航空自组织网络双模式接入协议设计与建模研究

航空自组织网络与战术数据链技术相结合，可以为信息化条件下的现代超视距空战提供通信保障，实现作战飞机之间信息、战术和火力的高效协同。本项目紧密结合超视距空战作战方式的特点，将航空自组织网络信道接入控制（Medium Access Control, MAC）协议规划为两种可相互切换的不同工作模式：无冲突接入模式和高效协作接入模式。主要研究工作围绕两种模式下MAC协议的设计和建模展开，具体包括：（1）无冲突接入模式下支持网络规模快速变化的动态时隙分配算法；（2）高效协作接入模式下基于累积干扰分析的多节点并发传输机制；（3）高效协作接入模式下支持业务优先级区分的加权公平性保证方法；（4）高效协作接入模式下MAC协议发送规约的多维马尔可夫链建模与分析。本项目旨在提高超视距空战条件下的多机高效协同组网能力，为航空自组织网络信道接入控制协议的设计提供新概念、新技术和新方法。

本项目针对航空自组织网络双模式接入协议设计与建模展开研究，取得了一系列原创成果：（1）提出了无冲突接入模式下支持QoS的规模可扩展动态时分接入协议。该协议将全网节点时间轴划分为连续、不定长的网络时帧，节点在每一个网络时帧内发起数据传输，传输过程包括节点同步、时隙请求、时隙分配和数据发送四个阶段，并可以有效支持新节点入网络和节点退网，满足网络规模动态扩展的需求。（2）提出了适用于高效协作接入模式的主/从传输并发机制。该机制采用基于指数平滑模型的并发传输间隙动态调整方案，以及基于可容忍干扰功率估算的并发冲突避免机制和ACK帧依次应答策略，保证主/从传输数据帧的可靠传输。（3）提出了适用于上述并发接入协议的节点可用带宽估计方法。节点通过分布式侦听，估算自身的主/从传输可用发送时长和接收时长，并对收/发可用时间段不同步现象进行分析，初步估算出链路可用带宽。最后考虑隐藏节点和并发冲突干扰对可用带宽的影响，对可用带宽初步估算值进行修正。（4）提出了适用于高效协作接入模式的MAC协议公平性保证方法。该方法通过控制帧捎带向邻居节点广播业务流当前占用信道指数信息。各业务流根据自身的业务权重和邻居业务流对信道带宽的占用情况，综合判断当前业务流是否占用了过多的信道带宽，然后采用合作调整退避竞争窗口的方法实现多优先级业务流之间的加权公平性。（5）提出了一种三维马尔可夫链模型对高效协作接入模式下MAC协议的性能进行分析。该模型通过引入“伪状态”来区分由RTS控制帧冲突和数据帧冲突导致的两种不同的退避过程。该模型可有效应用于网络总吞吐量、公平性和MAC接入时延等各类性能的分析。本项目的主要研究成果包括在IEEE TVT，IEEE CL，Ad Hoc Networks, IEEE ICC等期刊和会议发表的学术论文24篇，其中SCI收录的国际期刊10篇，中文核心期刊6篇，国际会议8篇。获得授权国家发明专利3项，申请国家发明专利5项，获得计算机软件著作权2项。项目研究工作已达到了计划书中的预期目标。