CN106209202A - 一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法 - Google Patents

Abstract

一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，该方法将飞行流程分为休眠、等待、起飞、巡航、降落五个阶段，对处于特定飞行阶段的飞行节点提出相应的拓扑构建及数据传输策略。其中，等待节点作为空中自组织网络和地面网络的联接点，被动接受其他节点的入网请求，主要负责数据的中转；起飞节点一方面快速建立链路信息表，另一方面接受等待节点的请求，将地面网络的数据携带并快速扩散到空中自组织网络中；巡航节点定期更新链路信息表并根据链路距离及链路持续时间选择最优及备份链路进行空中数据交换；降落节点将空中网络的数据快速转发给等待节点，最终转发到地面网络中。本发明可快速形成全连通拓扑并实现航空自组织网络与地面网络的通信。

Description

一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法

技术领域

本发明申请涉及航空自组织网络的拓扑发现和构建过程，尤其涉及一种航空自组织网络中有效的拓扑更新方法来保持网络的稳定性和可靠性。本发明针对航空自组织网络，提出一种基于快速联通保障和飞行阶段的网络拓扑构建及互联网接入的方法，有助于解决由于大规模场景及快速移动节点而导致的拓扑结构变化频繁和网络不稳定的问题，且能够充分利用飞行器各飞行阶段的特征进行数据传输，提高航空自组织网络的通信质量，为其上层协议的设计和研究提供重要的拓扑基础，属于网络通信技术领域。

背景技术

在现有航空通信系统中，目前广泛使用的通信方式(如甚高频、雷达和卫星等)都存在一定的缺陷，无法满足通信距离、传输效率和质量、资源数量和成本等需求。现有民航系统主要利用卫星通信方式来提供空中WIFI服务。例如，阿联酋航空在其A380客机上为经济舱旅客提供了10兆流量的免费互联网接入服务，但由于有限的免费流量和高昂的超额流量资费导致其不能很好的满足乘客的基本需求。

为了克服这些缺陷，航空自组织网络在现有的航空通信系统中增加了由飞行器构成的移动自组织网络，使得飞行器间能够不依赖地面基站和卫星通信设备，能够直接相互通信。在航空自组织网络中，飞行器既是数据收发器，也是路由器，可以通过多跳的方式把数据传输给更远的飞行器，并最终可以实现互联网接入。此外，在民航领域，航空自组织网络降低了飞行器互联网接入的成本，提高了数据传输性能，并能够通过飞行器间的多跳传输，实时播送飞机的飞行状态和舱内的旅客数据，为飞机飞行轨迹提供备份，避免诸如MH370航班神秘消失而无据可查的事件发生；在军事领域，飞行器之间的相互通信可以提高战术调整和协调作战的能力。

在移动自组织网络中，传统的拓扑构建方法一般从能耗和连通度入手，通过调整节点的发射功率确定节点之间的连通关系，从而满足网络连通度的要求。但是，在航空自组织网络中，能耗不再是组网的关键因素，网络稳定性和持久性更为重要。因此不能简单的借鉴移动自组织网络中的现有方法，而是需要根据网络特性形成新的拓扑控制方法。

航空自组织网络中现有的拓扑构建方法一般采用集中式和分布式两种策略，典型代 表有：1、利用全局唯一中控节点控制节点的入网和出网过程；2、利用移动代理发现并共享拓扑信息。基于方案1，已有研究者提出了一种空中自组织网络拓扑感知与维护方法。在这种方法中，中控节点的退出会使网络暂时陷入混乱，需要额外的中控节点选举过程，收敛速度对网络性能影响较大；基于方案2，移动代理对网络全局拓扑的感知不够全面，且随着网络规模的增大，引入额外移动节点的成本较高。显然，这两种方案的实现都过度依赖特殊节点的性能，不能适应大规模且变化频繁的航空自组织网络，无法保证网络的稳定性和扩展性。此外，目前方法均只考虑飞行过程中飞行器间的数据传输，没有考虑飞行器各个飞行阶段的快速网络接入和航空自组织网络的最终互联网接入等问题，无法对旅客和飞行器相关数据的传输提供完备的支持。

