作为航空通信系统未来的发展方向,航空自组网已经得到学术界和工业界的广泛关注。航空自组网主要由各种航空平台组成,是一种节点高速运动,网络拓扑持续快速变化的新型移动自组织网络。航空自组网除了具有自组织和无中心等传统移动自组网所固有的特点之外,还具有网络规模大、拓扑高动态变化、带宽受限、严格的服务质量(Quality of Service,QoS)要求、信道不稳定、链路易中断以及误码率高等独有的特点。因此,在航空自组网中提供具有QoS保证的航空通信服务将比一般的无线网络更具挑战性。为了解决航空自组网所面临的技术难题,本文分别从网络拓扑控制,媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议,传输层协议和分布式带宽分配等方面对航空自组网的相关技术进行深入研究,并提出了相应的解决方案。论文的主要研究内容和成果如下:一、概述了军民航领域航空通信系统的技术现状以及发展趋势,展望了未来航空自组网应用于军民航领域的技术场景,分析并总结了航空自组网需要解决的几个关键技术问题。二、针对航空自组网高动态的网络拓扑和频繁的网络分割无法为网络应用提供可靠通信服务的问题,提出了一种拓扑控制算法来实现网络容错,即当部分节点或通信链路失效时,网络依然能够保持连通。该算法通过在网络中加入额外的中继节点并控制中继节点运动的方式来控制网络拓扑并实现网络的容错性。算法将中继节点速度控制问题抽象为求解最小成本可行移动矩阵问题,通过求解最小成本可行移动矩阵就可以得到中继节点的运动速度,实现对网络的容错控制,使得网络通信具备一定的可靠性与抗毁性。三、针对航空自组网中大量的数据通信需求和有限的频谱资源之间的矛盾以及高动态的网络拓扑影响网络节点公平、高效、有序地接入网络等问题,提出了一种基于空分时分多址(Spatial reuse TDMA,STDMA)的MAC协议。该协议通过时隙的空间复用来增加网络容量,解决大量的通信需求和有限的频谱资源之间的矛盾。协议不需要中心节点收集网络信息,以分布式的控制方式在每个节点上同步运行,使得其可以很好地适用高动态的航空网络环境。四、针对航空自组网中信道不稳定、链路易中断以及误码率高等问题,提出了一种基于喷泉码的多路径传输层协议。该协议使用喷泉码作为前向纠错码,避免了过高的丢包率导致频繁地重传对网络性能的影响。航空平台一般装备多套机载通信系统,因此,航空平台之间可以建立多条通信路径。协议同时利用多条通信路径进行数据传输来解决单条通信路径的不可靠问题。根据不同的路径状态,协议将数据优化分配到多条通信路径上并行传输,提高网络吞吐量,减小单条不可靠通信路径对网络性能的影响。五、针对航空自组网没有中心控制节点且大部分数据流都属于对带宽和时延敏感的“非弹性流”的问题,提出了一种基于QoS的分布式带宽分配算法。该算法运行于网络的传输层,采用和式增加,积式减少(Additive Increase Multiplicative Decrease,AIMD)的速率控制机制进行拥塞控制。根据数据流对带宽的要求动态调整AIMD参数,算法就能够以分布式的方式在源端实现带宽的按需分配,而不需要中心控制节点。