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航空自组网QoS路由技术研究

谷文哲  
【摘要】:航空自组网作为移动自组织网络的一个新的研究和应用领域,已经得到了工业界和学术界的广泛关注。其中,作为其关键技术之一的移动路由技术在很大程度上决定了整个航空自组网的性能。随着全球各国低空开放政策的实施,传统的移动自组网路由技术很难满足日益增长的航空通信业务需求。 一方面航空自组网具有传统移动自组网所固有的节点地位平等、自组织、无中心控制节点等特点;另一方面它还具有网络规模大、高动态、时变信道、带宽受限、链路易中断和通信环境恶劣等独有特点,这些都吸引了来自工业界和学术界的热切关注。因此,设计出满足用户通信需求的稳定、高效、可靠的路由算法一直是航空自组网领域的研究热点和难点。 本文对低空空域内航空自组网的QoS路由中的一系列关键技术问题进行了深入研究,并取得以下几个方面的科研成果。 1)针对由于低空空域内航空飞行流量的增加和多媒体通信需求的增长,带宽受限的航空通信链路很难保证实时通信服务的问题,在对航空通信的无线信道分配机制进行深入研究的基础上,提出了一种时延感知路由算法。该算法整合使用多普勒频移和节点预期排队时延作为联合尺度进行路由发现,能够有效地减少网络中的局部拥塞,提高网络的吞吐量,减小端到端时延,满足航空通信业务的实时性要求。 2)针对在低空空域中实施地理信息路由时,由于通信边界上的下一跳网络节点的细微位置移动,容易造成通信中断从而引起重传而造成网络开销过大的问题,提出了一种ADS-B辅助的地理信息路由算法。该算法可以使用机载ADS-B系统所提供的飞机位置信息建立单跳相邻节点的路由表,有效地减少由于路由广播所造成的网络开销。另外,该算法在路由发现时考虑了飞机节点的速度信息,选择可以在当前时刻以最短时间到达目标的节点作为下一跳,大大提高了数据包的递交率。 3)针对在航空自组网中单纯使用基于主动或被动的平面路由技术效率较低的问题,在深入研究低空空域内飞机节点的群组移动规律的基础上,首先提出种动态分簇算法,该算法联合使用飞机节点的移动状态和节点度数来形成稳定的簇。然后在此基础上提出了一种混合路由算法,其中簇内使用主动路由、簇间使用被动路由。仿真实验结果表明所提出的混合路由在数据传递中能够有效地控制通信开销、提高整个网络资源的利用率。 4)针对低空空域中航空自组网的无线通信环境恶劣,机间无线链路容易中断而导致频繁的数据重传等问题,提出了一种基于簇的集成网络编码的多径路由算法。通过对源节点和中间节点所发送的数据中增添线性编码操作,使得目的端节点在所接收到的报文出现乱序、甚至部分信息丢失的情况下恢复出原始报文。该算法有效地减少了冗余数据包的数目,降低了通信开销,提高多径路由的容错能力和网络传输的可靠性。


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