【《航空自组网的架构分析概述》2300字】

航空自组网的架构分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u24621航空自组网的架构分析概述 15311.1一般航空自组网架构 1163221.1.1网络节点 1193921.1.2链路特性 228401.2四层混合型航空自组网架构 2194001.2.1网络节点 2213761.2.2链路特性 31.1一般航空自组网架构航空自组网的组网架构，主要是从网络结构、网络节点、链路特性这三个角度进行研究。而根据网络架构的不同，航空自组网主要分为三类：地面设施支持的航空网络。航空器的通信服务主要依赖于网络中的地面基站。在这个架构下每个飞机节点至少被一个地面通信基站覆盖。纯航空自组网（AANET）。网络只由一种类型的节点组成，那就是航空器。数据链将纯AANET中的航空器节点连接起来，形成高动态拓扑的空中MANET。每个航空器即是主机也是路由，通过多跳节点转发实现AANET任意两节点之间的通信。混合型航空自组网。这种网络架构是前两种的混合，地面基站只覆盖部分的区域，而剩余没有地面基站覆盖的区域通过飞机间多跳转发通信。1.1.1网络节点航空自组网中的节点类型多样，包括有地面基站、航空平台、中继平台。不同类型的节点的通信特点、重要程度也各有不同。航空平台：这是最常见的航空自组网节点，也是AANET的主要组成部分，飞行节点装备有数据收发信机，具备高移动性、高传输距离、强计算能力等特点。航空平台包括各种类型的飞行器，如各种民航飞机和各型号的战斗机。大型客运机需要大带宽为乘客提供娱乐服务，小型飞机只需为驾驶员提供通信服务。数据链将纯AANET中的航空器节点连接起来，形成高动态拓扑的空中MANET。航空平台之间的通信有两种，一种是借助中继平台，另一种是借助航空器组成的MANET进行多跳转发通信。比较于卫星的中继通信，空中MANET通信时延低、速度快、接入Internet成本低、高带宽。这将成为未来航空通信的主要途径。地面基站：包括有中继系统、地面通信基站、控制中心。地面基站于Internet相连接，可以为AANET提供互联网接入服务。但是地面基站的移动性相对较差、覆盖范围有限，航空器经常没有与地面节点的直接通路。比如跨洋飞行或灾害援助等地面基站难以架设或损坏场景，此时需要由中继节点或其他飞行节点进行中继。中继节点：中继节点包括高空平台（HighAltitudePlatform,HAP）、卫星。卫星通信可以提供较大的通信覆盖范围,不会受到位置限制，在覆盖范围内提供的通信服务较为稳定。但是卫星通信的带宽有限、通信成本高昂、而且有较大的时延；此外，卫星的通信链路容易被窃听、损毁、干扰，通信的可靠度得不到保证。高空平运行的高度在航空器之上、在卫星之下，HAP主要在平流层巡航（距地面17-30公里）。常见的高空平台有太阳能无人机、热气球、飞艇。HAP可以固定在一定区域或进行巡航，为一定区域的飞机节点提供中继通信服务。HAP具有卫星通信的优点，覆盖范广、不受位置限制、为覆盖范围提供稳定通信服务的优点，同时也没有卫星通信时延大、花费昂贵的缺点[2]。1.1.2链路特性每个航空自组网节点可以同时和多个节点建立通信链路连接，支持的链路连接种类较多，包括有：Ka波段数据链路、外层光链路、甚高频（VHF）数据链路。甚高频（VHF）数据链路层：是当前应用最广泛、最可靠的数据链技术；但VHF提供的带宽有限，不能提供各种航空服务，但它可以用于传递对实时性要求很高的应用数据。VHF采用全相天线，可以为航空器的各个阶段（如爬升、巡航等）提供可靠通信服务。（2）Ka波段数据链路：由于波段数据链使用相控阵天线，因此能够在毫秒级别快速获得目标移动点的位置，实现通信范围内的快速重定向节点。Ka波段数据链路很适合用于建立实时的临时网络连接。由于使用相控天线，比起使用全相天线的VHF，Ka波段数据链路提供的带宽更大。但Ka波段数据链路容易受气象环境的影响，当气象条件不好时，Ka波段数据链的通信性能会受到很大的影响[2]。（3）外层光链路（OOL）：OOL可以提供大容量长持续时间的通信连接，并且有无电磁干扰、组网灵活的特点。但是OOL需要有较长的捕获时间，因此，OOL不适合用于高动态的网络中，一般用于飞机和网关节点之间的主干网连接。加上光信号容易受到大气扰动的影响，因此只适用于飞机的巡航阶段[2]。1.2四层混合型航空自组网架构本课题所提出的航空网络是4层结构的混合型航空自组网，如图所示，自上而下4层分别为：①卫星层、②平流层、③飞行层、④地面层。1.2.1网络节点（1）卫星层主要由卫星节点构成。有广阔覆盖范围、可作为中继节点；但花费昂贵、通信可靠性不能保证、时延大。（2）平流层主要由高空平台（HAP）节点构成。HAP具备了卫星通信系统的优点，同时也避免了卫星的时延大，费用高等缺点。（3）飞行层主要由高动态的飞行节点构成。飞行节点装备有数据收发信机，具备高移动性、高传输距离、强计算能力等特点。飞行层是本文研究的重点和核心，飞机节点组成的空中MANET通信也是航空通信的很重要的发展方向。（4）地面层主要由地面基站节点构成。可以为飞行节点提供Internet接入服务，但受限于地面节点的移动性和覆盖范围。图3-1：四层混合型航空自组网架构航空网络的链路连接主要是：①航空平台与航空平台、②航空平台与地面基站、③航空平台与卫星、④航空平台与HAP、⑤地面基站与卫星、⑥地面基站与HAP。四层混合型航空自组网架构支持以下多种无线链路：①甚高频（VHF）数据链路、②Ka波段数据链路、③外层光链路（OOL）。1.2.2链路特性（1）甚高频（VHF）数据链路支持的带宽有限，是最可靠的数据链技术，可以用于对实时性要求很高的应用数据。因此，在四层混合型航空组网架构中，用于航空平台与航空平台、航空平台与地面基站的通信。（2）Ka波段数据链路使用的是相控阵天线，能实现快速定向到另一个节点，且可以提供较大的带宽。因此，在本节所提出的四层混合型航空自组网架构中，Ka波段数据链路几乎可以应用于网络中的任