[發(fā)明專利]一種小衛(wèi)星自組織網(wǎng)絡時間同步方法

有效

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• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN106209289B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 杜長剛;徐偉琳;宋桃桃;毋丹芳;惠蕾放
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種小衛(wèi)星自組織網(wǎng)絡時間同步方法，涉及的小衛(wèi)星系統(tǒng)采用TDMA通信體制，復幀由M個時隙組成，其中M為大于3的整數(shù)，每個復幀頭部起始的3個時隙用于時間同步，第1個時隙收發(fā)同步幀，第2個時隙收發(fā)請求幀，第3個時隙收發(fā)應答幀，后續(xù)時隙用于業(yè)務通信；編隊節(jié)點設計容量Z為大于1的整數(shù)，Z個復幀組成超幀，超幀中的復幀編號為同步時隙號，同步時隙號取值為0,1，…，Z-1，其特征在于步驟如下：

1)小衛(wèi)星節(jié)點初始化及周圍信息收集

小衛(wèi)星時間同步與組網(wǎng)單機開機后，進行初始化操作，同時設置工作狀態(tài)為非同步狀態(tài)；偵聽周圍鄰居小衛(wèi)星節(jié)點信息，偵聽時間長度為2個超幀周期，根據(jù)是否收到同步幀判斷周圍有無同步網(wǎng)絡；若收到同步幀，即周圍存在時間同步網(wǎng)絡，則收集鄰居節(jié)點信息，選取本節(jié)點的上級節(jié)點，進入步驟31)；若沒有同步網(wǎng)絡，進入步驟21)；在判斷是否存在時間同步網(wǎng)絡后，若長時間沒有收到上級節(jié)點廣播的同步幀，則重新進行初始化操作；

2)時間基準節(jié)點選取

21)退避S個超幀周期，其中S為范圍在1～4的隨機整數(shù)，在退避時間內(nèi)，若偵聽信道收到同步幀，設置同步幀發(fā)送節(jié)點為本節(jié)點的上級節(jié)點，進入步驟31)，否則進入步驟22)；

22)啟動時間基準計時器進行計時，并發(fā)送同步幀；若偵聽信道收到請求幀，標記本節(jié)點為時間基準節(jié)點，設置本節(jié)點的同步時隙號為0，本節(jié)點復幀計數(shù)器F為0，為請求幀的發(fā)送節(jié)點分配同步時隙號為1，向請求幀的發(fā)送節(jié)點回傳包含其獲得同步時隙號和本節(jié)點同步時隙號的應答幀，進入步驟51)；若沒有收到請求幀，進入步驟23)；

23)時間基準節(jié)點選取退避次數(shù)計數(shù)器W值加1；若W<5，返回步驟21)；若W≥5，判斷為周圍只有本節(jié)點工作，標記本節(jié)點為時間基準節(jié)點，超幀計數(shù)器清零，進入步驟51)；

3)本節(jié)點同步時隙獲取

31)接收到上級節(jié)點廣播的同步幀后，標識本節(jié)點為非時鐘基準節(jié)點，啟動時間基準計時器進行計時，并立即向上級節(jié)點發(fā)送請求幀，記錄請求幀發(fā)送時刻時間基準計時器值t1；若在一個時隙周期內(nèi)收到上級節(jié)點回傳的應答幀，記錄應答幀接收時刻時間基準計時器值t2，提取分配的同步時隙號和上級節(jié)點同步時隙號，設置本節(jié)點復幀計數(shù)器F為上級節(jié)點同步時隙號，標記本節(jié)點工作狀態(tài)為同步狀態(tài)，利用t2-t1差值的1/2作為估計鏈路延遲值，將時間基準計時器值減去估計鏈路延遲值，完成對時間基準計時器的同步處理，超幀計數(shù)器清零，進入步驟4A1)；若在一個時隙周期內(nèi)沒有收到上級節(jié)點回傳的應答幀幀，進入步驟32)；

32)退避T個超幀周期，其中T為范圍在1～6的隨機整數(shù)，退避結束后，若接收到上級節(jié)點廣播的同步幀，返回步驟31)，若未接收到上級節(jié)點廣播的同步幀，節(jié)點入網(wǎng)退避次數(shù)計數(shù)器N值加1，進入步驟33)；

