议的局限性分析

3.3本章小结

4 基于负载的自适应功率控制算法

4.1理论描述

4.2负载大小的定义

4.3 功率控制算法描述

4.4本章小结

5 基于负载的自适应功率控制的MBAMAC仿真分析

5.1 NS2仿真工具的介绍

5.2 移动节点多波束定向天线实现

5.3 基于负载自适应功率控制传输机制的跨层实现

5.4 仿真场景及参数设置

5.5 仿真结果分析

5.6 本章小结

6 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录