[发明专利]一种无线自组织网络无外时钟网同步算法

说明书

本发明提供一种无线自组织网络无外时钟网同步算法，包括以下三个阶段：同步获取阶段，在刚开机或同步失败后，节点与网络中已同步节点交互信息；同步保持阶段，在获得精确时间信息后，为了避免时钟飘移带来的同步失败问题，节点需要定期与高同步优先级节点交互信息，以获得时钟飘移值，从而保证节点间的时间值差别小、同步精度高；网络同步调整阶段，当网络中某些个节点同步失败或在同步获取阶段形成了多个同步网络时，即为了避免出现多个同步时钟源，需要使得一些节点重新进行同步获取。本发明无须提前预设定网络中心节点且网络碰撞概率低，可获得高精度同步时间信息；此外，能够消除网络中存在多个同步时钟源的情况，快速同步到同一时钟源。

技术领域

本发明涉及无线自组织网络时间同步技术领域，具体为一种无线自组织网络无外时钟网同步算法。

背景技术

在基于TDMA无线自组织网络中，网络时间同步就是使不同设备的时间精确对齐，使分布式系统能够按照划分的TDMA时隙工作。因此，网络时间同步 (以下简称网同步)是基于TDMA无线自组织网络能够良好地协同工作的基础。获得网同步的最直接办法就是利用外部时钟源，一般的外时钟信号大多为全球定位系统(GPS)。但是，在很多应用环境中，受到价格、功耗、环境和安全性等因素的考虑，并不能保证GPS是可用的，因此没有这样一个能够广播时间消息的外时间源。另一方面，由于网络的无中心特征，网络构架本身也不存在一个确知的可以给其他节点提供时钟的中心节点。节点与节点之间的同步只能依赖于互相同步(即网络中的所有节点都与根节点选择算法选定的某个节点的时钟精确对齐)。这就需要同步的系统自身主动建立一个内部系统时钟，系统内各用户都同步于这个建立的内部系统时间，在系统时间建立过程中各个分布系统节点都要主动或被动的参与时间的建立。这就是本发明所要设计网络时间同步算法的应用背景。

本发明所应用的背景模型为无线自组织网络系统，针对该系统的时间同步算法已经进行了很多研究，主要的专利有：

中国专利201310375545.6中披露了“一种自组织网络中节点间时间同步的方法”，该发明中提出一种无线自组织网中网元间时间同步的方法，节点之间相互发送同步时标，当来收到高优先级节点发送的同步时标，则更新本节点的时间信息。中国专利200410073329.7中披露了一种“移动无线自组织网络的互同步方法”，该发明中通过网络中相邻节点之间相互交互各自的时间基准，从而完成网络同步过程。然而上述两个发明未考虑信号传播时延对同步精度的影响，当时隙长度很短时(例如时隙长度设定为1ms)，传输距离为30 公里时，传输时延为0.1ms，该传输时延相对于时隙长度已经很大了，必须消除其对通信的影响，否则可能造成通信的中断。

中国专利201510106248.0中披露了“一种无线AdHoc网络中的节点同步方法”，该发明采用一种长的复帧和短的基本帧互相配合的方法在网络中精确地传递时间，到达网络中的每一个节点。中国专利201610055416.2中披露了“一种无线自组织网络同步方法”，在该发明中，节点间通过发送轮询信号，来调整各自的基准时间系统原点，因此这种方法，不需中心站点和GPS信号，就能实现网络中各个移动节点的同步工作。然而上述两个专利没有考虑每个节点的时钟飘移对同步性能的影响，因此时钟飘移对整个网络的同步性能有很大的影响：当时钟飘移严重且时隙长度短时，需要加快节点之间的同步更新速度，避免出现同步失败；当网络中的时钟精度高且时隙长度较长时，可降低同步更新速度，从而减小网络开销。

中国专利201210101880.2中披露了“一种分级分簇无线自组织网络的分布式时钟同步方法”，该发明中，网络中节点分成很多个簇，定义为二级网络，而这些簇头又组成一新的簇，定义为一级网络，在每个簇中，簇成员向簇头同步，这样自下而下完成整个网络同步。然而该发明不涉及簇重新选举方法，当网络中出现簇头与本簇中所有节点同步失败后，需要所有簇成员与簇头节点重新同步，因此该发明的同步方法会造成同步时间过长。