一種定向Ad hoc網(wǎng)絡(luò)自同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)時鐘同步技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)自同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)（Adhoc網(wǎng)絡(luò)，即自組織網(wǎng)絡(luò)）通常采用TDMA時分多址 (TDMA，即TimeDivisionMultipleAccess，時分多址）接入的信道訪問控制機(jī)制，以使網(wǎng) 絡(luò)中的節(jié)點通過使用時隙分時來共享無線信道，從而實現(xiàn)最大化信道利用率的目的。在網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點共享無線信道時，為了確保各節(jié)點無沖突地接入信道，整個定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)需要對 時間進(jìn)行同步處理。
[0003] 然而，由于目前大多數(shù)TDMA時分多址接入系統(tǒng)均采用外部時鐘同步的方式來進(jìn) 行同步，使得定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步過程嚴(yán)重依賴于外界的固定基礎(chǔ)設(shè)施，例如GPS 系統(tǒng)（GPS，即GlobalPositioningSystem，全球定位系統(tǒng)）或北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。一旦這些固 定基礎(chǔ)設(shè)施遭到故意破壞或發(fā)生故障，便會導(dǎo)致定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)無法進(jìn)行時鐘同步，從而 無法正常地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。
[0004] 綜上所述可以看出，如何消除時鐘同步過程對外界固定基礎(chǔ)設(shè)施的依賴，以提高 網(wǎng)絡(luò)的健壯性是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)自同步方法，消除了時鐘 同步過程對外界固定基礎(chǔ)設(shè)施的依賴，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。其具體方案如下：
[0006] -種定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)自同步方法，包括：
[0007] 從所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中確定出同步基準(zhǔn)節(jié)點；
[0008] 將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述同步基準(zhǔn)節(jié)點之間的節(jié)點跳數(shù)大小作為分級依據(jù)，按照節(jié)點跳 數(shù)從小到大的順序，對所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)中所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行分級處理，相應(yīng)地得到 Μ級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，Μ為不小于2的正整數(shù)；其中，任意相鄰兩級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的節(jié)點跳數(shù)為1 跳；每一級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括至少一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；
[0009] 按照距離所述同步基準(zhǔn)節(jié)點的節(jié)點跳數(shù)越小優(yōu)先權(quán)越高的優(yōu)先權(quán)確定原則，相應(yīng) 地為所述Μ級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的每一級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點賦予優(yōu)先權(quán)；
[0010] 按照優(yōu)先權(quán)從高到低的順序，依次對所述Μ級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的每相鄰兩級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 進(jìn)行級間時鐘同步處理，以實現(xiàn)所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)的全網(wǎng)時鐘同步。
[0011] 優(yōu)選的，所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)自同步方法還包括：
[0012] 當(dāng)存在新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要加入所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)時，利用預(yù)先構(gòu)建的TDMA時幀， 對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行時鐘初始同步處理；所述TDMA時幀包括鄰居發(fā)現(xiàn)子幀和數(shù)據(jù)傳輸 子幀；所述鄰居發(fā)現(xiàn)子幀包括同步時隙、探測時隙、響應(yīng)時隙和確認(rèn)時隙；所述同步時隙包 括K個同步微時隙，其中，K的具體數(shù)值與所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)中定向天線產(chǎn)生的定向波 束方向的方向個數(shù)相同，K為正整數(shù)；所述數(shù)據(jù)傳輸子幀包括N個數(shù)據(jù)時隙，N為正整數(shù)；
