航空自组网连通性研究

发布时间：2017-09-20 04:01

  本文关键词：航空自组网连通性研究

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【摘要】：航空自组网络指在民航飞机飞行时由飞机、卫星和地基基站以及相互间的通信链路构成的航空通信网络。作为一种新的航空通信方式有望成为跨洋民用航空通信网络的重要补充,得到全球诸多科研机构和研究人员的广泛关注。航空自组网中飞机节点高速运动且随机分布,通信链路高动态变化,在飞机与地基站密度一定,且假设飞机最大通信半径均相同时,网络中任意两节点满足通信要求的节点连通性问题,是航空自组网组网可行性分析中的基础研究课题之一。航空自组网连通性已有成果大多数只针对一维单双航路中节点连通概率进行分析,对二维双向航路及多航线航空自组网节点连通概率研究甚少,尤其缺乏对网络中两节点连通持续时间分布的研究,不能对复杂的航空自组网网络拓扑进行连通性分析。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”的研究基础,基于空中飞机通过空-空链路和地-空链路接入地基站的指导思想,针对民用航空通信网络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,围绕航空自组网中二维单航线双向航路网络连通性、多航线空域网络连通性与机群密度及运动的关系,以及不同区域地基站跨度与全网连通性的内在联系等问题对航空自组网连通性进行深入研究。具体研究内容及主要贡献包括以下几个方面。①单航线双向航路网络连通性研究。将一维场景下的覆盖理论进行推广应用,对二维单航线双向航路航空自组网中飞机的单跳连通概率及持续时间概率分布、单跳与多跳连通概率及持续时间概率分布的递推关系、连通概率与连通持续时间的内在联系、多跳长链连通距离的概率分布等问题进行分析,得出单航线双向航路航空自组网中飞机密度与网络连通性的数学关系,为该场景下的组网可行性分析提供重要支撑。②多航线网络连通性研究。结合相关航空规约,提出多航线民用航空自组网降维模型,给出任意网络中飞机度分布及集群系数等重要网络参数的计算方法,同时针对网络中任意两点的连通概率、连通持续时间分布及连通平均跳数等问题进行深入分析,得出多航线民用航空自组网中飞机密度与网络连通性的数学关系,对多航线航空自组网组网可行性分析具有重要意义。③地基站跨度与网络连通性的关系研究。在多航线航空自组网模型基础上,提出利用聚类算法,按照不同区域中的飞机密度将空域中多个区域进行聚类,给出在飞机密度一定的情况下,不同区域中的地基站跨度与网络连通性的数学关系,可为任意空域下地基站的部署提供参考依据。通过搭建模拟民用航空飞机飞行场景对所提出的方法进行仿真分析。仿真结果验证了航空自组网连通性与飞机密度和地基站密度的理论关系,并分析了影响航空自组网连通性的一些关键参数,为航空自组网组网可行性分析提供了重要支撑。
【关键词】：航空自组网 连通概率 连通持续时间 网络模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V35
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 课题来源10-11
• 1.3 国内外研究现状11-16
• 1.3.1 移动自组网研究现状11-13
• 1.3.2 航空自组网研究现状13-15
• 1.3.3 航空自组网连通性研究现状15-16
• 1.4 主要研究工作及章节安排16-19
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 论文章节安排17-19
• 2 相关数学理论及算法19-23
• 2.1 覆盖理论19-20
• 2.2 聚类算法20-23
• 2.2.1 K-means算法（HCM）20-21
• 2.2.2 Fuzzy C-means算法(FCM)21-23
• 3 单航线双航路航空自组网连通性研究23-51
• 3.1 场景介绍23-24
• 3.2 单跳连通概率24-25
• 3.3 多跳连通概率25-31
• 3.3.1 航路间距小于等于特定值时的连通概率25-28
• 3.3.2 航路间距大于特定值时的连通概率28-31
• 3.4 多跳连通距离的分布31-32
• 3.5 连通持续时间分布32-39
• 3.5.1 单跳持续时间分布32-35
• 3.5.2 多跳间接连通持续时间分布35-38
• 3.5.3 多跳长链连通持续时间分布38-39
• 3.6 仿真分析39-50
• 3.6.1 仿真单跳连通概率40-42
• 3.6.2 仿真多跳连通概率42-46
• 3.6.3 仿真连通距离分布46-47
• 3.6.4 仿真连通持续时间分布47-50
• 3.7 小结50-51
• 4 多多航线航空自组网连通性研究51-79
• 4.1 航空自组网网络模型51-52
• 4.2 航空自组网度分布52-54
• 4.3 集群系数54-56
• 4.4 端到端连通概率56-59
• 4.4.1 两飞机连通的有效路径56-58
• 4.4.2 两飞机的连通概率58-59
• 4.5 端到端连通持续时间分布59-61
• 4.6 端到端连通跳数分布61
• 4.7 仿真分析61-77
• 4.7.1 度分布的仿真64-68
• 4.7.2 集群系数的仿真68-70
• 4.7.3 端到端连通概率的仿真70-73
• 4.7.4 端到端连通持续时间分布的仿真73-75
• 4.7.5 端到端连通跳数的分布的仿真75-77
• 4.8 小结77-79
• 5 航空自组网连通性与地基站密度的关系79-93
• 5.1 地基站离散均匀分布79-81
• 5.2 地基站按区域离散均匀分布81-87
• 5.2.2 空域飞机密度81-85
• 5.2.3 空域聚类85-86
• 5.2.4 平均连通概率及持续时间86-87
• 5.3 仿真分析87-92
• 5.3.1 地基站离散均匀分布的情况87-89
• 5.3.2 地基站按区域离散均匀分布的仿真89-92
• 5.4 小结92-93
• 6 总结与展望93-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-103
• 附录103
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文103
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果103
• C. 作者在攻读学位期间参与的科研项目103

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本文编号：885757