[發(fā)明專利]一種基于波束成形天線的時間同步方法

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

本發(fā)明涉及一種基于波束成形天線的時間同步方法，該方法包括：根節(jié)點選舉階段，系統(tǒng)選擇連接性最大節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點；同步階段，根節(jié)點的鄰居節(jié)點與根節(jié)點成對同步，同步后再作為參考節(jié)點向外傳播同步信息，最終達(dá)到全網(wǎng)同步。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以高效解決波束成形天線網(wǎng)絡(luò)的時間同步問題，解決了波束成形天線多跳網(wǎng)絡(luò)時間同步問題，提升同步穩(wěn)定性，同時降低了通信開銷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于波束成形天線的時間同步方法。

背景技術(shù)

伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，人們對于無線通信技術(shù)的依賴逐漸增加，為了保障通信可靠性以及提供更好的用戶體驗，無線通信技術(shù)研究現(xiàn)階段的主要發(fā)力點是保障無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能以及優(yōu)化適應(yīng)移動互聯(lián)通信等方面，從而使通信技術(shù)為人類提供更便捷的服務(wù)。

傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)大部分都是依賴中心基站的網(wǎng)絡(luò)，GSM、3G到4G的不斷更新迭代，它們都有中心基站，需要在預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施基礎(chǔ)上才可正常運行。相比較基于中心基礎(chǔ)設(shè)施的移動通信網(wǎng)絡(luò)，分布式無線網(wǎng)絡(luò)是由一系列地位平等的移動節(jié)點構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)，具有更高的便捷性。集中式無線網(wǎng)絡(luò)在一些環(huán)境下不能隨時隨地滿足用戶獲取信息的需求，如復(fù)雜環(huán)境下運動物體情況監(jiān)測，戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)，以及大規(guī)模自然災(zāi)害后的救援和緊急服務(wù)等，而分布式網(wǎng)絡(luò)可以在這些場景中給予補充，因此分布式網(wǎng)絡(luò)日益頻繁的出現(xiàn)在實際應(yīng)用中。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種無中心節(jié)點的分布式多跳網(wǎng)絡(luò)，具有較強的抗毀性，魯棒性以及快速建立起一個無需中心基礎(chǔ)設(shè)施的移動通信網(wǎng)絡(luò)的能力，極大的擴展了無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域。

天線在無線網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)節(jié)點通信與信息傳播，對網(wǎng)絡(luò)通信的性能有著極大的影響。無線通信主要依靠電磁波在自由空間傳播，而信道環(huán)境復(fù)雜，多徑效應(yīng)等問題會制約通信質(zhì)量，傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)都配備全向天線或定向天線，網(wǎng)絡(luò)性能易受到影響。經(jīng)過天線技術(shù)不斷發(fā)展，波束成形天線作為一種強大的智能天線，具有截獲率低，抗干擾能力強，空分復(fù)用等方面的優(yōu)勢，將其與無線分布式網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合可以提高網(wǎng)絡(luò)性能。但波束成形天線帶來性能提升的同時，也對網(wǎng)絡(luò)同步，MAC層協(xié)議設(shè)計等方面造成了困難。

由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)常常應(yīng)用于軍事場景中，在某些情況下可能并不適合使用GPS等設(shè)備完成節(jié)點的定位與同步，但是一些Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用又亟需網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點時間基準(zhǔn)相同或者時隙對齊。其次波束成形天線波束集中的特點也對分布式節(jié)點之間異步通信造成困難，因此設(shè)計一種解決配備波束成形天線的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時間同步問題的算法是富有挑戰(zhàn)的。目前，雖然對于時間同步算法的研究非常多，但是并未有一種針對于波束成形天線的無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的成熟的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于波束成形天線的時間同步方法，解決了將波束成形天線引入到Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的通信問題，利用波束成形天線的優(yōu)勢完成網(wǎng)絡(luò)時間同步與動態(tài)拓?fù)湎碌木S護問題，從而使配備波束成形天線的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在實際場景中擁有良好的性能。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于波束成形天線的時間同步方法，該方法包括：

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

同步階段，根節(jié)點的鄰居節(jié)點與根節(jié)點成對同步，同步后再作為參考節(jié)點向外傳播同步信息，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)點選舉階段，選舉階段分為全向發(fā)現(xiàn)與定向選舉兩個子過程，全向發(fā)現(xiàn)階段波束成形天線工作在全向模式，此時天線間通過DOA估計得到鄰居節(jié)點方向信息；定向選舉過程天線工作在定向模式，節(jié)點通過全向階段獲得的鄰居節(jié)點方向信息完成網(wǎng)絡(luò)選舉流程，將選舉度最大的節(jié)點作為時間參考節(jié)點，并構(gòu)建以參考節(jié)點為根的生成樹層級網(wǎng)絡(luò)；