[發(fā)明專利]一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)無外時(shí)鐘網(wǎng)同步算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710683526.8
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN107548147B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋留斌;楊競舟;張暘;陸杰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京微平衡信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H04W56/00
• 分類號(hào): H04W56/00;H04W84/18;H04J3/06
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發(fā)明提供一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)無外時(shí)鐘網(wǎng)同步算法，包括以下三個(gè)階段：同步獲取階段，在剛開機(jī)或同步失敗后，節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中已同步節(jié)點(diǎn)交互信息；同步保持階段，在獲得精確時(shí)間信息后，為了避免時(shí)鐘飄移帶來的同步失敗問題，節(jié)點(diǎn)需要定期與高同步優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)交互信息，以獲得時(shí)鐘飄移值，從而保證節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間值差別小、同步精度高；網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)整階段，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些個(gè)節(jié)點(diǎn)同步失敗或在同步獲取階段形成了多個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)，即為了避免出現(xiàn)多個(gè)同步時(shí)鐘源，需要使得一些節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行同步獲取。本發(fā)明無須提前預(yù)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)且網(wǎng)絡(luò)碰撞概率低，可獲得高精度同步時(shí)間信息；此外，能夠消除網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)同步時(shí)鐘源的情況，快速同步到同一時(shí)鐘源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線自組織網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)無外時(shí)鐘網(wǎng)同步算法。

背景技術(shù)

在基于TDMA無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步就是使不同設(shè)備的時(shí)間精確對齊，使分布式系統(tǒng)能夠按照劃分的TDMA時(shí)隙工作。因此，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步 (以下簡稱網(wǎng)同步)是基于TDMA無線自組織網(wǎng)絡(luò)能夠良好地協(xié)同工作的基礎(chǔ)。獲得網(wǎng)同步的最直接辦法就是利用外部時(shí)鐘源，一般的外時(shí)鐘信號(hào)大多為全球定位系統(tǒng)(GPS)。但是，在很多應(yīng)用環(huán)境中，受到價(jià)格、功耗、環(huán)境和安全性等因素的考慮，并不能保證GPS是可用的，因此沒有這樣一個(gè)能夠廣播時(shí)間消息的外時(shí)間源。另一方面，由于網(wǎng)絡(luò)的無中心特征，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架本身也不存在一個(gè)確知的可以給其他節(jié)點(diǎn)提供時(shí)鐘的中心節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的同步只能依賴于互相同步(即網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)選擇算法選定的某個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘精確對齊)。這就需要同步的系統(tǒng)自身主動(dòng)建立一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，系統(tǒng)內(nèi)各用戶都同步于這個(gè)建立的內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)間，在系統(tǒng)時(shí)間建立過程中各個(gè)分布系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)都要主動(dòng)或被動(dòng)的參與時(shí)間的建立。這就是本發(fā)明所要設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法的應(yīng)用背景。

本發(fā)明所應(yīng)用的背景模型為無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，針對該系統(tǒng)的時(shí)間同步算法已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，主要的專利有：

中國專利201310375545.6中披露了“一種自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步的方法”，該發(fā)明中提出一種無線自組織網(wǎng)中網(wǎng)元間時(shí)間同步的方法，節(jié)點(diǎn)之間相互發(fā)送同步時(shí)標(biāo)，當(dāng)來收到高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)發(fā)送的同步時(shí)標(biāo)，則更新本節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息。中國專利200410073329.7中披露了一種“移動(dòng)無線自組織網(wǎng)絡(luò)的互同步方法”，該發(fā)明中通過網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點(diǎn)之間相互交互各自的時(shí)間基準(zhǔn)，從而完成網(wǎng)絡(luò)同步過程。然而上述兩個(gè)發(fā)明未考慮信號(hào)傳播時(shí)延對同步精度的影響，當(dāng)時(shí)隙長度很短時(shí)(例如時(shí)隙長度設(shè)定為1ms)，傳輸距離為30 公里時(shí)，傳輸時(shí)延為0.1ms，該傳輸時(shí)延相對于時(shí)隙長度已經(jīng)很大了，必須消除其對通信的影響，否則可能造成通信的中斷。

中國專利201510106248.0中披露了“一種無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)同步方法”，該發(fā)明采用一種長的復(fù)幀和短的基本幀互相配合的方法在網(wǎng)絡(luò)中精確地傳遞時(shí)間，到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。中國專利201610055416.2中披露了“一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)同步方法”，在該發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)間通過發(fā)送輪詢信號(hào)，來調(diào)整各自的基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)原點(diǎn)，因此這種方法，不需中心站點(diǎn)和GPS信號(hào)，就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的同步工作。然而上述兩個(gè)專利沒有考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘飄移對同步性能的影響，因此時(shí)鐘飄移對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步性能有很大的影響：當(dāng)時(shí)鐘飄移嚴(yán)重且時(shí)隙長度短時(shí)，需要加快節(jié)點(diǎn)之間的同步更新速度，避免出現(xiàn)同步失敗；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘精度高且時(shí)隙長度較長時(shí)，可降低同步更新速度，從而減小網(wǎng)絡(luò)開銷。

中國專利201210101880.2中披露了“一種分級分簇?zé)o線自組織網(wǎng)絡(luò)的分布式時(shí)鐘同步方法”，該發(fā)明中，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)分成很多個(gè)簇，定義為二級網(wǎng)絡(luò)，而這些簇頭又組成一新的簇，定義為一級網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)簇中，簇成員向簇頭同步，這樣自下而下完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)同步。然而該發(fā)明不涉及簇重新選舉方法，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)簇頭與本簇中所有節(jié)點(diǎn)同步失敗后，需要所有簇成員與簇頭節(jié)點(diǎn)重新同步，因此該發(fā)明的同步方法會(huì)造成同步時(shí)間過長。