跨洋民用航空通信组网及传输关键技术研究

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1、跨洋民用航空通信组网及传输关键技术研究重庆大学博士学位论文学生姓名：王志明指导教师：曾孝平教授专业：电路与系统学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一五年十月StudyonKeyTechonologiesofNetworkingandTransmissioninTransoceanicCivilAeronauticalCommunicationAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByWangZhimi

2、ngSupervisedbyZengXiaopingSpecialty：CircuitsandSystemsCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober2015中文摘要摘要跨洋民用航空通信网络指在民航飞机跨洋飞行时由飞机、卫星和地基基站以及相互间的通信链路构成的航空通信网络。由于天基网通信成本高、时延大、容量受限，地基网覆盖区域受限，不支持跨洋飞行，通过民航飞机构建自组网有望成为以天基网和地基网为主的跨洋民用航空通信网络的重要补充，为民航飞机在跨洋飞行时提供信息传输

3、与交换。天基网和地基网已经成熟并部署应用，民航飞机自组网尚处于研究阶段，作为民航飞机自组网组网关键的媒体接入算法和路由算法就成为跨洋民用航空通信网络组网的关键。论文结合国家自然科学基金课题“跨洋民用航空宽带移动通信组网及关键技术研究”，针对民航飞机自组网跨度大、拓扑高动态和节点间距远面临的组网难的问题，设计稳定、可靠和高效的接入算法和路由算法，实现高动态远距离节点的高效组网；针对跨洋民用航空通信网络中报文乱序和链路异构性等导致的TCP传输性能退化问题，研究TCP拥塞控制算法实现信息的高效传输。主要工作和成果如下：①针对民航飞机自组网的多跳性能衰减和节点间传播时延大导致的传统

4、定向媒体接入算法难以适用的问题，分析了定向邻居发现时延性能和经典时隙调度算法性能，提出了基于单波束定向天线的民航飞机自组网MAC协议(DAMAC)和基于多波束定向天线的民航飞机自组网MAC协议(MBAMAC)。其中DAMAC利用反向波束内待发现邻居数，改进定向邻居发现策略以降低邻居发现时延；提供单向传输模式以降低突发业务的传输时延。MBAMAC采用非对称链路和基于业务负载的时隙分配策略，在节点内通过链路间的时隙调度以满足不同链路的传输需求；在节点间通过调整收发时隙比例保证节点中继流量和自发流量的平衡，以降低当自身业务负载增加时的排队时延和丢包率，提高自身流量减小时的资源利用

5、率。仿真结果表明，DAMAC和MBAMAC均提高了节点与基站间的平均传输速率，降低了节点到基站的平均跳数和平均邻居发现时延。②在跨洋民用航空通信网络路由算法的研究中，针对MRPPS(MultipathRoutingProtocolbasedonPathStability)只有一条反向路径易拥塞，同时没有考虑卫星接入和路由开销大等问题，提出了跨洋民用航空通信网络多径路由协议(MRTAN)。MRTAN采用由中继节点发起，目的节点注册的反向多路径建立方法以降低反向路径的拥塞概率；利用ADS-B避免周期发送邻居维护报文以降低路由开销；采用基于链路和负载的自适应路径选择方法，实现卫星

6、路径的平滑切换，降低突发业务的传输时延。仿真实验表明，较MRPPS，MRTAN提高了网络吞吐量和报文投递率，降低了传输时延和路由开销。I重庆大学博士学位论文③针对跨洋民用航空通信网络下报文乱序和链路异构性引起的TCP传输性能退化，提出了高效的TCP拥塞控制算法——INVS。INVS采用基于指数函数的凸窗口增长函数以提高大BDP网络带宽利用率；在窗口增长函数中引入自适应增长因子以实现窗口增长速率与链路带宽和时延相匹配；引入带宽估计以提高慢启动性能；采用基于多路径分流回复(LSR)和自适应的队列门限的丢包区分和退避策略，避免报文乱序和无线链路丢包造成TCP传输性能退化。仿真分析

7、结果表明，相对CUBIC、ATCP等，INVS提高了跨洋航空通信网络下的TCP传输性能。关键词：航空通信，自组网，媒体接入控制，路由，TCPII英文摘要ABSTRACTTransoceaniccivilaeronauticalcommunicationnetwork(TCACN)isanaeronauticalcommunicationnetworkthatconsistsofcivilairplanes,satellite,groundstationsandthecommunicationlinksbetween