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1、西安电子科技大学硕士学位论文空中高速自组织网络路由协议姓名：陈清平申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：李建东201106摘要1 1 1 1 1 1 1 1t i l l l l1I1 1 1 1 11111I Y 19 5 8 4 3 1人们要求在航空旅行中能够随时随地接入互联网，而空中战场环境越来越复杂，要求战斗机之间能够更加快速和简单的交换战术信息。现有的民用和军用空中通信技术，都存在着价格昂贵和带宽低等缺点，难以满足未来空中通信的需求。本文在现有的分群框架的自组织路由协议的基础上，提出了基于地理位置和速度信息的空中高速自组织网络路由协议。空中高速自组织网络路由协议将空中编队飞
2、行的通信节点，以四到六个节点组成一个群，群内使用表驱动路由，满足群内大量通信的要求，减少了群内通信的时延。每个群设置一个群首节点来管理群内节点，群间通信使用按需路由协议，在选择群问路由时，摈弃了普通路由协议的最小跳数准则，而是选取一条生存路径最长的路径作为最优路径。群间使用按需驱动路由可以有效减少路由开销，提高网络吞吐量。最后本文用O P N E T 仿真了此空中高速自组织网络路由协议，并与通常最小跳数路由协议的性能进行比较，验证了协议的正确性和有效性。关键字：空中通信高速移动地理位置和速度自组织路由A b s t r a c tP e o p l ew a n tt oa c c e s s
3、t oI n t e r n e ta n y t i m e ，a n y w h e r e A i rb a t t l e f i e l de n v i r o n m e n th a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yc o m p l e xa n df i g h t e ra i r c r a f te x c h a n g et h e i rt a c t i c a li n f o r m a t i o nm o r eq u i c k l ya n dm o r es i m p l y T h ee x i s t
4、i n gc i v i l i a na n dm i l i t a r ya i rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi se x p e n s i v e ，a n di t sl o wb a n d w i d t hC a n tm e e tt h en e e d so ft h ef u t u r ea i rc o m m u n i c a t i o n T h i sp a p e rp r o p o s e sah i g hs p e e da e r o n a u t i c a lA d - h
5、o cr o u t i n gp r o t o c o lb a s e do nt h ei n f o r m a t i o no fg e o g r a p h ya n dv e l o c i t y ，w h i c hm a k e st h ec l u s t e r i n gr o u t ea si t sf r a m e w o r k T h i sr o u t i n gp r o t o c o ls e t sf o u ro rs i xa i r p l a n e sf l y i n gi nf o r m a t i o na sac l
6、 u s t e r I nt h ec l u s t e ri tu s e sT a b l e - d r i v e nr o u t i n gp r o t o c o l ，w h i c hm e e t st h en e e do ft h ec o m m u n i c a t i o ni nt h ec l u s t e ra n dr e d u c et h ec o m m u n i c a t i o nd e l a y Rs e t sac l u s t e r - h e a dn o d ei ne v e r yc l u s t e rt
7、 om a n a g ea l lt h en o d e si ni t sc l u s t e r I tU S e SO n d e m a n dr o u t i n gp r o t o c o la m o n gt h ec l u s t e r s ，w h i c hc h o o s e st h ep a t hw i t ht h el o n g e s tl i f e t i m ea si t sr o u t e ，r a t h e rt h a nt h es h o r t e s tp a t h O n d e m a n dr o u t
8、i n gp r o t o c o la m o n gt h ec l u s t e r sc a nr e d u c et h er o u t ec o s te f f e c t i v e l y ，a n di m p r o v et h en e t w o r kt h r o u g h p u to b v i o u s l y A tl a s tt h i sp a p e rm a k e sas i m u l a t i o na b o u tt h i sr o u t i n gp r o t o c o lb yt h eO P N E Ts
