随着移动自组织网络和无线传感网络的研究与应用的不断发展,国内外很多研究者已经考虑将其应用于航空通信中,提出了一种新的概念——航空自组网。作为一种特殊类型的移动自组织网络,航空自组网可用于增强民用和军事航空中的态势感知、飞行协调和飞行效率等。相较于地面网络,航空自组网有很多独特的属性,例如,机载节点高速移动,网络拓扑结构变化频繁,严格的安全要求以及恶劣的通信环境等。受这些因素的影响,传统的组网接入协议已不再适用于航空自组网。本文对现有的自组网MAC协议进行分析的基础上,提出了一种新的适用于航空自组网通信环境的MAC协议,该协议创新性的使多节点在较短时间内入网,将固定与动态时隙分配相结合,可支持多种不同优先级业务类型及单播和广播通信模式,并且可为节点拓扑的高动态性提供路由和网络切换方案。首先,本文简要介绍了航空自组网的发展背景,高动态自组网的特点以及航空自组网的国内外研究现状。通过总结和分析航空自组网MAC协议设计的应用需求,基于信道接入方式的不同将目前提出的航空自组网MAC协议分为四类:基于竞争类MAC协议、基于调度类MAC协议、混合类MAC协议和跨层设计类MAC协议。分别对各类协议进行了简要介绍,概述了四类协议的研究进展,对其中几种典型协议的特点、性能、优缺点以及应用范围等进行了总结和分析。针对航空自组网的协议设计需求,本文提出了一种新的适用于航空自组网的MAC层接入协议,该协议基于TDMA方式,采用有中心分布式三级树形拓扑网络结构。网内每个节点均为中心节点的备份节点,有效保证了网络的抗毁性;协议设计了节点入网和退网策略,实现了节点快速入网的通信需求以及不同子网间的融合和分离;协议可支持多种业务类型,中心节点结合节点的业务量设置,使用固定分配与动态分配相结合的方式为网内节点分配时隙,可满足不同的业务需求;网内节点采用定向切换天线在本节点占有的时隙内发送数据,在其他时隙侦听网络状态,全向接收数据;协议中不采用RTS/CTS应答方式,而在信标帧中为入网申请做回应,有效减少了网络开销,降低了节点的入网时延。最后,本文使用OPNET和STK软件为协议建立了网络仿真模型,设计了多种仿真场景,对不同的网络负载下的网络性能进行了仿真。仿真结果表明,本文提出的协议相比较使用RTS/CTS竞争类的协议具有较低的节点入网延迟,较高的吞吐量,较低的丢包率和端到端时延,适用于高动态航空自组网。