用于无线自组网的时间同步方法及装置的制造方法_3

文档序号:9601356阅读:来源:国知局
传播时延,②为第一节点对发送第一同步消息的其他节点的补偿时间,A1\为增加补 偿时间时的调整步径,A1~2为减小补偿时间时的调整步径,且ΔΤΑΔΤρ
[0083] 随着网络状态的改变,时延估计值在越来越趋近精确值的过程中,补偿值也在随 着变化,动态更新。初始时,补偿列表的值都为0,每次接收信号,调整相位的同时,也在更新 着列表。ΔΤ2为把最大传播时延分割成的最小时间片段,这一值的选取会影响收敛 的速度和精度。由上述公式可以看出,AT越小,最终所得到的补偿时间就越精确,达到的 补偿精度也就越高。AT越大,不需要很多次的迭代更新,补偿时间就可以很接近理论值,调 整速度明显更快。实际中,如果对于同步精度要求非常高,而对于达到收敛的时间没有严格 要求,则我们可以对最大传播时延进行更小的分割,即AT设置的更小。如果需要快速达到 同步状态,而对精度的要求相对较低一点,则可以将补偿步径设置得稍微大一点。
[0084] 在本实施例中,训练序列的引入是为了计算两节点之间的传播时延。在无线自组 网构建时,可以为网络中每个节点都设置自己独立的训练序列,其随时间变化。网络中每个 节点都会在自己本地维持所有节点的训练序列,当收到来自邻节点的同步信号时,根据身 份标识信号可以确定信号来自哪个节点,找到本地维持的该节点的训练序列与接收信号中 提取出来的同步序列进行相关操作,如果时延为〇,此时两个序列应该是一样的,相关后其 频域峰值会在〇的位置,但因为时延,它们已经不同了,此时峰值会偏离〇位置,偏离量即可 换算成时延。因此,第一节点接收到其它节点的同步信号时,可以通过本地维持的训练序列 与接收到的信号中提取出来的训练序列做相关运算,根据相关运算后出现的峰值偏移量, 可估算出信号在空中经历的传播时间Tpro。在接收端同步过程中,由于网络处于非同步状 态,即所有节点的时隙尚未完全对齐,通过训练序列计算出的传播时延可能只是一个大概 的估算值。随着同步过程的继续,节点之间越来越接近完全同步,这个值也就会越来越趋近 于实际精确值。
[0085] 可以理解,当第一节点根据第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时,其可以 控制相位继续线性增长。并且在此期间,可以继续执行监听是否接收到来自其它节点的第 一同步信号的步骤。
[0086] 步骤103,控制相位线性增长,当相位增长至阈值时,进入下一个同步周期的等待 时段。
[0087] 在本实施例中,若第一节点没有接收到来自其它节点的第一同步信号,则在侦听 时段内,控制其相位线性增长,当相位增长至阈值时,进入下一个同步周期的等待时段。
[0088] 具体地,根据侦听时段持续时间TUsten,设置时间相位函数ω(t),满足:
[0090] 即ω(t)是关于时间的线性函数。随着时间t由0到TUstOT,节点的相位由0线性 增长到最大值coth。当到达阈值后,节点就会进入下一个同步周期的等待时段,同时,节点 的相位函数保持为0。
[0091] 如上所述,在本实施例中,每个节点的初始状态随机分布在0-2 ·Τ之间,即在等待 时段、信号发送时段、不反应时段和侦听时段四种状态之间随机分布,且处于每种状态的随 机位置。
[0092] 请参考图3,其示出了节点状态变化过程示意图。以第一节点进行说明,如图3所 示,经过一段时间后,任意截取一段长度为4Τ的时间,第一节点在经历了等待时段、发送时 段和不反应时段后,在τ+tl时刻进入侦听时段,在此时段内,第一节点未收到来自邻节点 的同步信号,相位随着时间线性增长至阈值,在τ+2T时刻触发,节点进入下一个同步周期 的等待时段,完成本轮周期的调整。
[0093]如图3所示,以第一节点进行说明,第一节点在τ+2T时刻,触发并进入下一个周 期的等待时段,在等待一段时间1;@后,在τ+t2时刻开始发送同步信号,包含了身份标识 和训练序列。接着经过不反应时段,第一节点再次进入侦听时段。在此时段内,接收到了来 自邻节点的同步信号。该信号从被发送节点发送开始,经过了发送时TTx、传播时间Tpro,在 τ+t3时刻,被第一节点收到。接下来第一节点开始对同步信号进行译码,经过时间Tdf;。,译 码过程完成。此时,节点并不会立即进行相位调整,而是首先由身份标识信号确定了该信号 的信号源,接下来第一节点开始查找本地时延补偿列表,在列表中找到了对发送节点的补 偿时间!^,继续等待1^的时间长度。在此期间,第一节点的相位依然是随着时间在线性 增长的,当达到图3中的τ+t4时刻,节点根据当前相位ω(τ+t4),由公式