9、o f t w a r ec o m p a r e dw i t ht h eu s u a ls h o r t e s t - p a t hr o u t i n gp r o t o c o l ，a n dv e r i f i e st h ev a l i d i t ya n de f f e c t i v e n e s so f t h i sr o u t i n gp r o t o c 0 1 K e y w o r d ：a e r o n a u t i c a lc o m m u n i c a t i o n ，h i g hs p e e d ，i n
10、 f o r m a t i o no fg e o g r a p h ya n dv e l o c i t y ，A d h o er o u t ep r o t o c o l第一章绪论第一章绪论1 1 现代航空通信基本方式航空飞行是一项对于飞行航道，气象条件要求非常高的运输方式，要时时刻刻接受来自空管中心和其他飞行器的数据信息和控制指令。尤其随着现代航空运输业的发展，空中航道越来越拥挤，需要先进的现代航空通信技术来支撑航行安全。为了支撑现代航空业，航空业在全球建立了一套航空通信系统。此航空通信系统属于基于基础设施的通信手段，无外乎下面两种实现方式：l 、地面站中继典型的空中通信方式
11、是微波中继信道，民航和军用航空电台一般是通过这种方式对飞机进行导航和控制。缝灏巾缀奎i | 图1 1 地面站中继图1 1 描述了一个典型的航空通信中地面站中继的通信方式。飞机A 与飞机B距离适中，可以通过微波直接通信。但是由于地球曲率半径和通信距离的限制，飞机A 和飞机B 都不能够与飞机C 通信，这个时候就需要地面中继站的辅助，飞机A 和飞机B 将信息发往地面中继站，地面中继站收到信息后发往飞机C 。这样飞机A 和飞机B 都可以和飞机C 通信，克服了微波通信距离的限制和地球曲率半径的影响。微波中继信道传输容量大，长途传输质量稳定、节约有色金属、投资少、维护方便等优点。但是需要建立大量的地面中继
12、站，部署不方便缺少灵活性，对地理要求比较高。空中高速自组织网络路由协议2 、卫星中继卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道，卫星中继信道以卫星转发器作为中继站。若卫星运行轨道在赤道平面，离地面高度为3 5 7 8 0 k m 时，绕地球运行一周的时间恰为2 4 小时，与地球自转同步，这种卫星称为静止卫星，不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。若以静止卫星作为中继站，采用三个相差1 2 0 “ 的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域( 两极盲区除外) 。若采用中、低轨道移动卫星，则需要多颗卫星覆盖地球。所需卫星的个数与卫星轨道高度有关，轨道越低所需卫星越多。BC图1 2 卫星中继图
13、1 2 描述了一个典型的航空通信中卫星中继的通信方式。飞机A 与飞机B距离适中，可以通过微波直接通信。但是由于地球曲率半径和通信距离的限制，飞机A 和飞机B 都不能够与飞机C 通信，这个时候就需要卫星的辅助，飞机A 和飞机B 将信息发往卫星，卫星收到信息后发往飞机C 。这样飞机A 和飞机B 都可以和飞机C 通信，克服了微波通信距离的限制和地球曲率半径的影响。卫星中继信道的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广。当时卫星价格昂贵，另外由于卫星轨道离地面较远，信号衰减大，电波往返所需要的时间较长。对于静止卫星，通信往返地球一次需要0 2 6 s 左右。1 2 航空通信现状现代航
14、空按照应用场所分为民用航空和军用航空，这两种航空活动形态相差比较大。随着社会进步和发展，对于空中通信提出了更高了要求。但是两者都存在着一些问题需要解决后，才能满足未来的要求。现代民用航空运输业都是基于航线的运行方式，航空管理局在空中划分了各第一章绪论种不同的航线，民航客机和运输机就按照事先划定的航线飞行就可以了，飞行过程中飞行速度基本不变，由于空中航线基本上都是以直线划分，因此在空中飞行时的方向基本不变，这样处于同一个航线上的飞机编队的相对运动速度就比较小，但是不同航线上的飞机的相对运动速度差别很大。民航航空中，对于气象信息要求非常重要，比如一个地区气象条件比较恶劣，处于这个地区附近的飞机把信
15、息迅速转递给其他节点，让其他有可能经过这条航线的飞机早做准备，远离这块区域，给飞行安全带来更多保证。现代战争环境中，作战飞机基本都是以飞行编队执行任务，同一个飞行编队有着相同的作战任务，飞行编队内各个作战飞机距离比较近，飞行的速度大小方向等基本相同，因为作战任务在事先划好，飞行编队只要按照事先计划好的飞行路线飞行到达目的地即可。但是编队间和编队内要频繁交换战术信息，如武器装备，油料信息和远距离威胁时候，要求能够快速交换战场信息。因此对未来军用航空通信提出了非常高的要求。1 3 自组织网络第1 2 节描述了现代航空通信现状，现代航空应用环境对未来航空通信提出了严格的要求，现有航空通信方式是难以满
16、足其要求的，而自组织网络作为一种无基础设施网络形态，无需地面站和卫星这种昂贵且效率低下的技术手段，利用空中了通信节点中继通信，组成多跳网络，具有组网灵活和带宽大等特点，本文创新性将自组织网络这项技术引入到航空通信环境中，并对自组织网络路由协议进行了一系列修改以适应空中高速环境。1 3 1 自组织网络简介自组织网络是一组带有无线收发信装置的移动节点组成的一个无线移动通信网络，它不依赖于预设的基础设施而临时组建，网络中移动的节点利用自身的无线收发设备交换信息，当相互之间不在彼此的通信范围内时，可以借助其他中间节点中继来实现多跳通信。自组织网络相比较普通通信网络有如下特点：l 、多跳网络，2 、网络的动态拓扑，3 、分布式控制，4 、对等性，5 、临时性，6 、自组织性，7 、链路带宽受限，8 、信道的单向性9 、能量受限，1 0 、有限的安全体。1 3 2 自组织网络路由技术1 、自组织网络路由技术简介4空中高速自组织网络路由协议自组织网是一组具有路由功能的节点组成的分布式无线多跳网络，它不依靠任何预设的网络基础设施。因为自组织网