航空自组织网络的拓扑构建主要任务包括快速拓扑发现和拓扑维护。网络中的节点通过广播入网请求信息来交换当前位置、航向、航速等信息，这些信息用来构建飞机节点的单跳链路信息表，节点根据自己的飞行状态及传输需求从中选择有效的链路进行数据传输。

发明内容

发明目的：为了解决航空自组织网络拓扑可靠性差的技术问题，本发明针对航空自组织网络场景规模大，节点移动速度快，拓扑结构变化频繁的特点，提出了一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，以完成航空自组织网络中新节点的入网以及拓扑的更新过程，从而形成更加稳定可靠的网络拓扑。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：

一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，该方法将航空自组织网络中各飞机节点的飞行流程分为五个阶段，分别为：休眠阶段、等待阶段、起飞阶段、巡航阶段和降落阶段；任意飞行节点i的工作步骤包括：

(1)等待阶段

(1-1)飞行节点i接受其他飞行节点发送的入网请求信息，根据入网请求信息构建飞行节点i的单跳链路信息表；所述入网请求信息包括请求入网的飞行节点的位置、速度和所处的飞行阶段；所述单跳链路信息表包括构成单跳链路的两节点之间的距离、两节点所处的飞行阶段、单跳链路持续时间和单跳链路更新时间点；

(1-2)飞行节点i作为航空自组织网络与地面网络的中转接点，根据单跳链路信息表对接收到的数据包进行转发，包括步骤：

航空自组织网络到地面网络的数据包转发：飞行节点i判断单跳链路信息表中是否存在发送数据包的源节点，若存在，则缓存该数据包并发送到地面网络；否则，丢弃该数据包；

地面网络到航空自组织网络的数据包转发：飞行节点i判断单跳链路信息表中是否存在处于起飞阶段的飞行节点，若存在，则缓存数据包并发送给起飞阶段的飞行节点；否则，丢弃该数据包；

所述数据包包括数据段和地址段，地址段包括目标节点、源节点、源节点所处飞行阶段；

(2)起飞阶段

(2-1)飞行节点i清空在等待阶段构建的单跳链路信息表中的链路数据，并向航空自组织网络中其他飞行节点广播入网请求信息，根据其他飞行节点的反馈信息重新在单跳链路信息表中录入链路数据；

(2-2)飞行节点i接受等待节点的请求，根据重新构建的单跳链路信息表将地面网络的数据扩散到航空自组织网络中；

(3)巡航阶段

飞行节点i定期更新在起飞阶段构建的单跳链路信息表；并从单跳链路信息表中选出源节点和目标节点之间距离最近的单跳链路作为最优链路、持续时间最长的单跳链路作为备份链路，从最优链路和备份链路中选取有效的链路进行数据包传输；

(4)降落阶段

飞行节点i接收来自其他飞行节点的数据包，并根据数据包的地址段判断对应的源节点是否处于巡航阶段；若判断结果为否，则丢弃该数据包；否则，判断飞行节点i的单跳链路信息表中是否存在包含该数据包源节点的链路，若不存在，则丢弃该包，否则判断飞行节点i的单跳链路信息表中是否存在处于等待状态的飞行节点；若存在，则将数据包转发给处于等待状态的飞行节点，否则，缓存数据包等待发送；

(5)休眠阶段

飞行节点i关闭网络设备，停止工作。

进一步的，步骤(1-1)所述的进入等待阶段后，飞行节点i建立单跳链路信息表链路的过程如图3所示，包括如下步骤：

步骤1.1.1，飞行节点i接收到来自其他飞行节点发送的入网请求信息，设航空自组 织网络中除飞行节点i以外的任意一飞行节点j向飞行节点发送入网请求信息，入网请求信息如下表所示；

源节点	位置	速度	飞行阶段
				j	pj	vj	mj

步骤1.1.2，根据飞行节点i和j位置坐标p_i和p_j，计算飞行节点i和j间的距离向量dis(i，j)；根据v_i、v_j和dis(i，j)，计算链路持续时间t_dur(i，j)，其中v_i、v_j都为速度矢量；当飞行节点i处于等待阶段时，则v_i为0向量；