[0095] 计算出调整后的相位?(#(6)。此时相位依然没有达到阈值ωth,第一节点将继续 相位的线性自增。在该侦听时段剩下时间里,第一节点没有再收到其它邻节点的同步信号, 在i+t5时刻,第一节点的相位达到阈值ωth,触发并提前进入下一个同步周期的等待时 段。
[0096]由图3可以看出,如果本同步周期内第一节点没有与其它节点交互信息,相位线 性增长至触发则发生在τ+4 ·T时刻,由此看来另一节点的同步信号让第一节点的触发提 前了,进而使得下一个同步周期的起始时刻提前了(4·T_t3)的时间。通过这种调整,改变 了所有节点之间的时隙对齐状态。自组网中所有节点通过这种方式的不断迭代交互,最终 分成两组,触发时间间隔刚好为一个周期T。
[0097] 请参考图4,其示出了同步状态下节点状态变化示意图。如图4所示,在τ时刻, 第一节点触发,经历了等待时段后,在T+tl时刻,开始发送同步信号。该信号经过Tpra的传 播时延,在i+t2时刻到达第二节点。第二节点2经过T&的时间完成对信号的译码,然后 根据从时延补偿列表中查到的时延T_p,延迟该时间之后,刚好在τ+T时刻调整节点的相 位。而此时节点2通过自然的线性增长,相位也正好到达阈值,根据公式
[0099] 发现该同步信号对第二节点的相位刚好不产生影响,即同步信号产生的影响与线 性自增的效果完全同步。反过来,当第二节点发送同步信息,对第一节点也刚好产生不了影 响。随着迭代不断继续,当所有节点之间都达到这种同步状态,则整个网络就达到了完全同 步的稳定状态。
[0100] 本实施例提供的用于无线自组网的时间同步方法,可以解决传统无线网络中时间 同步算法对时延和网络拓扑结构变化的敏感性问题,打破同步收敛精度受限于网络中最大 传输时延的限制,摆脱传统无线网络对外部时间同步信号的依赖,实现无线自组网的网内 高精度时间互同步,为网络中节点间的通信提供了基础和技术支撑。
[0101] 请参考图5,其示出了根据本发明实施例提供的一种用于无线自组网的时间同步 装置500的功能模块架构示意图。
[0102] 如图5所示,本实施例提供的用于无线自组网的时间同步装置500包括:监听模块 510、调整模块520以及第一控制模块530。
[0103] 监听模块510用于在当前同步周期的侦听时段内,监听是否接收到来自其它节点 的第一同步信号,其中,无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、向 自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发 送的同步信号的侦听时段,第一同步信号为该其他节点在任一同步周期内的信号发送时段 所发送的。
[0104]调整模块520用于响应于接收到来自其它节点的第一同步信号,根据第一同步信 号调整第一节点的当前相位,若调整后相位达到阈值,相位置零,提前进入下一个同步周期 的等待时段,准备发送同步信号。
[0105] 第一控制模块530用于响应于没有接收到来自其它节点的第一同步信号,控制相 位线性增长,当相位增长至阈值时,进入下一个同步周期的等待时段。
[0106] 在本实施例的一个可选实现方式中,调整模块520包括:
[0107] 执行子模块,用于控制相位持续线性增长,在此期间,对第一同步信号进行译码, 根据无线自组网中各节点的身份标识确定第一同步信号的发送节点;
[0108] 查询子模块,用于基于发送节点,在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿 时间;
[0109] 计算子模块,用于延迟补偿时间后,计算相位增量;
[0110] 调整子模块,用于根据相位增量对相位进行调整。
[0111] 在本实施例的一个可选实现方式中,用于无线自组网的时间同步装置500还包 括:
[0112] 计算模块,用于通过预设的所述第一节点的训练序列和发送所述第一同步消息的 所述其他节点的训练序列,计算所述第一同步消息所对应的传播时
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