一种优先级区分的机载无线网络MAC层自适应退避算法

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1、航空学报Apr．252016V01．37No41281．1291ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．C13hkxb@buaa．edu．C13一种优先级区分的机载无线网络MAC层自适应退避算法卓琨1’2一，张衡阳1，郑博1，黄国策1，丁勇飞3，陈涛31．空军工程大学信息与导航学院，西安7100772．中国人民解放军93995部队，西安7103063．中国航空无线电电子研究所，上海200233摘要：针对现

2、有无线网络媒介接人控制(MAC)协议退避机制存在的竞争窗口(CW)易产生振荡、不能为紧急业务提供低时延QoS保障、难以区分服务类别等不足，提出了一种区分业务优先级的白适应退避(PAB)算法。该算法在二进制指数退避(BEB)算法的基础上，根据信道忙闲标识和业务优先级自适应选择相应退避阶段，通过参数设置可对不同优先级业务相邻退避阶段的前、后转移概率进行调整。利用二维马尔可夫链理论对PAB进行了建模分析，理论分析获得了饱和吞吐量和平均MAC时延的数学表达式，仿真实验结果表明：在机载无线网络(AN)环境下，PAB的性能相对BEB

3、有了显著提升，可有效保障机载无线网络多业务类型的传输需求。关键词：机载无线网络；MAC协议；退避算法；优先级；马尔可夫链中图分类号：V243．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)04—1281—11机载无线网络(AirborneNetwork，AN)是美军为适应网络中心战需求而提出的一种以空中各种作战飞行器为主要节点，通过战术数据链互连而建立的、传输分组报文的新型无线通信网络[1。3]。机载无线网络采用移动AdHoc网络(MobileAdHOCNetwork，MANET)作为主体网络体系架构，具有灵活

4、、动态、快速自组、大容量、分布式以及高抗毁性等优势，能够大大提高各种飞行器网络化协同作战能力，已成为军事航空通信网络未来重要发展方向之一。由于机载无线网络具有节点大尺度稀疏分布、拓扑结构高动态变化和组网临时性较强等特点，使得其比一般的计算机通信网络和有基础设施的无线移动通信网络复杂得多，尤其在高速移动环境中存在许多尚待解决的问题，给其研究和发展不断提出新的挑战。其中，媒介接入控制(MediaAccessControl，MAC)协议是机载无线网络的关键技术之一，主要解决多个航空飞行器之间如何高效共享通信信道问题，是决定信息

5、传输时延的主要因素，而机载无线网络存在传输时延较大、信道质量不稳定等问题，影响信息传输的时效性、可靠性，对MAC协议提出了较高要求。现有机载无线网络中MAC协议可分为3类：①以时分多址(TDMA)及其改进型为代表的收稿日期：2015-04．13；退修El期：2015-06—24；录用日期：2015-07—31；网络出版时间：2015—08-0509：08网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201508050908．001．htmI基金项目：国家自然科学基金(61202490)；

6、航空科学基金(2013ZCl5008)*通讯作者．Tel．：029-84791588E．mail：zhuokun—TG@126．com引霸褡武t卓琨．张衡硒．郄博．等。一种优先级区分的机载无线两络MAC层自适应暹避算法￡如．靛空学摄t2016．37(4)：1281—129，．ZHUOK．ZHANGHy，ZHENG8，efal．AnadaptivebackoffalgorithminMAClayerforairbornenetworkbasedonprioritydifferentiationEJJ．ActaAeronau

7、ticaetAstronauticaSinica，2016，37(4)j1281-129，．1282航空学报Apr．252016V01．37No．4时隙分配类MAC协议阻5

8、，其信息传输时延一般在秒级，无法满足机载无线网络打击时敏目标的低时延要求；②以IEEE802．11DCF及其改进型为代表的竞争预约类MAC协议[6]，通过控制帧的交互来避免不同节点分组的碰撞，但也存在传输时延大的问题，无法直接应用于高动态航空环境；③基于多信道认知的跳频跳时随机接人机制，根据网络忙闲程度决定分组是否接入网络，并通过统计信道占用情况控制

9、不同优先级数据分组接入，如美军战术瞄准网络技术(TacticalTarge—tingNetworkTechnology，TTNT)采用的SP—MA[78](StatisticalPriority—basedMultipleAc—cess)协议，可实现高优先级业务在100nm内传输时延不超过2ms，但文献[7—8]并未