CN104427607A

CN104427607A - 一种自组织网络中节点间时间同步的方法

Info

Publication number: CN104427607A
Application number: CN201310375545.6A
Authority: CN
Inventors: 余西西; 黄其华; 韩森; 孙鹏
Original assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Current assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: CN104427607B

Abstract

本发明提出一种无线自组织网中网元间时间同步的方法，各节点均有唯一的优先级编号，1.网内任意节点A在静默时间内监听其它节点发送的同步时标，若接收到同步时标，在则转到步骤2.，否则在静默时间结束后转到步骤3；2.若接收到的同步时标的来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号，则节点A根据所述接收到的同步时标调整本地时间，并转到步骤3；否则直接转到步骤3；3.节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，所述同步时标携带节点本地时间信息和节点优先级编号。采用本方法，各个节点之间无须中心控制节点统一协调就能达到时间同步，提升了节点间时间同步的效率，保证用户优先级体验。

Description

一种自组织网络中节点间时间同步的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种自组织网络中节点间时间同步的方法。

背景技术

无线自组织网络是一种特殊的无线移动通信网络，网络中无中心控制节点，所有节点地位平等，以分布式构成，每个节点不仅具有普通移动终端所具有的通信功能，还具有报文转发功能，通信的源节点和目标节点不在直接通信范围中时，可以通过中间节点转发报文进行通信。在此网络中，若多个节点同时有通信需求，由于缺乏中心控制点的协调，可能会出现两个或多个节点在同一时间点同时发送数据，从而发送冲突。解决此冲突，可以通过节点在数据发送前，发送探测信号进行探测是否存在冲突、发送报文通知相邻节点要预约占用时间进行数据发送等手段来解决。但要实施冲突解决手段的前提，必须是无线自组织网络中的所有节点的时间基准相同，即所有节点间时间是同步的，如此相邻节点才能在同一时间点上有效避开冲突。

但发明人发现，在无线网络初始化（网内节点统一开机入网）、节点的设备因死机或断电而重启、或者两个时间基准不一致的局域无线自组织网络因为各自网内的节点移动而相遇融合时，由于无线自组织网中无中心控制节点统一协调，各个节点之间的有可能是时间不同步的。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出了一种自组织网络中节点间时间同步的方法，包括：无线自组织网中各节点均有唯一的优先级编号，对网内任意节点A，同步过程包括如下步骤：1.1：节点A在静默时间内监听其它节点发送的同步时标，若接收到同步时标，在则转到步骤1.2，否则在静默时间结束后转到步骤1.3；1.2：若接收到的同步时标的来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号，则节点A根据所述接收到的同步时标调整本地时间，并转到步骤1.3；否则，直接转到步骤1.3；1.3：节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，所述同步时标携带节点本地时间信息和节点优先级编号。

进一步的，上述步骤1.3中：节点A向其它节点发送同步时标的周期为：T_txsync=α_tx×PID×Δt，节点A向其它节点发送同步时标的时间点为：t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)。若节点A未调整本地时间，则PID为节点A的优先级编号；若节点A已根据所述接收到的同步时标调整本地时间，则PID为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号；α_tx＞0为发送系数，Δt为设置的时间度量单位，t_cur为当前时间点。

进一步的，上述步骤1.3中，若节点A未调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为本地节点的优先级编号；若节点A已根据接收的同步时标调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为来源节点的优先级编号。

进一步的，所述同步时标中还携带时间级别，在此情况下，步骤1.1包括：若节点A接收到同步时标则记录接收同步时标的时间；所述步骤1.2为：若接收到的同步时标的来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号且接收到的同步时标携带的时间级别不大于预设的超时门限，则节点A根据所述接收到的同步时标调整本地时间，根据调整后的本地时间更新所述接收同步时标的时间，并转到步骤1.3；否则，直接转到步骤1.3。

进一步的，节点A向其它节点发送同步时标的周期为T_txsync，若节点A未调整本地时间，则T_txsync=α_tx×PID_A×Δt；若节点A已根据所述接收的同步时标调整本地时间，则：T_txsync=α_tx×(PID_A+λ_P×|PID_A-PID_B|+(1-λ_P)×TID_B)×Δt；节点A向其它节点发送同步时标的时间点为：t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)；其中，PID_A为所述本地节点优先级编号，PID_B为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号，TID_B为所述接收到的同步时标携带的时间级别，0＜λ_P＜1为设置系数。进一步的，若节点A未调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为本地节点的优先级编号，时间级别为0；若节点A已根据接收的同步时标调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为来源节点的优先级编号，时间级别为TID_A=TID_B+(t_txsync-t_rxsync)/ΔTid；其中，PID_A为所述本地节点优先级编号，PID_B为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号，TID_B为所述接收到的同步时标携带的时间级别，0＜λ_P＜1为设置系数，ΔTid为设置的时间级别等级划分单位，t_rxsync为所述更新后的接收同步时标的时间。

进一步的，若TID_A大于所述预设的超时门限，则节点A不发送同步时标，并将本地时间恢复为调整前的时间，重新计算计算下一次同步时标发送的时间点，重新确定发送的同步时标中携带的节点优先级编号和时间级别。