[0013] 在對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行時鐘初始同步處理后，建立所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與其目標(biāo)鄰 居節(jié)點之間的數(shù)據(jù)收發(fā)鏈路；所述目標(biāo)鄰居節(jié)點為距離所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的節(jié)點跳數(shù)為1跳 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；
[0014] 確定所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述目標(biāo)鄰居節(jié)點中的任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時鐘偏差，利 用該時鐘偏差對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行時鐘臨時同步處理。
[0015] 優(yōu)選的，設(shè)所述定向天線產(chǎn)生的K個定向波束方向中波束方向編號依次從0至 K-1;則，所述利用預(yù)先構(gòu)建的TDMA時幀，對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行時鐘初始同步處理的過 程，包括：
[0016] 步驟S11 :利用偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，在0至K-1之間產(chǎn)生1個偽隨機(jī)整數(shù)K1;
[0017] 步驟S12:在預(yù)設(shè)偵聽時間段內(nèi)，令所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在波束方向編號為&的定向 波束方向上，展開同步序列和同步消息的偵聽工作；其中，所述預(yù)設(shè)偵聽時間段的時間長度 與一個所述TDMA時幀的時間長度相等；同步序列和同步消息為所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)中已 入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點向外界循環(huán)發(fā)送的信息，同步消息包括當(dāng)前所述TDMA時幀的幀序號、同步微 時隙序號和發(fā)送該同步消息的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的節(jié)點ID編號；
[0018] 步驟S13:如果所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在波束方向編號為&的定向波束方向上，沒有偵 聽到同步序列和同步消息，則令并進(jìn)入步驟S12,如果偵聽到同步序列和同步消 息，則進(jìn)入步驟S14;
[0019] 步驟S14:當(dāng)偵聽到的同步序列的相關(guān)峰值達(dá)到預(yù)設(shè)最大值時，根據(jù)偵聽到的同 步消息中的同步微時隙序號、同步微時隙的時間長度和當(dāng)偵聽到的同步序列的相關(guān)峰值達(dá) 到最大值時所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已接收的比特數(shù)，確定初始同步時刻，并將所述初始同步時刻 確定為所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時幀起始時間，并且，所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點從偵聽到的同步消息中獲 取到當(dāng)前所述TDMA時幀的幀序號，以完成對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時鐘初始同步處理。
[0020] 優(yōu)選的，設(shè)k表示同步微時隙序號，η表示當(dāng)前處于激活狀態(tài)的定向波束方向的 波束方向編號，并設(shè)所述Κ個同步微時隙中同步微時隙序號依次從1至Κ;則，所述定向Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中任一已入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點向外界循環(huán)發(fā)送同步序列和同步消息的過程，包括：
[0021] 步驟S21 :對k和η進(jìn)行初始化，使得k= 1，η= 1 ;
[0022] 步驟S22 :獲取當(dāng)前所述TDMA時幀的幀序號F，令η=FmodΚ;
[0023] 步驟S23:在同步微時隙序號為k的同步微時隙內(nèi)，令該已入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在波束方 向編號為η的定向波束方向上向外界發(fā)送同步序列和同步消息，并令k=k+Ι;
[0024] 步驟S24:令η= (n+k)modK，并在同步微時隙序號為k的同步微時隙內(nèi)，令該已 入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在波束方向編號為η的定向波束方向上向外界發(fā)送同步序列和同步消息；
[0025] 步驟S25:如果kmodΚ辛0,則令k=k+Ι，并進(jìn)入步驟S24;如果kmodΚ= 0， 貝1J判定該已入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已完成向外界循環(huán)發(fā)送同步序列和同步消息的過程。
[0026] 優(yōu)選的，所述確定所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述目標(biāo)鄰居節(jié)點中的任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的 時鐘偏差，利用該時鐘偏差對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行時鐘臨時同步處理的過程，包括：
[0027] 在所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述目標(biāo)鄰居節(jié)點中的任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間進(jìn)行探測消息的 收發(fā)操作以及響應(yīng)消息的收發(fā)操作，并相應(yīng)地獲取到四個消息收發(fā)時間戳；
[0028] 利用所述四個消息收發(fā)時間戳，計算所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的 時鐘偏差；
