[發明專利]一種無線自組織網絡無外時鐘網同步算法

有效

• 申請號: 201710683526.8
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107548147B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 宋留斌;楊競舟;張暘;陸杰
• 申請（專利權）人: 南京微平衡信息科技有限公司
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W84/18;H04J3/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種無線自組織網絡無外時鐘網同步方法，其特征在于，分為同步獲取、同步保持和網絡同步調整三個階段；

同步獲取階段：在剛開機或同步失敗后，節點與網絡中已同步節點交互信息，從而獲取精確時間信息，進而按照TDMA幀結構開始工作；

同步保持階段：在獲得精確時間信息后，為了避免時鐘飄移帶來的同步失敗問題，節點定期與高同步優先級節點交互信息，以獲得時鐘飄移值，從而保證節點間的時間值差別小、同步精度高；

網絡同步調整階段：當網絡中某些個節點同步失敗或在同步獲取階段形成了多個同步網絡時，為了避免出現多個同步時鐘源，一些節點重新進行同步獲取，使網絡中所有節點盡快同步到同一個時間源上；

具體的，所述的同步獲取階段，節點會定期發送同步廣播包，當收到其他節點發送的同步廣播包時，判斷是否滿足與其時間同步的條件：若滿足，則與該節點通過三次數據交互過程，獲得精確時間信息以及同步保持階段收發數據順序；否則丟棄收到的同步廣播包；

具體包括以下步驟：

步驟101，對于剛開機或同步失敗后的節點，首先會產生一個隨機數，然后會在秒后對外發送同步廣播包，該同步廣播包包含本節點編號，自己的時鐘信息,同步網絡編號,同步網絡生存時間，同步優先級，該同步網絡中包含的節點數目，以及直接或間接與節點同步的節點數目，而對于已同步節點會定期發送同步廣播包；

步驟102，當節點收到廣播包后，若發送節點為已同步節點或為未同步節點且同步網絡生存時間比自己的長，則與該發送節點同步時間信息，否則直接丟棄該廣播包，若滿足上述時間同步條件，則解析發送節點的廣播內容，獲得包含傳輸時延的網絡時間信息，將未同步節點定義為粗同步節點，為了消除傳輸時延，粗同步節點向節點發送傳輸時延測量請求包，該數據包包含本節點，同步優先級，發送時間t1；

步驟103，當節點收到節點發送的傳輸時延測量請求包時，記錄接收時間t2，產生測量請求反饋包發送給節點，該測量請求反饋包包含發送節點，目的節點，傳輸時延測量請求包的發送和接收時間t1和t2以及測量請求反饋包的發送時間t3；當節點為未同步節點時，在發送測量請求反饋包前還需將自己的同步優先級調整為0；

步驟104，節點收到節點發送的測量請求反饋包時，記錄接收時間t4，并解析數據包獲取其它三個時間值，通過這四個時間值計算出節點與節點之間的傳輸時延，計算公式為

然后將減去傳輸時延獲得精確的時鐘信息，同時將節點的同步優先級定為，屬于的同步網絡編號設定為，并在后續的工作中自動更新同步網絡生存時間，所述自動更新同步網絡生存時間即將步驟102收到的值加上收到該信息后所經歷的時間；

當節點在發送傳輸時延測量請求包后的秒內未收到節點發送的測量請求反饋包，則節點重新發送傳輸時延測量請求包；

若向某一同步節點重復發送三次傳輸時延測量請求包后并未收到反饋信息，則放棄與該同步進行同步獲取過程，清除其發送同步廣播包的信息，繼續接收其它節點進行同步時間獲取過程；

同步節點定期與其上級同步節點周期性交互一次信息，以避免由時鐘飄移造成節點間同步失敗；在節點完成時間同步過程后，每隔秒發送一次同步廣播包進行同步保持，其中為每次發送前隨機產生的偏移量，用于降低節點間的碰撞，而值的選取需要考慮節點時鐘精度和時隙長度這兩方面因素；

在同步保持階段，具體步驟如下：

步驟201，節點按照設定的時間發送同步廣播包；

步驟202，在收到上級同步節點發送的數據包后，節點記錄數據包接收時間，結合數據包內的發送時間計算出時間調整值，然后將同步節點的時間信息值減去時間調整值，獲得更新后的時間信息；

步驟203，在收到同步節點發送的數據包后，若發送節點為已同步節點，則上級同步節點記錄該發送節點的信息，用于計算直接或間接與本節點同步的節點數目，若發送節點為未同步節點，且發送的是發送傳輸時延測量請求包，則按照步驟103所述，負責該發送節點完成傳輸時延測量過程；

對于網絡中某些個節點同步失敗或在同步獲取階段形成了多個同步網絡，通過和這兩個值，判斷哪些節點需要重新進行同步獲取階段，從而實現網絡快速同步到同一時鐘信息上，具體包括以下步驟：

步驟301，當節點與其上級同步節點同步失敗后，節點會將直接或間接與節點同步的節點重新定義為一個新的網絡，同步網絡編號，同步網絡生存時間從零開始計數，該同步網絡中包含的節點數目，節點迅速通知其上級節點更新包含的節點數目；

步驟302，當某同步網絡優先級最高的節點收到其他同步網絡節點發送的同步廣播包后，獲取數據包中的NW_IDD，TT_NWIDD和值：

若 時，節點通知網絡NW_IDC的所有節點調整為未同步狀態，與網絡NW_IDD的節點完成同步獲取過程；

若 時，同步網絡生存時間短的網絡，將其所有節點調整為未同步狀態，與另一個網絡的節點完成同步獲取過程，當兩個同步網絡生存時間相同，則隨機將一個網絡中的節點置為未同步狀態；

若 時，節點ID_D通知網絡NW_IDD的所有節點調整為未同步狀態，與網絡NW_IDC的節點完成同步獲取過程。