民用航空自组织网络路由协议研究

【类型】学位论文

【作者】林英撑 

【关键词】 民用航空通信 航空自组网 路由协议 拓扑优化 路由安全

【摘要】近年来，全球航空运输业的快速发展给民航通信系统提出了更高的要求。寻求一个适合未来航空业发展的全球一体化、空天地一体化新型民航通信系统解决方案已成为一件刻不容缓的事情。航空自组网有望作为一种候选技术用于新型民航通信系统而得到全球诸多科研机构和研究人员的广泛关注。天基网通信成本高、时延大、容量受限，地基网覆盖区域受限，不支持跨洋飞行，航空自组网可作为天基网和地基网的重要补充。现有的地面移动自组网路由协议不适宜航空通信环境，已有的航空自组网路由协议因其面向的应用场景与民航自组网在网络目标和网络特点上存在差异不能使用。论文作者结合国家自然科学基金课题“跨洋民用航空宽带移动通信组网及关键技术研究”，基于空中的飞机尽量通过空-空链路和地-空链路接入地基站，只有在地基站不能接通时才使用卫星的指导思想，针对民航通信场景中飞机节点高速运动、网络拓扑高动态、网络空间跨度大等特点，围绕网络健壮性、高动态拓扑适应性、网络QoS保障和路由安全等问题对民航自组网路由协议相关的理论和技术进行研究。论文的主要工作和成果如下：1）针对民航通信系统的网络目标和特点提出基于地基接入优先，综合优质地基路径接入思想的多参数多路由优化路由维护策略，实现民航自组网中各飞机节点与地基站间路由的高效维护。该路径搜索策略通过地基站周期广播路由维护消息，各节点根据收到的路由维护消息对各对应节点到地基站的路由质量进行实时评估和选择，并在需要时转发优质路径信息，实现各飞机节点到地基站路径维护，然后利用节点往地基站的发包过程实现地基站到各飞机节点路径的维护。2）针对民航通信网络的通信业务需求研究和分析影响链路质量和路由质量的相关因素，并据此提出了综合可重构路由质量评估模型。该模型从跳数、时延、链路持续时间、丢包率、剩余带宽等方面综合考虑链路质量和路由质量的评价，并研究这些因素的感知和量化方法，最终结合民航通信网络的通信业务对路径特性的需求设计路由质量评估模型，为路由协议实现优质地基路径搜索和网络QoS保障提供条件。3）针对民航自组网中高节点密度区域因节点间干扰大和空间频谱资源竞争导致网络性能下降问题，从民航自组网拓扑高动态和节点分布不均的特点出发，基于以优先保证网络中飞机节点地基接入为前提，以控制能提供节点地基接入邻居节点数目为目标调节节点发射功率的思想提出节点最佳邻居配置分布式动态拓扑优化算法。该算法可结合邻居维护过程实现，可有效提高高节点密度区域节点的通信带宽，提高网络性能。4）针对民航自组网安全性能要求高，移动自组网容易受到攻击问题，根据民航自组网中路由层存在的安全威胁，基于从节点网络行为来判断节点可信度的思想提出基于邻居信任评估路由安全策略。该策略可结合节点邻居维护过程实现，节点通过监测其邻居的网络行为对其邻居节点进行可信度评估，确保节点维护的邻居节点为可信节点，从而提高网络安全性。论文通过搭建模拟民用航空通信环境的仿真场景对以上研究成果进行仿真分析。结果表明，结合以上研究成果设计的民航自组网路由协议能较好的保证飞机节点地基接入，且与面向高动态拓扑提出的AODV和GPSR等路由协议相比，提出的路由协议表现出更好的动态拓扑适应性、路由稳定性和网络拥塞防止能力，且具有更高的安全性。

【学位名称】博士

【学位授予单位】重庆大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】曾孝平

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