步骤1.1.3，根据步骤1.1.2的计算结果在飞行节点i的单跳链路信息表中插入包含飞行节点j的单跳链路记录，设单跳链路信息表的表长为K，该表包含信息如下表所示。表中，t_up(j)为该链路的更新时刻变量，记录包含飞行节点j的单跳链路的最近更新时刻。

节点标识	距离	持续时间	飞行阶段	更新时刻
					j	dis(i，j)	tdur(i，j)	mj	tup(j)

步骤1.1.4，若链路记录插入成功，则令t_up(j)等于链路插入的时刻，并发送反馈信息给对应的飞行节点j，反馈信息包含的信息如下表所示；若链路建立失败，则丢弃该入网请求信息。

源节点	目的节点	距离	持续时间	飞行阶段	更新时刻
						i	j	dis(i，j)	tdur(i，j)	等待	tup(j)

步骤1.1.5，飞行节点i进行链路更新的过程如图3所述，包括如下步骤：

S1根据更新时刻t_up(j)和持续时间t_dur(i，j)，计算飞行节点j所在链路的最晚有效时刻。若此次更新的时刻超过链路最晚有效时刻，表示该链路失效，单跳链路信息表立即删除该条链路记录，更新节点i的当前有效链路数；

S2以飞行节点i起飞和降落的平均时间T₀为时间间隔，遍历飞行节点i的单跳链路信息表；若链路记录对应的飞行节点j处于起飞阶段且链路最近更新时间t_up(j)与此次更新的时间间隔超过T₀，表示起飞状态结束，修改链路中飞行节点j的飞行阶段为巡航。若链路记录对应的飞行节点j处于降落且链路最近更新时间t_up(j)与此次更新的时间间隔超过T₀，表示降落状态结束，修改链路中飞行节点j的飞行阶段为等待。

S3步骤S2完成后，检测当前单跳链路信息表中的链路数，若当前链路数等于K，则更新结束；若当前链路数小于K，则继续接收其他飞行节点的入网请求信息，并转步骤S1。

步骤(1-2)所述的进入等待阶段后，飞行节点i数据传输的过程如图3所示，包括如下步骤：

步骤1.2.1，飞行节点i接收到来自节点j发至节点k的数据包，该数据包包含信息如下表所示；

源节点	目的节点	飞行状态	数据
				j	k	mj	Data

步骤1.2.2，若j为空中飞机节点，k为地面网络节点，则表示该数据包的传输方向为航空自组织网络到地面网络。遍历飞行节点i的单跳链路信息表，若存在包含j的链路记录，则缓存该包，并将其转发到地面网络中的目的节点，成功后返回传输成功的消息；否则放弃传输，丢弃该包。

若j为地面网络节点，k为空中飞机节点，则表示该数据包的传输方向为地面网络到航空自组织网络。遍历飞行节点i的单跳链路信息表，若存在包含起飞阶段的飞行节点的链路记录，则缓存该包，并将其转发给起飞阶段的飞行节点，成功后返回返回传输成功消息；否则放弃传输，丢弃该包。

若j、k同时为地面网络节点或者航空自组织网络中的节点，则放弃传输，丢弃该包。

进一步的，步骤(2-1)所述的进入起飞阶段后，飞行节点i进行单跳链路信息表重构的过程如图4所示，包括如下步骤：

步骤2.1.1，清空飞行节点i的链路信息表，删除原有的链路数据；

步骤2.1.2，飞行节点i向航空自组织网络中的其他节点广播入网请求信息，并根据其他飞行节点回复的反馈信息重新构建单跳链路信息表，直至链路个数达到K或者广播时间达到T₀后停止广播；其构建单跳链路信息表的步骤为：

设飞行节点i收到来自飞行节点j的反馈信息；若飞行节点j处于等待阶段或巡航阶段，则将包含飞行节点j的链路记录插入飞行节点i的单跳链路信息表并更新飞行节点i的有效链路数；若飞行节点j处于其他飞行阶段，则丢弃该反馈信息；