33)判斷N的值，當N≥5時，返回步驟1)，否則返回步驟32)；

4)本節(jié)點同步時隙處理

本節(jié)點同步時隙處理分為時間基準節(jié)點處理流程和非時鐘基準節(jié)點處理流程；

非時間基準節(jié)點處理具體流程如下：

4A1)等待當前復幀時間結束，若復幀計數(shù)器F為上級節(jié)點同步時隙號，進入步驟61)；若復幀計數(shù)器F為本節(jié)點同步時隙號，進入步驟4A2)；若復幀計數(shù)器F既不為上級節(jié)點同步時隙號，也不為本節(jié)點同步時隙號，進入步驟51)；

4A2)若超幀計數(shù)器值為0～15的隨機數(shù)整數(shù)C時，更新隨機數(shù)C并將超幀計數(shù)器值加1，若入退網(wǎng)信息發(fā)送退避計數(shù)器L大于0，L值減1，復幀計數(shù)器F加1，進入步驟4A3)；否則，將超幀計數(shù)器值加1，復幀計數(shù)器F加1，并廣播本節(jié)點同步幀，進入步驟4A4)；

4A3)若收到同步幀，提取同步幀中時間基準節(jié)點標識值小于本節(jié)點時間基準標識值的同步幀，節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值加1；若G大于5，返回步驟1)，否則進入步驟4A4)；

4A4)鏈路延時每4個超幀周期更新一次，當超幀計數(shù)器的值不為4的倍數(shù)時，進入步驟4A5)；當超幀計數(shù)器的值為4的倍數(shù)時，向上級節(jié)點發(fā)送請求幀，記錄請求幀發(fā)送時刻時間基準計時器值t11；若在一個時隙周期內(nèi)收到上級節(jié)點回傳的應答幀，記錄應答幀接收時刻時間基準計時器值t12，利用t12–t11差值的1/2作為新估計鏈路延遲值，用本次的新估計鏈路延遲值減去上次的估計鏈路延遲值，得到的差值加上時間基準計時器值，完成對時間基準計時器的修正，然后返回步驟4A1)；若在一個時隙周期內(nèi)沒有收到上級節(jié)點回傳的應答幀幀，返回步驟4A1)；

4A5)偵聽信道，若接收到下級節(jié)點含入網(wǎng)信息的請求幀，進入步驟4A6)；若接收到下級節(jié)點含退網(wǎng)信息的請求幀，進入步驟4A7)；若收到同步幀，提取同步幀中時間基準節(jié)點標識值小于本節(jié)點時間基準標識值的同步幀，節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值加1；返回步驟4A1)；若在2個時隙內(nèi)，沒有收到與本節(jié)點相關的發(fā)數(shù)據(jù)幀，返回步驟4A1)；

4A6)查找是否已獲得該入網(wǎng)節(jié)點的同步時隙號，若獲得該入網(wǎng)節(jié)點的同步時隙號，向請求幀發(fā)送節(jié)點回傳該入網(wǎng)節(jié)點同步時隙號的應答幀，清除待入網(wǎng)標識值記錄，返回步驟4A1)；否則記錄該入網(wǎng)節(jié)點標識值為待入網(wǎng)節(jié)點，不回傳應答幀，返回步驟4A1)；

4A7)記錄該退網(wǎng)節(jié)點標識值為待退網(wǎng)節(jié)點，向請求幀發(fā)送節(jié)點回傳應答幀，返回步驟4A1)；

時間基準節(jié)點處理具體流程如下：

4B1)等待當前復幀時間結束，若復幀計數(shù)器F為本節(jié)點同步時隙號，進入步驟4B2)；若復幀計數(shù)器F不為本節(jié)點同步時隙號，進入步驟51)；

4B2)若超幀計數(shù)器值為在0～15的隨機數(shù)整數(shù)C時，更新隨機數(shù)C并將超幀計數(shù)器值加1，復幀計數(shù)器F加1，進入步驟4B3)；否則，將超幀計數(shù)器值加1，復幀計數(shù)器F加1，并廣播本節(jié)點同步幀，進入步驟4B4)；

4B3)若收到同步幀，提取同步幀中時間基準節(jié)點標識值小于本節(jié)點時間基準標識值的同步幀，節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值加1；若G大于5，進入步驟1，否則進入步驟4B4)；

4B4)偵聽信道，若接收到下級節(jié)點含入網(wǎng)信息的請求幀，進入步驟4B5)；若接收到下級節(jié)點含退網(wǎng)信息的請求幀，進入步驟4B6)；若收到同步幀，提取同步幀中時間基準節(jié)點標識值小于本節(jié)點時間基準標識值的同步幀，節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值加1，進入步驟4B1)；若在2個時隙內(nèi)，沒有收到與本節(jié)點相關的發(fā)數(shù)據(jù)幀，返回步驟4B1)；

