[發(fā)明專利]基于定時響應(yīng)的工業(yè)無線傳感網(wǎng)時鐘頻率偏移估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910049042.7
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109936519B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王恒;鐘楊;余斐
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04J3/06;H04L1/16;H04W52/02;H04W56/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于定時響應(yīng)的工業(yè)無線傳感網(wǎng)時鐘頻率偏移估計(jì)方法，其特征在于，在無線傳感網(wǎng)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任意待同步節(jié)點(diǎn)S需要與參考節(jié)點(diǎn)R實(shí)現(xiàn)同步時，節(jié)點(diǎn)間利用單向數(shù)據(jù)包+ACK的通信方式進(jìn)行雙向通信，時間同步參數(shù)的估計(jì)無需依賴交互諸多的時間戳信息，由于無需時間戳交換，因此同步功能能嵌入到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)交互過程中，參考節(jié)點(diǎn)R在接收到待同步節(jié)點(diǎn)S發(fā)送的數(shù)據(jù)包消息后，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包序列號Seq，采用相應(yīng)規(guī)則，使得定時響應(yīng)時間間隔出現(xiàn)兩個或兩個以上的不同值，該方法具體包括以下步驟：

S1：時鐘頻率偏移的估計(jì)伴隨著節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包收發(fā)進(jìn)行，假設(shè)待同步節(jié)點(diǎn)S在其本地時間時刻，向參考節(jié)點(diǎn)R發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，并記錄發(fā)送時刻

S2：參考節(jié)點(diǎn)R和待同步節(jié)點(diǎn)S的晶振具有不同的頻率，若f_R表示參考節(jié)點(diǎn)R的晶振頻率，而f_S代表待同步節(jié)點(diǎn)S的晶振頻率，參考節(jié)點(diǎn)R在接收到待同步節(jié)點(diǎn)S發(fā)送的數(shù)據(jù)包時，記錄其本地時間受數(shù)據(jù)包傳輸過程的固定時延d₁和上行隨機(jī)時延X_i影響，則有

其中，表示待同步節(jié)點(diǎn)S相對于參考節(jié)點(diǎn)R的時鐘頻率偏移，表示t₀時刻的初始時鐘相位偏移，X_i表示上行隨機(jī)時延，服從獨(dú)立同分布的高斯變量，d₁表示數(shù)據(jù)包傳輸過程的固定時延；

參考節(jié)點(diǎn)R在定時響應(yīng)間隔時間w_i后回復(fù)一個ACK消息給待同步節(jié)點(diǎn)S，同時記錄下返回ACK消息的本地時間定時響應(yīng)時間間隔w_i的大小由參考節(jié)點(diǎn)R每周期接收到的數(shù)據(jù)包序列號與定時響應(yīng)的相應(yīng)規(guī)則求得；

S3：待同步節(jié)點(diǎn)S在接收到參考節(jié)點(diǎn)R的ACK消息時，記錄其本地時間假設(shè)ACK消息在傳輸過程的固定時延d₂等于數(shù)據(jù)包傳輸過程的固定時延d₁減去一個常數(shù)值m，即d₂＝d₁-m；同理，受傳輸過程的固定時延d₂和下行鏈路隨機(jī)時延Y_i影響，則有時間戳關(guān)系表達(dá)式：

其中，Y_i是下行鏈路隨機(jī)時延，服從獨(dú)立同分布的高斯變量；

S4：重復(fù)上述步驟S1～S3，若取利用矩陣存入時間戳以及參考節(jié)點(diǎn)R的不同定時響應(yīng)間隔時間w_i，則N個周期后，能夠估計(jì)出時鐘同步參數(shù)，其中i＝1,…,N：時鐘頻率偏移α和數(shù)據(jù)包傳播過程的固定時延d₁，公式如下：

其中，是時鐘頻率偏移的估計(jì)量，是數(shù)據(jù)包傳輸過程的固定時延估計(jì)量，Z_i＝X_i+Y_i為隨機(jī)變量，它服從數(shù)學(xué)期望為0、方差為σ²的高斯分布；

步驟S2中，所述的定時響應(yīng)時間間隔w_i的大小，由相應(yīng)規(guī)則，得到兩個或兩個以上的不同值；當(dāng)參考節(jié)點(diǎn)R每周期接收到的數(shù)據(jù)包序列號Seq對i取模，且i≥2時，相應(yīng)的規(guī)則為：

當(dāng)序列號Seq％i＝0時，返回ACK的定時響應(yīng)時間間隔為w’₁；

當(dāng)序列號Seq％i＝1時，返回ACK的定時響應(yīng)時間間隔為w’₂；

當(dāng)序列號Seq％i＝2時，返回ACK的定時響應(yīng)時間間隔為w’₃；

…；

當(dāng)序列號Seq％i＝i-2時，返回ACK的定時響應(yīng)時間間隔為w’_i-1；

當(dāng)序列號Seq％i＝i-1時，返回ACK的定時響應(yīng)時間間隔為w’_i。