跨洋民用航空宽带移动通信组网及关键技术研究

天基网通信成本高、时延大、容量受限，地基网不支撑跨洋飞行，航空Mesh网可望成为航空移动通信网络的重要补充。本项目空中通信采用航空Mesh网，尽量使用地面基站，只有地基不能接通时才使用卫星，探索飞机运动及机群密度对航空Mesh网的生成及稳定性影响的变化规律；揭示地基基站跨度与Mesh多跳长链及卫星链路的内在联系；建立航空宽带移动通信网动态路由规划理论与方法。包括：在地基基站设置数量、位置受限，空基网络的节点及链路随机变化环境下，寻求天基传输数据量最小同时能保证服务需求、网络运行成本最低的组网方法；将航空Mesh网任意两节点之间相对位置及其变化转换到通信链路质量上，实现通信网模型降维数学描述及其高效的计算方法；航空Mesh网拓扑变化与链路性能的关系，地基基站跨度对空基网多跳长链及卫星支撑需求关系；机群密度及运动对网络稳定性影响、网络路由算法及QoS保证，为航空通信网的构建奠定理论和技术基础。

根据项目计划书要求，围绕跨洋民用航空自组网的生成、高效组网、大跨度通信和路由算法及QoS保证等问题，研究了机群密度及飞机航线对航空自组网的生成，航空通信场景下的信道自相关特性，提出了跨洋航空通信场景下的资源分配算法、MAC协议、路由协议、业务QoS保障策略等。主要工作及成果：1）基于网络连通性理论，提出了一种网络连通性计算方法，得出了航空通信场景下节点随机分布和沿航线运动的连通性分析模型；2）基于正弦求和统计建模思想，推导了三维移动散射信道时间自相关函数，建立了航空移动通信信道模型；3）研究了序列在系统同步、多址干扰和多径干扰的抑制，提高链路可靠性问题，提出了优化自相关序列、完美序列与阵列、ZCZ序列和互补序列等设计方法；4）基于博弈论思想，研究并给出了无线频谱/时隙资源、功率分配的分布式分配策略，提高了网络频谱利用率；5）针对针对民航自组网中高节点密度区域因节点间干扰大和空间频谱资源竞争导致网络性能下降问题，提出了节点最佳邻居配置分布式动态拓扑优化算法以提高高节点密度区域节点的通信带宽；6）提出了高效的自组网邻居发现算法和支持大传播时延、灵活高效的航空自组网定向MAC协议；7）提出了一套基于综合优质地基路由接入思想的多参数多路由优化路由维护策略；8）设计了适合跨洋民用航空通信网络的异构网络TCP拥塞控制算法以提高TCP传输性能，保障业务QoS。.仿真结果验证了模型和方法的正确性，发表论文29篇，其中SCI 16篇，提交国家技术发明专利6项，培养博士和硕士研究生19名，圆满完成了申请书中的研究内容，在论文、专利和人才培养等方面全面超额完成了预期成果数。成果推进了跨洋民用航空自组网的科学理论发展。