步骤(2-1)所述的进入起飞阶段后，飞行节点i数据传输的过程包括如下步骤：

步骤2.1.1，飞行节点i遍历单跳链路信息表，选择单跳链路信息表中包含飞行阶段为巡航的飞信节点的链路插入到备份链路表并实时更新备份链路表，备份链路表的结构及相关操作与单跳链路信息表一致；

步骤2.1.2，设飞行节点i接收到来自飞行节点j的数据包；根据数据包中的地址段判断源节点j所处的飞行阶段是否为等待，若判断结果为否，则丢弃该数据包，结束数据传输过程；若判断结果为是，则表示该数据包是由地面网络发送给航空自组织网络的数据包，转入步骤2.1.3；

步骤2.1.3，遍历飞行节点i的单跳链路信息表；若存在包含节点j的链路记录，则缓存该数据包并选择备份链路表中单跳距离最近的链路为最优链路；若最优链路有效，则通过最优链路转发数据包；否则，在备份链路列表中挑选新的最优链路进行数据包的转发；转发成功则给节点j返回传输成功消息；

若不存在包含节点j的链路记录，则丢弃该数据包，结束数据传输过程。

进一步的，步骤3所述的进入巡航阶段后，飞行节点i进行单跳链路信息表更新的过程如图5所示，包括如下步骤：

步骤3.1，通过链路更新时刻和链路持续时间，计算得每条链路的最晚有效时刻；若更新链路信息表的时刻晚于该条链路的最晚有效时刻表示该链路失效，链路信息表立即自动删除该条记录，并更新当前有效链路数；

步骤3.2，以T₁为时间间隔更新链路信息表：首先，删除链路信息表中链路持续时间低于T₁的链路；其次，向航空自组织网络中的其他飞行节点广播包入网请求信息，并根据其他飞行节点回复的反馈信息重新构建单跳链路信息表，形成新的包含飞行节点j的链路记录插入飞行节点i的单跳链路信息表，直至链路个数达到K或者广播时间达到T₀后停止广播；更新当前单跳链路信息表中的有效链路数。

步骤3所述的进入巡航阶段后，飞行节点i进行数据传输的过程包括如下步骤：

步骤3.3，飞行节点i接收到来自节点j的数据包，遍历飞行节点i的单跳链路信息表；若存在包含飞行节点j的链路记录，则缓存该数据包并转入步骤3.4；

步骤3.4，遍历飞行节点i的单跳链路信息表，选择链路距离最近的链路为最优链路，链路持续时间最长的链路为备份链路；判断最优链路是否有效，若最优链路有效，则使用最优链路传输数据；否则，删除最优链路记录，向航空自组织网络中的其他飞行节点 广播入网请求信息包，根据其他飞行节点的反馈信息更新单跳链路信息表并转入步骤3.5；

3.5判断备份链路是否有效；若备份链路有效，则使用备份链路传输数据并根据更新后的单跳链路信息表选取新的最优链路和备份链路；若备份链路无效，则删除备份链路记录，选取新的最优和备份链路。

进一步的，其中步骤4所述的进入降落阶段，飞行节点i接收来自其他飞行节点的数据包并根据网络状况进行转发过程如图6所示，包括如下步骤：

步骤4.1，飞行节点i收到飞行节点j的数据包，根据数据包的地址段判断源节点所处阶段是否为巡航阶段，若判断结果为否，则丢弃该数据包；否则，转入步骤4.2；

步骤4.2，遍历飞行节点i的单跳链路信息表，判断是否若存在包含飞行节点j的链路记录；若不存在，则丢弃该数据包，否则缓存该数据包并进入步骤4.3；

步骤4.3，遍历飞行节点i的单跳链路信息表，判断是否存在包含处于等待阶段的飞行节点的链路，若存在，则通过该链路转发数据包；否则，保存该数据包待转发。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、将飞机节点的整个飞行流程分为五个不同的阶段，根据不同阶段的飞行特点，分别进行链路建立和数据传输，充分利用了各阶段飞机飞行的特点；

