航空自组织网络链路稳定性建模研究

【类型】学位论文

【作者】李晶 

【关键词】 航空自组织网络 移动模型 链路稳定性 几何法 马尔科夫链

【摘要】航空自组织网络（Aeronautical ad hoc network,AANET）是无线自组织网络（Wireless ad hocnetwork）在航空通信领域的应用产物。航空自组织网络代替高成本、大时延的宽带通信卫星，成为了未来宽带多媒体航空通信的新选择。移动模型是对网络中节点移动方式的描述，构建准确、逼真的移动模型是无线网络仿真的关键。链路质量的优劣直接关系网络通信协议的性能，在移动自组织网络的研究中，由于网络拓扑变化的特性造成的通信链路断裂问题始终制约着网络协议性能的提升。本文的主要特色是将移动自组织网络的组网思想引入航空通信领域，根据航空自组织网络的特点，建立了适合航空自组织网络的节点高速移动模型，并在此基础上对链路稳定性进行建模和分析，研究结论可为航空自组织网络的进一步研究提供一定的参考依据。主要贡献如下：1、对现有移动模型应用于航空自组织网络的不足进行分析，并在此基础上提出适用于航空自组织网络的移动模型，该模型将节点运动分为：加速起飞、等速爬升、平稳飞行、转弯、等速下降、减速停止和静止七个运动阶段。然后对所提出的移动模型从运动方程、稳态速率分布、相对速率分布等方面进行理论分析与仿真比较。仿真结果表明，所提出的移动模型不仅能准确逼真模拟航空器节点移动，同时具备实现简单、稳态速率不变等特点，克服了随机路径点（Random WayPoint, RWP）移动模型中速率衰减的问题。2、对现有研究链路稳定性的文献进行分析，发现链路持续时间已成为考查链路质量的重要度量。本文以链路持续时间作为链路稳定性依据，分别通过几何法和马尔科夫链法推导得到了航空自组织网络链路持续时间概率分布。其中前者主要采用几何学的思想，适用于节点运动轨迹为直线的情形，如依照固定航迹飞行的民航客机；而后者基于马尔科夫链理论，在推导得到距离的一步转移概率矩阵和链路建立时刻节点间相对位置分布的基础上，最终得出了链路持续时间的概率分布。由于采用了能有效处理随机问题的马尔科夫建模方法，因此更适用于运动轨迹多变的情形，如灵活性更大的军用战机。最后通过仿真验证了我们的理论推导结论。3、在马尔科夫链法推导航空自组织网络链路持续时间概率分布中，对链路建立时刻节点间相对位置分布的通过分析发现现有文献中得出的结论与真实情况不符合。因此，提出了一种可正确建模链路建立时刻相对位置分布的方法。最后，通过理论和仿真的对比，证实了所提方法的准确性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】南京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】朱钢

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