本文關(guān)鍵詞：航空自組網(wǎng)連通性研究

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【摘要】：航空自組網(wǎng)絡(luò)指在民航飛機(jī)飛行時(shí)由飛機(jī)、衛(wèi)星和地基基站以及相互間的通信鏈路構(gòu)成的航空通信網(wǎng)絡(luò)。作為一種新的航空通信方式有望成為跨洋民用航空通信網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充,得到全球諸多科研機(jī)構(gòu)和研究人員的廣泛關(guān)注。航空自組網(wǎng)中飛機(jī)節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)且隨機(jī)分布,通信鏈路高動(dòng)態(tài)變化,在飛機(jī)與地基站密度一定,且假設(shè)飛機(jī)最大通信半徑均相同時(shí),網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)滿足通信要求的節(jié)點(diǎn)連通性問題,是航空自組網(wǎng)組網(wǎng)可行性分析中的基礎(chǔ)研究課題之一。航空自組網(wǎng)連通性已有成果大多數(shù)只針對(duì)一維單雙航路中節(jié)點(diǎn)連通概率進(jìn)行分析,對(duì)二維雙向航路及多航線航空自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連通概率研究甚少,尤其缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)中兩節(jié)點(diǎn)連通持續(xù)時(shí)間分布的研究,不能對(duì)復(fù)雜的航空自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行連通性分析。論文作者結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金課題“跨洋民用航空寬帶移動(dòng)通信組網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)研究”的研究基礎(chǔ),基于空中飛機(jī)通過空-空鏈路和地-空鏈路接入地基站的指導(dǎo)思想,針對(duì)民用航空通信網(wǎng)絡(luò)中飛機(jī)節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓邉?dòng)態(tài)、網(wǎng)絡(luò)空間跨度大等特點(diǎn),圍繞航空自組網(wǎng)中二維單航線雙向航路網(wǎng)絡(luò)連通性、多航線空域網(wǎng)絡(luò)連通性與機(jī)群密度及運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,以及不同區(qū)域地基站跨度與全網(wǎng)連通性的內(nèi)在聯(lián)系等問題對(duì)航空自組網(wǎng)連通性進(jìn)行深入研究。具體研究?jī)?nèi)容及主要貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面。①單航線雙向航路網(wǎng)絡(luò)連通性研究。將一維場(chǎng)景下的覆蓋理論進(jìn)行推廣應(yīng)用,對(duì)二維單航線雙向航路航空自組網(wǎng)中飛機(jī)的單跳連通概率及持續(xù)時(shí)間概率分布、單跳與多跳連通概率及持續(xù)時(shí)間概率分布的遞推關(guān)系、連通概率與連通持續(xù)時(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系、多跳長(zhǎng)鏈連通距離的概率分布等問題進(jìn)行分析,得出單航線雙向航路航空自組網(wǎng)中飛機(jī)密度與網(wǎng)絡(luò)連通性的數(shù)學(xué)關(guān)系,為該場(chǎng)景下的組網(wǎng)可行性分析提供重要支撐。②多航線網(wǎng)絡(luò)連通性研究。結(jié)合相關(guān)航空規(guī)約,提出多航線民用航空自組網(wǎng)降維模型,給出任意網(wǎng)絡(luò)中飛機(jī)度分布及集群系數(shù)等重要網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的計(jì)算方法,同時(shí)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中任意兩點(diǎn)的連通概率、連通持續(xù)時(shí)間分布及連通平均跳數(shù)等問題進(jìn)行深入分析,得出多航線民用航空自組網(wǎng)中飛機(jī)密度與網(wǎng)絡(luò)連通性的數(shù)學(xué)關(guān)系,對(duì)多航線航空自組網(wǎng)組網(wǎng)可行性分析具有重要意義。③地基站跨度與網(wǎng)絡(luò)連通性的關(guān)系研究。在多航線航空自組網(wǎng)模型基礎(chǔ)上,提出利用聚類算法,按照不同區(qū)域中的飛機(jī)密度將空域中多個(gè)區(qū)域進(jìn)行聚類,給出在飛機(jī)密度一定的情況下,不同區(qū)域中的地基站跨度與網(wǎng)絡(luò)連通性的數(shù)學(xué)關(guān)系,可為任意空域下地基站的部署提供參考依據(jù)。通過搭建模擬民用航空飛機(jī)飛行場(chǎng)景對(duì)所提出的方法進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了航空自組網(wǎng)連通性與飛機(jī)密度和地基站密度的理論關(guān)系,并分析了影響航空自組網(wǎng)連通性的一些關(guān)鍵參數(shù),為航空自組網(wǎng)組網(wǎng)可行性分析提供了重要支撐。