(1)处于等待阶段的飞机节点作为航空自组织网络和地面网络的联接点，负责数据的中转；另外，等待阶段的飞机节点之间不建立链接，避免了过分复杂的网络结构，充分发挥该类节点在地面网络节点与起飞降落节点的关联关系；

(2)处于起飞阶段的飞机节点一方面快速建立链路信息表；另一方面，该类节点根据自身实时的网络状况，缓存部分地面网络节点的数据包并将其带到空中网络中，快速扩散到空中飞机节点中，构建了从地面到空中的通信链路；

(3)处于巡航阶段的飞机节点选择最近最短路径链路作为最优链路，保证了最小的网络传输时间时延；选取持续时间最长的链路为备份链路，保证了在最优链路失效时，有足够的时间更新网络拓扑，可以尽量避免传输的中断，提高转发成功率；

(4)处于降落阶段的飞机节点将空中节点需要发送给地面网络节点的数据包快速转发给等待阶段的飞机节点，构建了从空中到地面的通信链路；若无法找到合适的转发节点，则保存数据包直到降落完成后继续转发。

2、对处于不同阶段的飞机节点，采用不同的更新周期和更新策略，在快速保证较高的联通度的同时保证了网络拓扑信息的准确性及时效性；

(1)处于等待阶段的飞机节点更新周期为T₀(起飞和降落的平均时间)，保证了节点飞行阶段的准确性，利于数据中转；作为联接点，等待阶段的飞机节点等待其他节点的链路请求，不主动发送入网请求信息；

(2)处于起飞阶段的飞机节点主动发送入网请求信息包快速建立链路，保证了地面网络与空中网络的快速联通；

(3)处于巡航阶段的飞机节点更新周期为6T₀，在更新时删除持续时间低于6T₀的节点，同时平衡了拓扑信息的准确性及拓扑更新带来的损耗。

3、采用分布式的方法构建网络拓扑。一方面可以简化网络，适用于网络规模较大的航空自组织网络，便于网络拓扑的维护和更新。另一方面，在分布式网络中，单个节点的行为对整体的影响较小，网络收敛速度快，适应了航空自组织网络中节点速度较快而导致的拓扑变化频繁的特性。

附图说明

图1为航空自组织网络中飞行节点高度变化图；

图2为航空自组织网络中飞行节点的飞行阶段转换图；

图3为航空自组织网络中处于等待和降落阶段的飞行节点与其他飞行节点的交互示意图；

图4为航空自组织网络中处于起飞阶段的飞行节点与其他飞行节点的交互示意图；

图5为航空自组织网络中处于巡航阶段的飞行节点与其他飞行节点的交互示意图；

图6为飞行节点在等待阶段的工作流程图；

图7为飞行节点在起飞阶段的工作流程图；

图8为飞行节点在巡航阶段的工作流程图；

图9为飞行节点在降落阶段的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图1和2分别描述的是节点高度和飞行阶段的变化，具体的实施方式如下：

1.在t1时刻前，某飞机节点处于休眠状态，其高度为0。

2.在t1时刻，该飞机节点打开网络设备，系统为其分配节点标识i。从t1到t2，节点i等待起飞，即处于等待阶段，其高度为0。

3.在t2时刻，节点i准备起飞。从t2到t3，节点i处于起飞阶段，其高度变化规律按图1所示。

4.在t3时刻，节点i的飞行高度到达巡航高度h，进入巡航阶段，其高度保持在巡航高度。

5.在t4时刻，节点i准备降落。从t4到t5，节点i处于降落阶段，其高度变化规律按图1所示。

6.在t5时刻，节点i完成降落，进入等待阶段，其高度为0。

7.在t6时刻，节点i关闭设备，进入休眠阶段，其高度为0。

图3描述了飞机节点在等待阶段建立通信链路以及传输数据的工作过程，具体的实施方式如下：

1.在某时刻t，飞机节点A处于等待阶段，在飞机节点D进入降落阶段之前已经与其建立起了通信链路；另外，节点A可以接收到来自飞机节点B(起飞阶段)和飞机节点C(巡航阶段)的入网请求信息，此处用Hello包表示入网请求信息。在接收到Hello包后，节点A建立与B、C节点的通信链路(如图3中节点A的单跳链路信息表)并向B、C回复反馈信息，即Reply包。