4B5)向該入網(wǎng)節(jié)點分配同步時隙號，若向請求幀發(fā)送節(jié)點回傳該入網(wǎng)節(jié)點同步時隙號的應答幀，返回步驟4B1)；

4B6)記錄該退網(wǎng)節(jié)點對應的同步時隙號標記為未分配同步時隙號，向請求幀發(fā)送節(jié)點回傳應答幀，返回步驟4B1)；

5)對下級節(jié)點同步管理

51)判斷復幀計數(shù)器F對應的同步時隙號節(jié)點是否為本節(jié)點相鄰的下級節(jié)點，若是本節(jié)點相鄰的下級節(jié)點，進入步驟52)；若不是本節(jié)點相鄰的下級節(jié)點，復幀計數(shù)器F加1，進入步驟55)；

52)復幀計數(shù)器F加1，若接收到該下級節(jié)點發(fā)送的同步幀，進入步驟53)；若收到其他節(jié)點發(fā)送的同步幀，提取同步幀中時間基準節(jié)點標識值小于本節(jié)點時間基準標識值的同步幀，節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值加1，進入步驟54)；若沒有收到數(shù)據(jù)幀，直接進入步驟54)；

53)設置該下級節(jié)點對應的同步丟失計數(shù)器為零，若接收到該下級節(jié)點發(fā)送的請求幀，立即回傳應答幀后進入步驟55)；

54)沒有接收到該下級節(jié)點發(fā)送的同步幀，該下級節(jié)點對應的同步丟失計數(shù)器值加1，若該下級節(jié)點對應的同步丟失計數(shù)器大于3，標記為待退網(wǎng)節(jié)點，進入步驟55)；

55)非時間基準節(jié)點進入步驟4A1)，時間基準節(jié)點進入步驟4B1)；

6)與上級節(jié)點的同步維護

61)若沒有收到上級節(jié)點發(fā)送的同步幀，上級節(jié)點同步丟失計數(shù)器K值加1，進入步驟62)；若收到上級節(jié)點發(fā)送的同步幀，上級節(jié)點同步丟失計數(shù)器K值為0，進入步驟63)；若收到其他節(jié)點發(fā)送的同步幀，提取同步幀中時間基準節(jié)點標識值小于本節(jié)點時間基準標識值的同步幀，節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值加1，上級節(jié)點同步丟失計數(shù)器K值加1，進入步驟62)；

62)若上級節(jié)點同步丟失計數(shù)器K值大于4，判斷為上級節(jié)點異常，返回步驟1)，若K不大于4，進入步驟63)；

63)若待入網(wǎng)節(jié)點標識值記錄非空，入退網(wǎng)信息發(fā)送退避計數(shù)器L值為0，進入步驟64)；若待退網(wǎng)節(jié)點標識值記錄非空，且入退網(wǎng)信息發(fā)送退避計數(shù)器L為0，進入步驟65)；其他情況，直接進入步驟4A1)；

64)向上級節(jié)點發(fā)送含入網(wǎng)節(jié)點標識值記錄的請求幀，若在一個時隙內(nèi)收到上級節(jié)點回傳的應答幀，提取并記錄分配的同步時隙號，進入步驟4A1)；若在一個時隙內(nèi)沒有收到上級節(jié)點回傳的應答幀，更新入退網(wǎng)信息發(fā)送退避計數(shù)器L為范圍為1～4的隨機整數(shù)，進入步驟4A1)；

65)向上級節(jié)點發(fā)送含退網(wǎng)節(jié)點標識值記錄的請求幀，若在一個時隙內(nèi)收到上級節(jié)點回傳的應答幀，清除待退網(wǎng)標識值記錄，進入步驟4A1)；若在一個時隙內(nèi)沒有收到上級節(jié)點回傳的應答幀，更新入退網(wǎng)信息發(fā)送退避計數(shù)器L為范圍為1～4的隨機整數(shù)，進入步驟4A1)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種小衛(wèi)星自組織網(wǎng)絡時間同步方法，其特征在于：所述步驟1)中初始化操作包括：(a)初始化時間基準節(jié)點選取退避次數(shù)計數(shù)器W值為整數(shù)0；(b)初始化節(jié)點入網(wǎng)退避次數(shù)計數(shù)器N值為整數(shù)0；(c)初始化節(jié)點更換時間基準計數(shù)器G值為整數(shù)0；(d)初始化上級節(jié)點同步丟失計數(shù)器K值為整數(shù)0；(e)初始化Z個下級節(jié)點對應的同步丟失計數(shù)器值為0；(e)初始化入退網(wǎng)信息發(fā)送退避計數(shù)器L值為0。