【摘 要】
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随着无线通信技术的发展,航空飞行器集群在军事领域的应用逐渐广泛。集群在空中自发形成的航空自组织组网络（Aeronautical Ad Hoc Networks,AANET）,覆盖范围广,组网和拆除速度快,抗毁性能强,能够执行更加复杂的任务。由于环境因素的影响和可用带宽的限制,AANET可靠通信对信道的时延和吞吐量有更严格的要求。现在AANET中使用的媒体接入控制（Media Access Cont
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随着无线通信技术的发展,航空飞行器集群在军事领域的应用逐渐广泛。集群在空中自发形成的航空自组织组网络（Aeronautical Ad Hoc Networks,AANET）,覆盖范围广,组网和拆除速度快,抗毁性能强,能够执行更加复杂的任务。由于环境因素的影响和可用带宽的限制,AANET可靠通信对信道的时延和吞吐量有更严格的要求。现在AANET中使用的媒体接入控制（Media Access Control,MAC）协议保证了较低的传输时延,但忽略了资源分配带来的开销,对提升吞吐量的考虑并不周全,因此研究低开销的资源分配机制对实现高效协同作战具有重要意义。本文的主要工作如下:一、对航空自组网的特点和三类MAC协议进行分析:以CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）为主的竞争类协议,适用于轻负载网络,重负载时引起竞争冲突导致时延加剧。以分布式固定TDMA（Time Division Multiple Access）为主的调度类协议时延稳定,但固定分配机制缺乏灵活性,资源利用率低。混合类协议将分布式固定TDMA与载波侦听、随机退避结合,有利于提升空闲时隙使用效率。通过仿真验证协议性能,分析了三类协议不适用于低时延重负载网络的原因,需要进一步设计节省开销的高效MAC协议。二、空闲时隙授权TDMA协议——ITT-TDMA（Idle Timeslot Transfer TDMA）的研究与仿真。通过分析有休假的M/D/1排队系统可知,帧长是影响时延的主要因素。针对短帧长时混合类协议竞争窗口占比较大的问题,以固定TDMA为基础研究了空闲时隙资源分配算法,设计了ITT-TDMA协议。在保证节点基本通信能力的基础上,SI（Slot Information）中设置“受让者”实现当前闲置时隙的主动授权,与竞争窗口相比,SI开销更低,不存在竞争冲突。通过仿真验证了ITT-TDMA协议相比于其他协议在时延和吞吐量方面有较好的改善。三、全双工ITT-TDMA协议的研究与仿真。针对节点交互频繁的网络,ITT-TDMA半双工模式吞吐量提升有限的问题,参考全双工通信原理,提出了全双工链路调度算法,并设计了适用于短帧长的全双工ITT-TDMA协议。利用广播的方式代替握手降低二级链路的调度开销,协议允许授权节点进行全双工通信,数据包提前发送进一步降低了时延,提升了吞吐量。
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