2.地面互联网中的节点E需要向航空自组织网络中的节点F发送数据包，即Data包，并将发送数据包的请求发送给等待阶段的飞机节点A。在接收到转发请求后，节点A遍历自己的单跳链路信息表，找到了与飞机节点B的通信链路且该链路状态为降落，然后缓存该数据包并将其转发给飞机节点B。

3.航空自组织网络中的节点D需要向地面网络发送Data包，节点D遍历自己的链路信息表，找到了与飞机节点A的通信链路且该链路状态为等待，然后将数据包转发给飞机节点A。节点A在接收到数据包后，返回成功消息给节点E。

图3还描述了飞机节点F在经过一段时间的飞行后变化到F’(距离机场S2较近)的位置的通信过程，具体的实施过程如下：

1.节点F在巡航过程中每隔T₁更新链路信息表，与机场S2附近的飞机节点建立链路，本实施例中T₁＝6T₀。

2.节点F接受新的数据请求(包括来自地面和航空自组织网的数据包)，选择最优链路进行数据转发。

图4描述的是飞机节点在起飞状态建立通信链路以及传输数据的工作过程，具体的 实施方式如下：

1.在某时刻t，飞机节点B进入起飞阶段，清空单跳链路信息表并向航空自组织网内的其他飞行节点广播Hello包并等待Reply包。在接收到节点A和F的Reply包后，节点B更新链路信息表(如图4中节点B的链路信息表)。

2.节点B接收到来自节点A的Data包(来自地面网络，目的为节点F)。节点B遍历链路信息表后，发现存在包含节点A的链路。然后，节点B缓存该数据包并将其转发给最优链路节点F。节点F在接收到数据包后，返回成功消息给节点B。

图5描述的是飞机节点在巡航状态更新通信链路以及传输数据的工作过程，具体的实施方式如下：

1.在某时刻t，飞机节点C、F、G处于巡航阶段，到达更新时间后向通信范围内的节点广播Hello包并等待Reply包。节点F接收到节点B、C的Reply包并更新链路信息表(如图中节点F的链路信息表)，节点C接收到节点A、F的Reply包并更新链路信息表(如图中节点C的链路信息表)。

2.节点F接收到来自节点B的Data包(来自地面网络，目的为节点E)。遍历链路信息表后，节点F将该数据包转发给最优链路节点C并返回成功消息给节点B。节点C在接收到数据包后，返回成功消息给节点F。

图6、图7、图8和图9分别描述的是节点在等待、起飞、巡航及降落阶段更新链路和传输数据的流程图，具体的实施方式体现在图3、图4及图5所示的各阶段节点具体的工作实例中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，其特征在于，该方法将航空自组织网络中各飞机节点的飞行流程分为五个阶段，分别为：休眠阶段、等待阶段、起飞阶段、巡航阶段和降落阶段；任意飞行节点i的工作步骤包括：

(1)等待阶段

(1-1)飞行节点i接受其他飞行节点发送的入网请求信息，根据入网请求信息构建飞行节点i的单跳链路信息表；所述入网请求信息包括请求入网的飞行节点的位置、速度和所处的飞行阶段；所述链路信息表包括构成单跳链路的两节点之间的距离、两节点所处的飞行阶段、单跳链路持续时间和单跳链路更新时间点；

(1-2)飞行节点i作为航空自组织网络与地面网络的中转接点，根据单跳链路信息表对接收到的数据包进行转发，所述数据包包括数据段和地址段，地址段包括目标节点、源节点、源节点所处飞行阶段；

转发步骤包括：

航空自组织网络到地面网络的数据包转发：飞行节点i根据数据包的地址段判断单跳链路信息表中是否存在地址段中的源节点，若存在，则缓存该数据包并发送到地面网络；否则，丢弃该数据包；

