多跳自组织网络的分布式时间同步方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信方法技术领域，尤其设及一种多跳自组织网络的分布式时间同步 方法。
【背景技术】
[0002] 自组织网络是一个无基础设施、无中屯、节点、各个节点对等的网络。就其MAC (Media Access Control,介质访问控制）协议的研究领域而言，基于TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址）的MAC协议相比于基于竞争的MAC协议具有更好的吞吐量、QoS (Quality of Service,服务质量)支持及公平性等优点。然而，基于TDMA的MAC协议需要解 决两个关键问题:一是时间同步问题；二是时隙分配问题。时间同步是时隙分配的前提，全 网的时间同步精度影响着整个协议的无冲突传输的性能。因此，时间同步问题的解决显得 至关重要。
[0003] 传统的时间同步方法主要有W下几类：（1)外同步:各个节点采用外部统一的绝对 时钟基准同步，如GPS(Global化Sitioning System,全球定位系统）。但对于自组织网络而 言，各个节点装备GI^是一种额外的硬件成本，且需考虑GPS的耗能问题。（2)主从同步:各个 从节点根据主控节点发出的同步信息进行同步交互。由于自组织网络的移动性和无中屯、特 性，再加之主控节点故障的不可靠性，主从同步方法的性能并不理想。如TPSN协议(参见文 南犬：S.Ganeriwal,R.Kumar,M.Srivastava,Timing-Sync protocol for sensor networks. Proceedings of First International Conference on Embedded Networked Sensor Systems,Los Angeles,California,November 2003.)，节点只能向等级比自己小I 的节点同步，同步误差随等级层层累积，且易受节点故障的影响。（3)互同步:该类同步方法 不需要选择专口的参考节点，网络中的节点分布式地采用某种同步算法发起同步过程，调 整自己的时钟。如IE邸802.11标准中的TSF(Time Synchronization F^mction)算法，节点 通过竞争方式发送携带时间戳的信标进行同步，时钟慢的节点向时钟快的节点同步。若时 钟快的节点因为传输冲突的缘故长期发送不了信标，那么同步效率将十分低效。此外，互同 步的同步方法通常受网络扩展性问题的制约，多跳网络的同步精度往往没有单跳网络好。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种跳自组织网络的分布式时间同步方法，所 述方法用于多跳自组织网络，对网络规模不敏感，计算量小，精度高。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多跳自组织网络的分布 式时间同步方法，其特征在于:将所述多跳自组织网络中的每个节点分为空闲态、中屯、态和 接接收态=种状态，处于空闲态的节点没有参与时间同步过程，处于中屯、态的节点主动发 起同步请求，处于接收态的节点只参与对应中屯、态节点的同步，而忽略后续的其它同步请 求，直到此次同步交互结束;邻域内不同的中屯、态节点向其一跳邻域内时钟最快的节点进 行一次或多次时间同步，直到所述网络中的任意两个节点之间的时钟偏差最大值满足精度 要求为止。
[0006] 进一步的技术方案在于:所述方法具体包括如下步骤：
[0007] 1)当多跳自组织网络中的节点有时间同步请求时，该节点的状态由空闲态转为中 屯、态，向其一跳邻居节点广播SR分组，同时SR分组携带中屯、态节点的发包时刻Tl,其中SR表 示同步请求；
[0008] 2)所有的一跳邻居节点接收SR分组，由空闲态转为接收态，同时W各自的时钟基 准记录下接收时刻T2,即对于中屯、态节点的任意邻居节点i，ieN，有接收时刻片，其中N为 中屯、态节点的一跳邻居集；
[0009] 3)任意邻居节点i向中屯、态节点回复SA分组，分组中携带SR的接收时刻巧和SA的 发包时刻巧，SR的接收时刻巧和SA的发包时刻巧W各邻居节点自己的时间为基准，其中SA 是指同步确认；
[0010] 4)中屯、节点收到各个邻居节点i包含起和巧的SA分组后，记录下对应的SA分组的 接收时刻巧，此时，中屯、态节点有一张巧，7^7：;，7：;胃)的时刻表，表共|糾项，每项对应一个邻 居节点i的4个时刻(町巧'，巧，巧'）；
[00川 5)中屯、态节点从表中找出巧值最大的一项，记为巧，巧胃，叮"'，7^)，其中111曰义为12 时刻值最大的对应邻居节点的标号，利用公式S = ( (T2-Ti)-(T4-T3) )/2,计算出中屯、态节点 与时钟最快邻居max之间的时钟偏差S;
[001 ^ 6)若S>0,表示中屯、态节点时钟慢于邻居节点max时钟，中屯、态节点按1/ =t+s修 正自己的本地时钟，设置T;=，其中，t表示修正前中屯、态节点的时钟，t/表示修正后中 屯、态节点的时钟，Ts表示中屯、态节点的一跳邻域内的最快时钟基准;若5< = 0,表示中屯、态 节点时钟等于或快于邻居节点max的时钟，中屯、态节点不用修正本地时钟，设置 写=巧胃-皮达后，中必态节点广播携带Ts时刻值的STA分组给邻居节点i，由中必态转为空 闲态，其中STA表示同步时间校正；
[OOK] 7)任意邻居节点1接收514分组，按^^=|^+7；-巧修正自己的本地时钟，由接收态 转为空闲态，其中iEN，ti表示任意邻居节点i修正前的时钟，t/表示任意邻居节点i修正后 的时钟；
[0014] 8)节点W-定的频率再次发起同步请求，转步骤1)-7)，进行下一次同步迭代，直 到满足时间同步精度为止。
[0015] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述方法通过=种带时间戳的同步包 的交互机制，实现了一种分布式、高精度、适用于多跳自组织网络、对网络规模不敏感的、计 算量小的时间同步方法。
【附图说明】
[0016] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0017] 图1是实施例二中多跳自组织网络拓扑图；
[0018] 图2是实施例二网络中各节点的初始化状态图；
[0019] 图3是实施例二经过一段时间后节点2首先发起同步请求的状态图；
[0020] 图4是实施例二中与中屯、态节点2距离最短的一跳邻居节点3的SR分组接收情况 图；
[0021] 图5是实施例二中与中屯、态节点2距离稍远的邻居节点1和节点5的SR分组接收情 况图；
[0022] 图6是实施例二中节点3的SA分组发送过程；
[0023] 图7是实施例二中节点3的SA分组被节点2接收的过程；
[0024] 图8是实施例二中节点1向节点2发送SA分组；
[0025] 图9是实施例二中节点2收到节点1的SA分组；
[0026] 图10-11是实施例二中节点5向节点2回复SA分组的发送和接收过程；
[0027] 图12是实施例二中中屯、态节点2处所捜集的关于邻居集的巧，7;'，7;'，所时刻表；
[002引图13是实施例二中节点2修正本地时钟并广播STA分组的过程；
[0029] 图14是实施例二中节点3收到STA分组，根据STA分组中的Ts时刻值来调整自己的 本地时钟的过程；
[0030] 图15是实施例二中节点1和5收到STA分组的情况；
[0031 ]图16是实施例二中节点1发起了新的一次同步请求的状态图；
【具体实施方式】
[0032] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不