[发明专利]高动态地空网络的自动中继方法

说明书

本发明公开了一种高动态地空通信网络的自动中继方法。利用本发明可以解决在无线带宽受限，带来的中继难题。本发明通过下述技术方案予以实现：空中节点无线传输单元在统计周期末尾针对每个相邻节点分别统计各自的平均接收信噪比；空中节点协议处理单元根据平均接收信噪比与报文接收情况确定本节点的连接状态与所属接入点，产生节点状态信息，并通过无线传输单元发送给接入点；接入点协议处理单元通过有线传输单元将节点状态信息转发至中心点；中心点协议处理单元计算空中节点的连通性和直连节点与非直连节点之间的链路能力，将覆盖的每个非直连节点分配给特定的空中中继节点，将计算好的全局拓扑信息结果通过有线传输单元发送给所有的接入点。

技术领域

本发明涉及一种适用于高动态地空通信网络的自动中继方法。

背景技术

随着航空平台的不断发展，宽带地空通信的需求迅速增长，建立多种数据传输链路来满足各种不同的航空平台执行不同任务的需求，是一项迫在眉睫的重要任务。空间通信数据传输链路和卫星节点具备的误码率高、延迟高、动态拓扑、承载业务多样等的特性难以实现对于卫星网络设备和卫星节点的可靠和有效地管理；另一方面，传统的基于地面测控站方式的卫星网络管理方式已不适应卫星网络管理发展的要求。卫星通信时延大、带宽有限且成本高，而且当数据流量比较大时，还容易造成网络资源不足、网络拥塞等问题。自组网网络具有规模大、节点随机分布并高速运动、通信链路高动态变化等特性，通过多跳中继转发的方式连入地基网。航空自组网有助于扩大航空移动通信网络的覆盖范围和提高航空电信网的通信能力，但是网络规模大、信道链路不持久、高动态变化的网络拓扑都给航空自组网的部署和应用带来了诸多困难。航空自组网的拓扑结构存在高动态变化特性，这会导致飞机节点间链路质量的不稳定；另一方面，航空自组网两节点间由于通信距离大也会引起延时增大。作为宽带通信网的节点，飞行器载荷通常需要具有数据采集、交换与分发等多种功能。地空数据链网络系统通过建设的各个远端地面站与航空器保持数据链通信，并且将各个地面站的通信内容汇总到数据链网控中心进行处理、路由、分发、归档保存。地空数据传输的网络运行系统由多个地面节点与多个空中节点组成，地面节点一般为固定节点，而空中节点则为移动节点。地面节点之间通常采用光纤等有线宽带网络进行互联，而地面节点与空中节点之间通常采用甚高频窄带通信链路进行组网连接。地面节点根据在网络中的作用，分为两种类型，一是地面接入点，同时参与无线网络与有线网络，是无线网络与有线网络的铰链节点，可以将空中节点的数据转发至其它地面节点，也可将其它地面节点的数据转发至空中节点；二是地面中心管理节点，负责整个地空网络的运行控制管理，如节点的入/退网管理、无线资源管理、数据传输管理等。每个地面接入点在地面中心管理节点的控制下，在自身无线覆盖范围内组建地空子网，并且作为地空子网的控制节点，采用轮询或者时分多址接入等方式控制子网内每个节点的数据发送时机。多个子网之间采用频分复用等方式并行工作。在无线网络中，由于每个节点的通信距离有限，远距离的节点之间通信必须通过中继的方式来延伸通信范围。每个中继节点在发送自身节点的数据同时，还需要消耗带宽中继其它节点发送的数据。对于地空数据传输网络来说，空中节点之间的数据传输可能需要地面接入点进行中继，空中节点与地面接入点之间的数据传输可能需要另一个空中节点进行中继，中继节点的选择与中继路径的确定，对整个网络的连通性、资源利用率、可靠性等性能都产生重要的影响。

高动态地空网络由空中节点、在地面部署的多个无线接入节点(简称接入点)与网络中心节点(简称中心点)组成。每个接入点在无线信号覆盖范围内建立各自的地空子网，处于高速运动状态下的空中节点进入组网区域后，选择合适的接入点建立无线链路，加入相应的地空子网。接入点与中心点组成控制网络，可通过有线链路(如地面光纤网络等)相互连接。中心点对多个接入点对应的地空子网进行控制。该网络与传统的移动蜂窝通信有所不同，在相互视距通信距离内的多个空中节点之间可以直接通信，只有超出通信距离或者被地形遮挡后，才需要接入点或者其它空中节点进行中继。