地面网络到航空自组织网络的数据包转发：飞行节点i判断单跳链路信息表中是否存在处于起飞阶段的飞行节点，若存在，则缓存数据包并发送给起飞阶段的飞行节点；否则，丢弃该数据包；

(2)起飞阶段

(2-1)飞行节点i清空在等待阶段构建的单跳链路信息表中的链路数据，并向航空自组织网络中其他飞行节点广播入网请求信息，根据其他飞行节点的反馈信息重新在单跳链路信息表中录入链路数据；

(2-2)飞行节点i接受等待节点的请求，根据重新构建的单跳链路信息表将地面网络的数据扩散到航空自组织网络中；

(3)巡航阶段

飞行节点i定期更新在起飞阶段构建的单跳链路信息表；并从单跳链路信息表中选出源节点和目标节点之间单跳距离最小的链路作为最优链路、持续时间最长的单跳链路作为备份链路，从最优链路和备份链路中选取有效的链路进行数据包传输；

(4)降落阶段

飞行节点i接收来自其他飞行节点的数据包，并根据数据包的地址段判断对应的源节点是否处于巡航阶段；若判断结果为否，则丢弃该数据包；否则，判断飞行节点i的单跳链路信息表中是否存在包含该数据包源节点的链路，若不存在，则丢弃该包，否则判断飞行节点i的单跳链路信息表中是否存在处于等待状态的飞行节点；若存在，则将数据包转发给处于等待状态的飞行节点，否则，缓存数据包等待发送；

(5)休眠阶段

飞行节点i关闭网络设备，停止工作。

2.根据权利要求1所述的一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，其特征在于，所述步骤(1-1)中飞行节点i根据入网请求信息构建单跳链路信息表的方法为：

步骤1.1.1，飞行节点i接收到来自其他飞行节点发送的入网请求信息，设航空自组织网络中除飞行节点i以外的任意一飞行节点j向飞行节点发送的入网请求信息如下表所示；

源节点 位置 速度 飞行阶段 j p_j v_j m_j

表中，p_j和v_j分别为飞行节点j的位置坐标和速度，m_j表示飞行节点j所处的飞行阶段；

步骤1.1.2，根据飞行节点i和j位置坐标p_i和p_j，计算飞行节点i和j间的单跳距离向量dis(i,j)；根据飞行节点i和j的速度矢量v_i和v_j以及dis(i,j)，计算i到j单跳链路的持续时间t_dur(i,j)；

步骤1.1.3，根据步骤1.1.2的计算结果在飞行节点i的单跳链路信息表中插入包含飞行节点j的单跳链路记录，设单跳链路信息表的表长为K，单跳链路信息表如下表所示：

节点 距离 持续时间 飞行阶段 更新时刻 j dis(i,j) t_dur(i,j) m_j t_up(j)

表中，t_up(j)为该链路的更新时刻变量，记录包含飞行节点j的单跳链路的最近更新时刻；

步骤1.1.4，若链路记录插入成功，则令t_up(j)等于链路插入的时刻，并发送反馈信息给对应的飞行节点j，反馈信息包含的信息如下表所示；

若链路建立失败，则丢弃该入网请求信息；

步骤1.1.5,飞行节点i根据构建的单跳链路信息表进行链路更新，包括如下步骤：

S1根据链路更新时刻t_up(j)和持续时间t_dur(i,j)，计算飞行节点j所在链路的最晚有效时刻；若此次更新的时刻晚于链路最晚有效时刻，表示该链路失效，单跳链路信息表立即删除该条链路记录，更新节点i的当前有效链路数；

S2以飞行节点i起飞和降落的平均时间T₀为时间间隔，遍历飞行节点i的单跳链路信息表；若i到j链路中，飞行节点j处于起飞阶段且链路上一次更新时间t_up(j)与此次更新的时间间隔超过T₀，表示起飞状态结束，将飞行节点j的飞行阶段修改为巡航；若i到j链路中，飞行节点j处于降落阶段且链路上一次更新时间t_up(j)与此次更新的时间的间隔超过T₀，表示降落阶段结束，将飞行节点j的飞行阶段修改为等待；

