[發明專利]一種基于最大似然估計的多終端時間同步方法

有效

• 申請號: 201610029804.3
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105680971B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 張暉;趙鵬
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種泛在協同環境下的終端時間同步方法，特別涉及一種基于最大似然估計的多終端時間同步方法，屬于無線通信領域。

背景技術

伴隨泛在網的發展，越來越多的終端設備出現在人們的生活工作空間之中，如各種智能終端、智能家電、網關設備、傳感設備、車載設備、可穿戴設備等，這些周邊設備通過有線或無線的方式連接形成網絡，共同為用戶提供應用服務，這些不同的終端設備都有自己的本地物理時鐘。由于不同終端節點的晶體振蕩器頻率存在偏差，以及溫度變化和電磁波干擾等，即使在某個時刻所有節點都達到時間同步，它們的時間也會逐漸出現偏差，而多終端一起協同工作需要節點之間的時間同步，因此時間同步機制是泛在協同環境下的一個關鍵機制，研究人員對此也做了大量的研究工作。同時泛在協同環境下，有時密集網絡拓撲中有大量的終端節點需要時間同步，如密集的傳感器節點，大型集會時眾多個人智能終端之間的同步等，如何讓眾多的節點快速的實現時間同步是一個很大的挑戰。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于最大似然估計的多終端時間同步方法，該方法在假設各終端之間的消息傳遞時延滿足正態分布的情況下，利用最大似然估計同時估計相對時鐘斜率和偏移，并按網絡拓撲情況，將最大似然估計分為發送-接收最大似然估計和接收-接收最大似然估計，同類網絡中，節點間的公共鄰居節點很多的情況下才用接收-接收最大似然估計，異質網絡或節點分布很稀疏時采用發送-接收最大似然估計，在保證估計方法準確的情況下，盡可能的減少同步消息的傳遞，提高時間同步方法的效率。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種基于最大似然估計的多終端時間同步方法，終端的邏輯時鐘值L(t)＝αC(t)+β，其中，C(t)為物理時鐘值，α為時鐘斜率補償參數，β為時鐘偏移補償參數；通過修正各終端的邏輯時鐘斜率補償參數和邏輯時鐘偏移補償參數，使各終端的邏輯時鐘收斂到一致的時鐘值，從而實現時間同步；

其中，各終端的邏輯時鐘斜率補償參數和邏輯時鐘偏移補償參數的修正通過以下方法實現：

步驟1，為網絡中的各終端分配不相重復的ID，并設置采用接收-接收最大似然估計模式的閥N_threshold；初始化時鐘斜率補償參數為1，時鐘偏移補償參數為0；

步驟2，各終端判斷自身與其鄰居終端間的網絡類型；計算任意兩個相鄰終端的公共鄰居終端數目N，若兩個相鄰終端與公共鄰居終端間是同類型網絡且N＞N_threshold，則執行步驟4，否則執行步驟3；

步驟3，采用發送-接收最大似然估計模式獲取任意兩個相鄰終端i和j間的時間樣本并轉入步驟5，具體為：

該模式下兩個相鄰終端間執行M次雙向信息報文交換，并記錄發送接收時間樣本(u_m,v_m,u'_m,v'_m)，其中，u_m是終端i第n次發送同步消息的邏輯時鐘值，v_m是終端j第n次接收到終端i發送的同步消息的邏輯時鐘值，v'_m是終端j第n次接收到終端i發送的同步消息后回復的邏輯時鐘值，u'_m是終端i第n次接收到終端j回復消息的邏輯時鐘值，m＝1,2.…M；

步驟4，采用接收-接收最大似然估計模式獲取任意兩個相鄰終端i和j間的時間樣本并轉入步驟6，具體為：

在該模式下，所有終端按照ID順序廣播信標報文，其鄰居終端接收報文并記錄報文來源終端的ID和該終端接收到報文的邏輯時鐘值；所有終端完成廣播信標報文后，相鄰終端間交互自身記錄的信息，并將記錄中報文來源終端ID一致的邏輯時鐘值組成時間樣本，即得到任意兩個相鄰終端i和j間的時間樣本(x_n,y_n)；其中，

x_n是終端i接收到的、與終端j間第n個公共鄰居終端廣播的報文時的邏輯時鐘值；

y_n是終端j接收到的、與終端i間第n個公共鄰居終端廣播的報文時的邏輯時鐘值；

步驟5，將步驟3中得到的時間樣本代入公式1和2，得到終端i相對于終端j的相對時鐘斜率估計值和相對時鐘偏移估計值轉入步驟7：

步驟6，將步驟4中得到的時間樣本代入公式3和4，得到終端i相對于終端j的相對時鐘斜率估計值和相對時鐘偏移估計值轉入步驟7：