"=与=10.601。节 点2将Ts包含在STA分组中广播至邻居，同时状态由中屯、转为空闲，表明此次同步的结束；
[0061] 图14表示节点3首先收到了STA分组，根据STA分组中的Ts时刻值来调整自己的本 地时钟TL, = 9.3541 + 10.MH -7.5006 = 12.4545毫秒，与此同时，节点3的状态由接收转为空 闲，表明此次参与的同步过程结束；
[0062] 图15描绘了节点1和5收到STA分组的情况，并且都做出了相应的时钟修正。对于节 点1而言，它是邻域中时钟最快的节点，收到的STA分组中的Ts时刻值其实就等于巧，因此， 节点I的本地时钟修正量为零，具体的修正情况为：7;!,= 12.4545 + i0.60i --10.601 = 12.4545 毫秒，对于节点5而言，其修正情况为：7:,,,/ = 2.6545十10.601-化801 = 12.4545'呈妙，两个节点 的状态都由接收转变为空闲，至此，节点2发起的同步过程完全结束。由于本发明的分布式 特性，网络中的其它节点同样可W发起同步请求。
[0063] 如图16所示，节点1发起了新的一次同步请求。在经过S种带时间戳的分组交换机 制之后，节点1、2、3、4又进行了一次局部范围的时间同步。从图中可知，经过2次同步请求 后，整个网络中的节点1至5的时钟分别为16.7354、16.735、16.7354、16.735、16.735(单位： 毫秒）。网络中的任意两个节点直接的时钟偏差最大值：A Tmax= 16.7354-16.735 = 0.0004 毫秒，
[0064] 对于本实例而言，最大时钟偏差由初始的9.8毫秒缩小到了 0.4微秒仅用了 2次同 步请求，由分布式特性，平均到整个网络，则平均每个节点发起0.4次的同步请求即可完成 0.4微秒精度的同步效果。从运个简单的实例反映出本发明的同步收敛速度快，且同步精度 局。
[0065] 本发明将一个节点的通信范围建模为一个W自己为中屯、的圆，广播分组到达任意 两个节点的时间差为A tij= A dij/v(v = 3 X lOV/s)，两节点到圆屯、的距离差A dij通常在 百米量级，可W推算时间差A tu只在个位数US量级（W距离差A cUj = 300m为例，时间差A tij = lus)。因此，可近似的认为广播分组同时到达各个邻居节点，可W将中屯、态节点广播的 SR分组视为一种对邻居集的时间采样手段，而{巧，few}则是W各自邻居节点的时间基 准在同一时间获得的采样值。其中，r'ax则是一跳邻居中时钟最快的节点的采样值，Ts则是 计算出的邻域内（包括中屯、态节点及其一跳邻居）的时钟最快的节点的采样值。因此，整个 邻域内的节点可W根据/,'=/, + 7；--'八'修正与邻域时钟最快节点的时钟偏差。在引入因距离 差引起的极小同步误差的同时，消除了传统同步方法的诸多因素引起的误差，如发送包的 产生、送达网络设备接口、等待信道访问等所花费的时间。
[0066] 本发明的关键之处在于邻域内（包括中屯、态节点）的节点都向邻域内时钟最快的 节点同步的策略，将同步范围缩小到局部范围，对网络规模不敏感，也适合多跳网络环境。 而且，一个节点的同步请求会导致其一跳邻居的节点都参与时间同步，加速了整个网络的 同步收敛速度。本发明的分布式特性体现在网络中的节点既可W由空闲态转为中屯、态，发 起同步请求;也可W由空闲态转为接收态，参与相应的同步过程。只进行一次TPSN协议的公 式计算而实现了整个邻域的同步，降低了协议运算复杂度。由于本发明可W由网络中的节 点分布式执行，只要全网时钟最快节点根据本方法发起同步请求，就可将最快时钟扩散到 其一跳范围内。若其一跳邻居比时钟最快节点先发起同步，则同步效率会更高，因为一跳邻 居不仅实现了向最快时钟节点同步，而且还让时钟最快节点的部分两跳邻居也实现了同 步。假设多跳自组织网络是全连通的网络拓扑，那么按照本发明的同步迭代算法，最快的时 钟基准将会扩散至全网，从而实现整个网络的同步。
【主权项】
1. 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Ξ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。2. 如权利要求1所述的多跳自组织网络的分布式时间同步方法，其特征在于，所述方法 具体包括如下步骤： 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Ti，其中SR表示 同步请求； 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，i eN，有接收时刻巧:，其中N为中屯、 态节点的一跳邻居集； 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 刻写，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； 4) 中屯、节点收到各个邻居节点i包含巧和巧的SA分组后，记录下对应的SA分组的接收时 刻巧，此时，中屯、态节点有一张用，的时刻表，表共I NI项，每项对应一个邻居节点i 的4个时刻巧，：Γ；，Γ，Γ); 5) 中屯、态节点从表中找出巧值最大的一项，记为巧，?r%irx，7Τ)，其中max为Τ2时刻 值最大的对应邻居节点的标号，利用公式δ = ((Τ2-Τι)-(Τ4-Τ3))/2,计算出中屯、态节点与时 钟最快邻居max之间的时钟偏差δ; 6) 若δ>〇,表示中屯、态节点时钟慢于邻居节点max时钟，中屯、态节点按t/=t+S修正自 己的本地时钟，设置巧=巧胃，其中，t表示修正前中屯、态节点的时钟，表示修正后中屯、态 节点的时钟，T5表示中屯、态节点的一跳邻域内的最快时钟基准;若δ< = 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7; = -0';之 后，中屯、态节点广播携带T5时刻值的STA分组给邻居节点i，由中屯、态转为空闲态，其中STA 表示同步时间校正； 7) 任意邻居节点i接收STA分组，按+ 7；…7；；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； 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。
【专利摘要】本发明公开了一种多跳自组织网络的分布式时间同步方法，涉及通信方法技术领域。所述方法将所述多跳自组织网络中的每个节点分为空闲态、中心态和接接收态三种状态，处于空闲态的节点没有参与时间同步过程，处于中心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心态节点的同步，而忽略后续的其它同步请求，直到此次同步交互结束；邻域内不同的中心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。所述方法适用于多跳自组织网络，具有计算量小、精度高、对网络规模不敏感的特点。
【IPC分类】H04W84/18, H04W56/00
【公开号】CN105704808
【申请号】CN201610196860
【发明人】蔡伟, 刘军, 郭伟, 余敬东, 唐伟, 刘伟
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年3月31日