S3步骤S2完成后，检测当前单跳链路信息表中的链路数，若当前链路数等于K，则更新结束；若当前链路数小于K，则继续接收其他飞行节点的入网请求信息，继续录入链路直至链路数等于K；转步骤S1。

3.根据权利要求2所述的一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，其特征在于，所述步骤(2-1)中飞行节点i根据其他飞行节点的反馈信息重新在单跳链路信息表中录入链路数据的具体步骤为：

2.1.1设飞行节点i收到来自飞行节点j的反馈信息；若飞行节点j处于等待阶段或巡航阶段，则将包含飞行节点j的链路记录插入飞行节点i的单跳链路信息表并更新飞行节点i的有效链路数；若飞行节点j处于其他飞行阶段，则丢弃该反馈信息；

2.1.2循环执行2.1.1，直至链路个数达到K或者广播时间达到T₀后停止广播。

4.根据权利要求3所述的一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，其特征在于，所述步骤(2-2)中飞行节点i的数据传输过程包括步骤：

步骤2.1.1，飞行节点i遍历单跳链路信息表，选择单跳链路信息表中包含巡航阶段飞行节点的链路插入到备份链路表，并实时更新备份链路表；

步骤2.1.2，设飞行节点i接收到来自飞行节点j的数据包；根据数据包中的地址段判断源节点j所处的飞行阶段是否为等待，若判断结果为否，则丢弃该数据包，结束数据传输过程；若判断结果为是，则表示该数据包是由地面网络发送给航空自组织网络的数据包，转入步骤2.1.3；

步骤2.1.3，遍历飞行节点i的单跳链路信息表；若存在包含节点j的链路，则缓存该数据包并选择备份链路表中单跳距离最小的链路为最优链路；若最优链路有效，则通过最优链路转发数据包；否则，在备份链路列表中挑选新的最优链路进行数据包的转发；转发成功则给节点j返回传输成功消息；若不存在包含节点j的链路记录，则丢弃该数据包，结束数据传输过程。

5.根据权利要求4所述的一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，其特征在于，所述步骤(3)中更新单跳链路信息表的步骤包括：

步骤3.1：根据链路更新时刻t_up(j)和持续时间t_dur(i,j)，计算得每条链路的最晚有效时刻；若更新链路信息表的时刻晚于该条链路的最晚有效时刻，则表示该链路失效，链路信息表立即删除该条记录，并更新当前有效链路数；

步骤3.2：以T₁为时间间隔更新链路信息表：首先，删除链路信息表中链路持续时间低于T₁的链路；其次，向航空自组织网络中的其他飞行节点广播包入网请求信息，并根据其他飞行节点回复的反馈信息重新构建单跳链路信息表，形成新的包含飞行节点j的链路记录插入飞行节点i的单跳链路信息表，直至链路个数达到K或者广播时间达到T₀后停止广播；更新当前单跳链路信息表中的有效链路数。

所述步骤(3)中飞行节点i进行数据传输的过程包括如下步骤：

步骤3.3，飞行节点i接收到来自节点j的数据包，遍历飞行节点i的单跳链路信息表；若存在包含飞行节点j的链路记录，则缓存该数据包并转入步骤3.4；

步骤3.4，遍历飞行节点i的单跳链路信息表，选择单跳距离最小的链路为最优链路，链路持续时间最长的链路为备份链路；判断最优链路是否有效，若最优链路有效，则使用最优链路传输数据；否则，删除最优链路记录，向航空自组织网络中的其他飞行节点广播入网请求信息包，根据其他飞行节点的反馈信息更新单跳链路信息表并转入步骤3.5；

3.5判断备份链路是否有效；若备份链路有效，则使用备份链路传输数据并根据更新后的单跳链路信息表选取新的最优链路和备份链路；若备份链路无效，则删除备份链路记录，选取新的最优和备份链路。

6.根据权利要求5所述的一种航空自组织网络拓扑构建及互联网接入的方法，其特征在于，T₁＝6T₀。