[发明专利]时钟非同步网络的高精度网络拓扑定位算法

说明书

本发明属于网络的拓扑定位技术领域，具体为一种时钟非同步网络的高精度网络拓扑定位算法。本发明分为两大部分：一是基于一种时分多址(TDMA)的协议，各节点收集、发送信息，并将其扩散到整个网络；二是基于这些信息，得出不需要时钟同步的高精度网络拓扑定位。对于一个单跳网络，本发明提供一种中心化算法，对于一个大规模多跳网络，本发明提供一种分布式定位算法。进一步，还可得出网络中各离散节点本地时钟的时延估计。本发明考虑到了锚点信息的不正确性，使得该算法更贴近实际，定位更加精确，且能够达到克拉美劳限。

技术领域

本发明属于网络的拓扑定位技术领域，具体涉及一种时钟非同步网络的高精度网络拓扑定位算法。

背景技术

网络的拓扑定位是无线传感网络、无人机网络、无线自组织网络中的关键技术。特别是对于无人机网络，要避免机群节点的碰撞和高精度定位控制，对网络的各个节点实现分米级的高精度的定位。因此，我们不能仅依赖于GPS/北斗的定位信息。而是要不但基于锚点的定位信息(GPS/北斗定位或其他定位信息)，而且通过节点间的自聚集与信息交换，协同获得精度高于米级的网络拓扑信息。

针对上述问题，已经有大量的研究工作发表。

传统的高精度网络拓扑定位假设各分布式节点的时钟同步，而实际中网络节点的时钟由于晶振频偏，很难做到时钟同步。同时，如何将各离散节点关于节点间的距离测量的信息高效汇聚，并实现最优的拓扑定位，也是一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对时钟非同步网络实现高精度定位的网络拓扑定位算法。

本发明提供的网络拓扑定位算法，分为两大部分，一是基于一种时分多址(TDMA)的协议，各节点收集、发送信息，并将其扩散到整个网络；二是基于这些信息，得出不需要时钟同步的高精度网络拓扑定位。而且作为本定位算法的副产品，能够得出网络中各离散节点本地时钟的时延估计。

本发明提供的网络拓扑定位算法(也称中心化算法)，具体步骤如下：

第一步，对于一个N个节点的单跳网络。该网络采用一种基于时分多址(TDMA)的信息交换协议，如图1所示。

网络中每个节点轮替广播导引信号(beacon)；假设此时第n个节点在广播导引信号，该导引信号包含下列内容：

(1)1个同步序列，它用于精确估计导引信号到达时接收节点的本地时间；

(2)1个时间戳T_n，即第n个节点发送该导引信号时的本地时间；

(3)N-1个时间戳{R_nm,m＝1,…,n-1,n+1,…,N}，即第n个节点收到其他N-1个节点导引信号时的本地时间。

从节点1到节点N轮流发送上述信息。经过N个回合，所有这些单跳区域内的节点都将收集到{T_n,n＝1,2,…,N}(即网络中N个节点各自发送导引信号时的本地时间)和{R_nm,n,m＝1,2,…,N}(即网络中N个节点收到其他N-1个节点发送的导引信号时的本地时间)。

基于这些信息，可以获得如下关系：

其中，Δ_n是节点n相对于节点1的时钟漂移，显然Δ₁＝0，d_mn是节点m,n之间的距离。C是信号传播的速度，∈_mn是由于测量R_mn和T_n带来的误差，∈_mn·C即为节点间距的测量误差，假设其服从高斯分布C·∈_mn～N(0,σ²)，其中，σ为标准差；