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低时延高可靠通信是无线通信发展的显著趋势之一。无论是在新一代的数据链中,还是在下一代无线通信技术(5G)中,其应用场景都对低时延高可靠提出了具体的要求。例如,美军最新一代的数据链TTNT系统,具备真正的“发现即摧毁”的能力,能够对短暂暴露的移动目标实现精确打击。正是TTNT中单跳通信范围内2ms接入时延及最高优先级业务99%的极高首次成功接入概率的要求,使TTNT数据链系统具备快速精确打击的能力。另外5G的一个典型的应用场景就是自动驾驶,5G技术需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证,无人驾驶的安全性和可实现性才可以得到保障。5G技术的超高密度指标以及TTNT数据链中网络承载节点数量无上限,都使网络场景更加庞大,系统承载的业务愈加多样化。随之而来的,网络规模增大及业务多样化必然会导致场景的非均匀问题。本文面向无人机平台,针对密度非均匀的网络场景,研究优化了具有低时延高可靠特性的多址接入协议,所取得的主要成果如下:1.仔细研究并分析了TTNT数据链中低时延高可靠协议,设计了一种信道占用统计值的统计方法。并利用随机几何学的相关理论,将网络中的用户分布建模为泊松点过程,将业务在时域上的到达转化为空间上的到达。首先推导出单位时间内信道占用统计值的分布,接着利用中心极限定理推导出在一个信道统计窗口内信道占用统计值的近似分布从而进一步计算出用户的信道接入概率MAP。本文继续结合泊松点过程和散粒噪声过程,对网络中的干扰模型进行建模。利用Laplace变换和PGFL定理,并结合用户的信道接入概率推导出用户的覆盖概率COP的具体表达式。本文结合对MAP和COP的分析,给出了一种信道占用阈值的设置指导方法。2.针对密度非均匀,提出了两种密度非均匀场景:节点密度非均匀和业务特性非均匀。本文对这两种场景详细分析了非均匀情况下带来的问题和挑战并给出了相应的改进措施。对于节点密度非均匀场景,局部网络性能不一致和信道状态信息不对称是该场景主要面对的问题,本文提出了分布式阈值设置方法及收端判决的改进判决机制以解决上述问题。对于业务特性非均匀场景,如何对不同特性的业务提供差异性的QoS保障是该场景主要的挑战,本文提出了多发包队列结合队列调度算法,并将阈值限制下的随机接入改进为阈值限制下的随机与预约结合的混合接入机制等方法来为不同业务提供差异性的QoS保障。3.本文对协议的框架及流程进行了详细的分析,并给出了通用仿真框架的设计思路与具体实现方法,并验证了本文提出的接入机制的正确性。