【關(guān)鍵詞】：航空自組網(wǎng) 連通概率 連通持續(xù)時(shí)間 網(wǎng)絡(luò)模型
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V35
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題背景及意義9-10
• 1.2 課題來源10-11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3.1 移動(dòng)自組網(wǎng)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 航空自組網(wǎng)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.3 航空自組網(wǎng)連通性研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 主要研究工作及章節(jié)安排16-19
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.4.2 論文章節(jié)安排17-19
• 2 相關(guān)數(shù)學(xué)理論及算法19-23
• 2.1 覆蓋理論19-20
• 2.2 聚類算法20-23
• 2.2.1 K-means算法（HCM）20-21
• 2.2.2 Fuzzy C-means算法(FCM)21-23
• 3 單航線雙航路航空自組網(wǎng)連通性研究23-51
• 3.1 場(chǎng)景介紹23-24
• 3.2 單跳連通概率24-25
• 3.3 多跳連通概率25-31
• 3.3.1 航路間距小于等于特定值時(shí)的連通概率25-28
• 3.3.2 航路間距大于特定值時(shí)的連通概率28-31
• 3.4 多跳連通距離的分布31-32
• 3.5 連通持續(xù)時(shí)間分布32-39
• 3.5.1 單跳持續(xù)時(shí)間分布32-35
• 3.5.2 多跳間接連通持續(xù)時(shí)間分布35-38
• 3.5.3 多跳長(zhǎng)鏈連通持續(xù)時(shí)間分布38-39
• 3.6 仿真分析39-50
• 3.6.1 仿真單跳連通概率40-42
• 3.6.2 仿真多跳連通概率42-46
• 3.6.3 仿真連通距離分布46-47
• 3.6.4 仿真連通持續(xù)時(shí)間分布47-50
• 3.7 小結(jié)50-51
• 4 多多航線航空自組網(wǎng)連通性研究51-79
• 4.1 航空自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型51-52
• 4.2 航空自組網(wǎng)度分布52-54
• 4.3 集群系數(shù)54-56
• 4.4 端到端連通概率56-59
• 4.4.1 兩飛機(jī)連通的有效路徑56-58
• 4.4.2 兩飛機(jī)的連通概率58-59
• 4.5 端到端連通持續(xù)時(shí)間分布59-61
• 4.6 端到端連通跳數(shù)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 集群系數(shù)的仿真68-70
• 4.7.3 端到端連通概率的仿真70-73
• 4.7.4 端到端連通持續(xù)時(shí)間分布的仿真73-75
• 4.7.5 端到端連通跳數(shù)的分布的仿真75-77
• 4.8 小結(jié)77-79
• 5 航空自組網(wǎng)連通性與地基站密度的關(guān)系79-93
• 5.1 地基站離散均勻分布79-81
• 5.2 地基站按區(qū)域離散均勻分布81-87
• 5.2.2 空域飛機(jī)密度81-85
• 5.2.3 空域聚類85-86
• 5.2.4 平均連通概率及持續(xù)時(shí)間86-87
• 5.3 仿真分析87-92
• 5.3.1 地基站離散均勻分布的情況87-89
• 5.3.2 地基站按區(qū)域離散均勻分布的仿真89-92
• 5.4 小結(jié)92-93
• 6 總結(jié)與展望93-95
• 致謝95-97
• 參考文獻(xiàn)97-103
• 附錄103
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文103
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果103
• C. 作者在攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目103

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