[0029] 利用該時鐘偏差，對所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時幀起始時間進(jìn)行修正，以完成對所述新 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時鐘臨時同步處理。
[0030] 優(yōu)選的，如果當(dāng)前所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處于消息發(fā)送模式，則所述確定所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點與所述目標(biāo)鄰居節(jié)點中的任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時鐘偏差的過程，包括：
[0031] 在所述探測時隙內(nèi)的T11時刻，令所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點向所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送第一 探測消息，所述第一探測消息的消息頭部攜帶有與所述T11時刻對應(yīng)的探測消息發(fā)送時間 戳；
[0032] 當(dāng)所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述探測時隙內(nèi)的T12時刻，接收到所述第一探測消息 后，令所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述響應(yīng)時隙內(nèi)的T13時刻，向所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送第一響應(yīng) 消息，所述第一響應(yīng)消息的消息頭部攜帶有與所述T11時刻對應(yīng)的探測消息發(fā)送時間戳、 與所述T12時刻對應(yīng)的探測消息接收時間戳和與所述T13時刻對應(yīng)的響應(yīng)消息發(fā)送時間 戳；
[0033] 當(dāng)所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述響應(yīng)時隙內(nèi)的T14時刻下接收到所述第一響應(yīng)消息后， 所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點記錄與所述T14時刻對應(yīng)的響應(yīng)消息接收時間戳，并對所述第一響應(yīng)消息 中記錄的時間戳進(jìn)行提取，得到所述探測消息發(fā)送時間戳、所述探測消息接收時間戳、所述 響應(yīng)消息發(fā)送時間戳和所述響應(yīng)消息接收時間戳；
[0034] 利用所述探測消息發(fā)送時間戳、所述探測消息接收時間戳、所述響應(yīng)消息發(fā)送時 間戳和所述響應(yīng)消息接收時間戳，計算所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時鐘偏 差offset^，相應(yīng)的計算公式為：
[0035]
[0036] 優(yōu)選的，如果當(dāng)前所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處于消息接收模式，則所述確定所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點與所述目標(biāo)鄰居節(jié)點中的任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時鐘偏差的過程，包括：
[0037] 令所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述探測時隙內(nèi)向所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送第二探測消息，當(dāng) 接收到所述第二探測消息后，所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述響應(yīng)時隙內(nèi)的T21時刻，向所述任一 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送第二響應(yīng)消息，所述第二響應(yīng)消息的消息頭部攜帶有與所述T21時刻對應(yīng)的 響應(yīng)消息發(fā)送時間戳；
[0038] 當(dāng)所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述響應(yīng)時隙內(nèi)的T22時刻，接收到所述第二響應(yīng)消息 后，令所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述確認(rèn)時隙內(nèi)的T23時刻，向所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送確認(rèn)消息， 所述確認(rèn)消息的消息頭部攜帶有與所述T21時刻對應(yīng)的響應(yīng)消息發(fā)送時間戳、與所述T22 時刻對應(yīng)的響應(yīng)消息接收時間戳和與所述T23時刻對應(yīng)的確認(rèn)消息發(fā)送時間戳；
[0039] 當(dāng)所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在所述確認(rèn)時隙內(nèi)的T24時刻下接收到所述確認(rèn)消息后，所述 新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點記錄與所述T24時刻對應(yīng)的確認(rèn)消息接收時間戳，并對所述確認(rèn)消息中記錄的 時間戳進(jìn)行提取，得到所述響應(yīng)消息發(fā)送時間戳、所述響應(yīng)消息接收時間戳、所述確認(rèn)消息 發(fā)送時間戳和所述確認(rèn)消息接收時間戳；
[0040] 利用所述響應(yīng)消息發(fā)送時間戳、所述響應(yīng)消息接收時間戳、所述確認(rèn)消息發(fā)送時 間戳和所述確認(rèn)消息接收時間戳，計算所述新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所述任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時鐘偏 差offset2，相應(yīng)的計算公式為：
[0041]
[0042] 優(yōu)選的，所述從所述定向Adhoc網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中確定出同步基準(zhǔn)節(jié)點的過 程，包括：
[00