不同于传统有中心节点的基站-移动终端模式的无线网络,无线自组织网是一种由若干个对等设备自由组成的无线网络。由于其具有网络结构灵活、可独立组网、抗毁性强等优势,无线自组织网已成为了无线通信技术发展的重要方向之一。无线自组织网通常采用CSMA/CA或TDMA的接入方式,其端到端传输时延较大,不适用于如军事通信等对时延要求较高的场合。为解决自组织网中通信节点传输时延较大的问题,本文在以太网接口和物理层链路的基础上,设计并在FPGA上实现了一种竞争和时分多址相结合的接入和组网方式,并实现了节点间的高精度全局时间同步。全文的主要工作如下:首先,讨论了现有的自组织网接入方式以及常见的时间同步算法,并根据机载自组织网的时间同步及数据传输应用场景,以及物理层链路和硬件系统的约束,提出了明确的低延迟自组织网的网络层设计指标。其次,根据设计指标,分为广播通道、数据通道、收发切换三个大模块设计了低延迟自组织网的网络层方案,分别用于实现节点入退网及高精度时间同步、用户IP化业务数据传输及TDD信道接入控制三大功能,并给出了一种在竞争接入模式和时分多址接入模式之间灵活切换的流程。随后,分模块详细讨论了广播通道、数据通道和收发切换三大模块的FPGA实现细节,包括各大模块的总体结构框图、各子模块的状态转移、组帧与解帧的流程,以及竞争和时分多址接入模式的收发切换控制,并给出了一种通过以太网接口的UDP配置通道进行链路管理的方法。最后,本文对网络层连同物理层一起的全链路,分为双节点AD/DA回环和多节点无线传输两个场景进行了详细的测试。结果表明,实现后的网络层配合物理层链路可以在100km范围内实现最小4.5ms的端到端延迟,提供最大约6.4Mbps的单向传输带宽,可支持各种类型的以太网数据包,并实现4ns的同步精度。本文的研究内容给出了一种基于FPGA的低延迟自组织网的解决方案,具有较强的可扩展性,为自组织网的低延迟应用提供了参考方案