[發(fā)明專利]一種基于波束成形天線的時(shí)間同步方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710083703.9
• 申請(qǐng)日: 2017-02-16
• 公開（公告）號(hào): CN106972905A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁良輝;葉天源;程友祥;田龍;王停;朱永虎;詹浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H04J3/06
• 分類號(hào): H04J3/06;H04W40/02;H04W56/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 應(yīng)小波

1.一種基于波束成形天線的時(shí)間同步方法，其特征在于，該方法包括：

根節(jié)點(diǎn)選舉階段，系統(tǒng)選擇連接性最大節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點(diǎn)；

同步階段，根節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)成對(duì)同步，同步后再作為參考節(jié)點(diǎn)向外傳播同步信息，最終達(dá)到全網(wǎng)同步；

該方法具體包括以下步驟：

步驟A：根節(jié)點(diǎn)選舉階段，選舉階段分為全向發(fā)現(xiàn)與定向選舉兩個(gè)子過程，全向發(fā)現(xiàn)階段波束成形天線工作在全向模式，此時(shí)天線間通過DOA估計(jì)得到鄰居節(jié)點(diǎn)方向信息；定向選舉過程天線工作在定向模式，節(jié)點(diǎn)通過全向階段獲得的鄰居節(jié)點(diǎn)方向信息完成網(wǎng)絡(luò)選舉流程，將選舉度最大的節(jié)點(diǎn)作為時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)，并構(gòu)建以參考節(jié)點(diǎn)為根的生成樹層級(jí)網(wǎng)絡(luò)；

步驟B：精同步階段，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)，并成功構(gòu)建以時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)為根的層級(jí)網(wǎng)絡(luò)，在此階段中，時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)，待同步節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，待同步節(jié)點(diǎn)按照生成樹層級(jí)與時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)通信，與時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)完成同步的節(jié)點(diǎn)也作為時(shí)間參考節(jié)點(diǎn)向外傳播時(shí)間信息，最終完成全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步；

所述的步驟A具體包括以下子步驟：

步驟A1：全向發(fā)現(xiàn)過程，開始時(shí)，節(jié)點(diǎn)的天線設(shè)置成全向狀態(tài)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都在一段時(shí)間內(nèi)保持接收模式，接收模式結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)廣播一次訓(xùn)練序列；此后節(jié)點(diǎn)繼續(xù)在一段時(shí)間內(nèi)保持接收模式，不斷重復(fù)此過程；節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送接收訓(xùn)練序列發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)方向，若節(jié)點(diǎn)收到訓(xùn)練序列，其估計(jì)訓(xùn)練序列接收方向并從鄰居節(jié)點(diǎn)方向信息表中檢測(cè)該方向是否已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，若是之前沒有出現(xiàn)過的方向，節(jié)點(diǎn)更新方向信息表添加該方向信息；若該節(jié)點(diǎn)方向已經(jīng)出現(xiàn)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)不會(huì)重復(fù)更新方向信息；經(jīng)過這一過程節(jié)點(diǎn)不斷刷新鄰居方向信息表，并得知天線來波方向進(jìn)而獲得鄰居節(jié)點(diǎn)位置信息；

步驟A2：定向發(fā)現(xiàn)過程，初始狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)都是異步并且無狀態(tài)的，在每個(gè)周期開始時(shí)，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇收發(fā)模式，處于發(fā)送模式的節(jié)點(diǎn)在周期內(nèi)會(huì)朝著一個(gè)方向持續(xù)發(fā)送選舉數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包含發(fā)送節(jié)點(diǎn)ID與時(shí)間戳信息，發(fā)送節(jié)點(diǎn)本地保存的頭節(jié)點(diǎn)信息與該頭節(jié)點(diǎn)的度數(shù)，以及發(fā)送節(jié)點(diǎn)還有R值，其中R表示本周期內(nèi)發(fā)送節(jié)點(diǎn)還有R個(gè)時(shí)隙進(jìn)入接收時(shí)隙；

接收節(jié)點(diǎn)接收選舉數(shù)據(jù)包后，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)進(jìn)入接收時(shí)隙后快速回復(fù)應(yīng)答數(shù)據(jù)包，該應(yīng)答數(shù)據(jù)包包含根節(jié)點(diǎn)選舉信息，時(shí)間戳信息以及節(jié)點(diǎn)層級(jí)信息；

定向選舉過程需要完成根節(jié)點(diǎn)選舉，生成樹層級(jí)構(gòu)建以及節(jié)點(diǎn)粗同步三個(gè)過程，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本地存儲(chǔ)其所知的根節(jié)點(diǎn)ID，根節(jié)點(diǎn)度數(shù)及上一層級(jí)節(jié)點(diǎn)方向；接收節(jié)點(diǎn)接收并解析選舉數(shù)據(jù)包，若其本地根節(jié)點(diǎn)度數(shù)小于數(shù)據(jù)包中根節(jié)點(diǎn)度數(shù)，則更新接收節(jié)點(diǎn)本地根節(jié)點(diǎn)ID與度數(shù)；若兩者度數(shù)相同則選擇ID更小的為根節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)更新根節(jié)點(diǎn)信息同時(shí)修改接收節(jié)點(diǎn)所在層級(jí)，即為發(fā)送節(jié)點(diǎn)層級(jí)加1，并設(shè)置發(fā)送節(jié)點(diǎn)為上一層級(jí)節(jié)點(diǎn)記錄其方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波束成形天線的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述的上一層級(jí)節(jié)點(diǎn)方向默認(rèn)為鄰居信息表中隨機(jī)方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波束成形天線的時(shí)間同步方法，其特征在于，為了保證選舉數(shù)據(jù)包與應(yīng)答數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度相同，增加保留字段，用于傳輸擴(kuò)展信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波束成形天線的時(shí)間同步方法，其特征在于，若選舉數(shù)據(jù)包中時(shí)鐘信息快于本地時(shí)鐘則更新本地時(shí)鐘信息。