无人机自组网是一种将无人机作为网络节点而建立起来的自组织网络,具有比单架无人机更高的任务覆盖面积、更灵活的任务执行方式并且具有良好的可扩展能力,广泛应用在各种军用和民用场景。SPMA协议(Statistical Priority-based Multiple Access,基于统计优先级的多址接入协议)是采用上层数据优先级划分的MAC层协议,被应用在对通信质量有较高要求的无线网络(如航空自组网)中,其通过对上层业务划分优先级,设置阈值来标记信道的忙闲程度,通过周期的负载统计得知目前的信道负载情况,从而决定哪些优先级业务可以接入信道,哪些优先级需要退避让出信道。SPMA协议在保证节点间数据首发成功率、减小时延、提高信道利用率和系统吞吐量方面起到了至关重要的作用。本文在深入研究SPMA协议的基础上,针对发现的SPMA协议的问题,提出了两种改进的无人机自组网统计优先多址接入协议,主要内容如下:1.针对信道负载控制单位过大,导致可能出现业务量较大时,信道负载低于实际信道承载能力,从而造成信道资源浪费的问题;多统计周期的退避时间使负载控制机制不能灵活应对变化的信道负载水平,造成部分信道承载能力的闲置;满载门限的设置对应的包首发成功率小于100%造成部分数据包需要重传,在一定程度上降低了系统吞吐量增大了数据端到端时延问题,提出一种高信道利用率的细粒度统计优先多址接入协议(Fine-grained statistical priority multiple access protocol with high channel utilization,FSPMA)。FSPMA协议包含三个改进机制:首先采用基于包的信道负载控制机制细化信道负载控制单位,从而高效利用信道资源,提高信道利用率和系统吞吐量。其次,采用基于单统计周期的退避时间设置机制,使系统可以及时根据统计出的信道负载水平控制信道接入量,从而可以及时利用空闲的信道资源,在合适的时间及时结束退避接入信道。最后满载门限优化机制采用优化的信道满载门限求取机制,找到更接近传输成功率100%的单位周期信道负载水平,从而提高传输成功率减少冲突降低时延。理论分析了FSPMA协议的有效性,仿真结果表明,该协议在信道利用率,系统吞吐量,数据端到端时延和数据传输成功率方面都有一定改善。2.针对满载门限测试计算过程慢,造成系统控制开销大增、排队时延增大,信道满载门限不能随无人机飞行环境的变化进行自适应的问题,提出一种低时延的无人机自组网阈值自适应协议(Low-Delay Threshold Adaptive Access Protocol,LDTA)。LDTA协议包含两种改进机制:首先,在仿照快重传快恢复思路的基础上,利用ACK消息计算的单播包传输成功率,使满载门限可以快速确定,满载门限的快速收敛使满载门限确定时间缩短从而降低了总体时延,使系统可以尽快进入数据传输状态。其次,通过多个统计周期的单播包数据传输成功率,和单播包发包数量的汇总计算,来判断当前网络所处环境的信道承载能力是否发生变化,根据单播包的ACK消息计算每个统计周期内的传输成功率,再根据成功率自适应的变化满载门限。自适应的满载门限使在信道承载能力变化时维持系统的传输成功率不降低,提高信道利用率和系统吞吐量、降低时延。理论分析了LDTA协议的有效性,仿真结果表明,该协议在数据传输成功率、信道利用率和数据端到端时延方面都有一定改善。最后,对全文研究工作进行总结,并对无人机自组网SPMA协议未来的研究进行简要阐述。