航空自組網簡介及發展應用現狀

周洪霞，王思臣，陳川，柏長帥

（海軍航空工程學院 青島校區，山東 青島 266041）

航空自組網簡介及發展應用現狀

周洪霞，王思臣，陳川，柏長帥

（海軍航空工程學院 青島校區，山東 青島 266041）

航空自組網作為一種新型的通信網絡，在軍用通信領域有著極大的應用前景，是目前研究的熱點。本文介紹了航空自組網的基本概念、網絡特點、關鍵技術和發展應用現狀，對了解研究航空自組網，并將其應用于下一代軍用航空通信網絡中具有重要意義。

航空自組網；網絡特點；關鍵技術；發展現狀

1 航空自組網簡介

Ad Hoc網絡技術起源于20世紀60年代，它是在美國國防部 DARPA 資助研究的“戰場環境下分組無線網”項目中產生的一種新型組網技術，其特點是便于在特殊環境或緊急情況下構建的無線通信網絡。航空自組網（aeronautical Ad Hoc network，AANET）是移動Ad Hoc網絡在航空通信領域的應用，也稱空中自組網或機載自組網，在該網絡中，每個飛行器不僅是一個收發器，而且還是一個路由器，可采用多跳的方式把數據轉發給更遠的飛行器，能夠滿足特定條件下的軍用航空通信的需求，是對現有航空通信網的補充和發展。

其網絡特點包括：

（1）分布場景的大尺度和三維性。單跳通信半徑可達數百公里，網絡分布的地理范圍很廣闊，甚至可能建立于洲際或大洋的范圍上。同時，由于飛機在三維空間內飛行，該網絡具有三維特性。

（2）拓撲的高動態性。軍用飛機速率的變化范圍大，最高速率可達3.5Mach(1191m/s)，節點的高速移動會造成網絡拓撲的快速變化，從而對網絡連通性、MAC協議、路由協議等方面產生嚴重影響。

（3）信道質量的不穩定性。航空自組網主要采用UHF和VHF頻段進行視距通信。在空對空通信中，信道質量主要受多普勒頻移的影響，在地對空通信中還存在顯著的多徑效應，信道衰落比較嚴重。

（4）節點分布的稀疏性。在航空自組網中，由于場景廣闊，而且節點稀少，導致節點密度小，可能出現網絡不連通的情況，因此其組網可行性和網絡連通性是研究的首要問題。

（5）多質異構性。航空自組網中可能存在多種不同類型的節點，如多種航空飛行器、地面網關、衛星平臺等，不同類型節點在通信功能等方面存在一定的差異；同時航空自組網為容納空、地、天節點及一定數量規模的節點多采用分層分布式網絡體系結構，因此具有多質異構性。

（6）臨時性。軍用飛機執行作戰和其他專項飛行任務的不確定性大,因此相比傳統的MANET，航空自組網將涌現節點頻繁進出的情況，因而具有更強的臨時性。

戰場通信業務的多樣性，通信環境的復雜性，敵我雙方電磁干擾與反干擾的對抗性，對軍用航空自組網提出了更高的要求。

2 航空自組網關鍵技術

航空自組網在很多方面都類似于移動自組網，參照OSI的7層模型和MANET模型協議五層模型劃分方法，也可將AANET的協議模型劃分為五層：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。其結構模型如圖1所示。在模型的每一層中，都有關鍵技術來實現其主要功能，對關鍵技術的研究也就成為許多專家學者的研究熱點。

圖1 AANET協議結構模型

物理層的主要任務是完成信道的區分和選擇，實現無線信號的調制解調、加密解密、發送接收以及檢測等功能，實現以較少的能源克服數據的傳輸損耗。

數據鏈路層包括介質訪問控制子層（MAC）和邏輯鏈路控制子層（LLC），該層的主要任務是協調節點間無線資源的共享，實現有限信道資源的高效利用。

網絡層主要完成路由建立和管理、分組轉發、擁塞控制等功能。由于傳統路由協議是針對有線固定網絡設計的，拓撲結構往往呈靜止狀態，而在AANET網絡的高動態拓撲下路由信息必須適時更新才能滿足戰場環境的要求。因此網絡層的關鍵技術路由的設計與維護。傳輸層主要任務是提供經濟、可靠的端到端傳輸，隔離上層網絡與通信子網。應用層主要用于提供面向用戶的各種高質量應用服務，如實時應用中對時延和丟包率的嚴格要求等。

3 航空自組網發展現狀

航空自組織網絡概念從2004年出現以來,引起了國內外一些研究機構,尤其是各國軍方的廣泛關注。具有代表性的有美國海軍研究局(Office of Naval Research，ONR)資助加州大學洛杉磯分校的Minuteman計劃和悉尼大學的航空自組網項目。

2000～2004年，在美國海軍研究辦公室的資助下，美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)進行了Minuteman (multimedia intelligent network of unattended mobile agents)項目的開發。針對未來海軍作戰需要有效地利用海上、岸上和空中的各種實時信息和傳感器數據，Minuteman將戰場上的UGV和UAV等各種自治單元組成了一個空間、地面和海上一體化的戰場MANET。

2006～2009年，澳大利亞悉尼大學開展了AANET (aeronautical Ad Hoc network)項目的研究。AANET提出了在衛星、航班以及地面Internet網關之間建立一個MANET，使航班之間能夠直接相互通信，從而共享Internet和各種數據資源，為航班接人Internet提供了除衛星通信以外的另一種通信方式。

美國空軍空中網絡興趣小組2005年起草了空中網絡體系結構的報告，該報告中描述了空中網絡通信系統及技術體系,同時給出實現空中網絡的關鍵技術,包括OSI參考模型底三層協議,其中重點強調了自組織網絡在空中網絡中的應用。

4 結語

在信息化條件下，建立一個實時、高效、抗毀性強的空天地一體化作戰信息平臺是未來戰爭的必然需求。航空自組網是構建一體化作戰信息平臺的重要手段，可充分發揮航空飛行器之間互相分發地面指控信息和空中感知信息的功能，顯著提升軍用航空通信遠距和低空超視距補盲、支持編隊戰術協同的作戰效能，有效解決航空通信中抗毀、自組織和機動通信的瓶頸問題，將成為下一代軍用航空通信網絡的發展方向。

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1671-0711（2017）04（下）-0150-02