优选的，预设的超时门限为所述设定的时间级别等级划分单位的整数倍。

优选的，若节点A在通信过程中接收到其它节点发送的同步时标，则从所述步骤1.2开始进行同步。优选的，节点A若在选择了向其它节点发送同步时标的时间点但该时间点未到达之前，又接收到其它节点发送的同步时标，则转到所述步骤1.2继续进行同步。

采用上述方法，自组织网络中各个节点之间无须中心控制节点统一协调就能达到时间同步，并且在同步时标中携带时间来源节点的优先级编号，能保证自组织网络内的节点最终都将与网内现存的优先级最高的节点时间同步，这样低优先级节点后入网不会触发网内其他节点进行时间同步，高优先节点后入网也能使得低优先级节点跟随时间同步，提升节点间时间同步的效率，保证用户优先级体验。

附图说明

图1为本发明所提出的方法的基本流程图；

图2为本发明所提出的方法的改进流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步详细说明。

请参阅附图1，为本发明提出一种自组织网络中节点间时间同步的方法的基本流程图。其具体操作如下：

步骤101，节点A在静默时间内监听其它节点发送的同步时标；

步骤102，判断是否接收到其它节点的同步时标，如果接收到，则转到步骤103，否则在静默时间结束后转到步骤106；

步骤103，比较同步时标来源节点的优先级和本节点的优先级，在此，通过优先级编号体现，若接收到的同步时标的来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号，则转到步骤104，否则转到106；

步骤104，节点A根据接收到的同步时标调整本地时间；

步骤105，节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，所述同步时标携带节点本地时间信息和来源节点优先级编号。

步骤106，节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，所述同步时标携带节点本地时间信息和本地节点优先级编号。

在步骤105和步骤106中，节点A向其它节点发送同步时标的周期为：T_txsync=α_tx×PID×Δt，节点A向其它节点发送同步时标的时间点为：t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)；步骤105中，PID为来源节点的优先级编号；步骤106中，PID为节点A的优先级编号；α_tx>0为发送系数，Δt为设置的时间度量单位，t_cur为当前时间点。

基于上述方法，本发明还提出一种改进方法，在改进方法中同步时标中进一步携带了时间级别参数，请参阅附图2，其具体操作如下：

步骤201，节点A监听其它节点的同步时标；

步骤202，判断是否接收到其它节点的同步时标，若接收到同步时标,则记录接收同步时标的时间并则转到步骤203，否则在静默时间结束后转到步骤207；

步骤203，与步骤103相同，比较节点优先级，若来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号，则转到步骤204，否则转到步骤207；

步骤204，判断同步时标中携带的时间级别是否不大于预设的超时门限，不大于则转到步骤205，否则转到步骤207；

步骤205，节点A根据接收到的同步时标调整本地时间，根据调整后的本地时间更新所述接收同步时标的时间；

步骤206，节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，所述同步时标携带节点本地时间信息、来源节点优先级编号和计算得出的时间级别参数；

发送同步时标的周期T_txsync=α_tx×(PID_A+λ_P×|PID_A-PID_B|+(1-λ_P)×TID_B)×Δt；节点A向其它节点发送同步时标的时间点为:t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)；

发送的同步时标中携带的时间级别为TID_A=TID_B+(t_txsync-t_rxsync)/ΔTid；其中，PID_A为所述本地节点优先级编号，PID_B为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号，TID_B为所述接收到的同步时标携带的时间级别，0＜λ_P＜1为设置系数，ΔTid为设置的时间级别等级划分单位，t_rxsync为所述更新后的接收同步时标的时间。

步骤207，节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，同步时标携带节点本地时间信息、本地节点优先级编号和时间级别参数0；

节点A向其它节点发送同步时标的周期为T_txsync=α_tx×PID_A×Δt；节点A向其它节点发送同步时标的时间点为:t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)。

上述方法中，若TID_A大于所述预设的超时门限，则节点A不发送同步时标，并将本地时间恢复为调整前的时间，重新计算计算下一次同步时标发送的时间点，重新确定发送的同步时标中携带的节点优先级编号和时间级别。预设的超时门限可以为所述设定的时间级别等级划分单位的整数倍。若节点A在通信过程中接收到其它节点发送的同步时标，则可以从所述步骤103或203开始进行同步。节点A若在选择了向其它节点发送同步时标的时间点但该时间点未到达之前，又接收到其它节点发送的同步时标，则可以转到步骤103或203继续进行同步。上述过程中，同步时标的来源节点的优先级编号可以是同步时标的原始来源节点的优先级编号，即，假设节点A、B、C的优先级顺序由高到低，那么节点B收到节点A的同步时标，则调整本地时间，选择时间点发送同步时标，其中携带节点A的优先级编号；然后如果节点C收到的节点B发送的该同步时标，则节点C也调整本地时间，并与节点A对齐，选择时间点发送同步时标，节点C发送的同步时标中也携带节点A的优先级编号。

下面结合实施例对上述方法的应用进行具体描述：

实施例：

无线自组织网络中，通常采用帧来作为节点的时间度量单位，即时间轴上分为等长度的帧，而每帧内又会划分若干时隙，某些时隙发送数据，某些时隙发送控制信令。本实施例中也基于采用帧为时间度量单位的自组织网络，在此类自组织网络中，节点间只需保证每帧起始时间相同即可达到时间同步。

在本实施例中，网内每个节点都有唯一的优先级编号（假设优先级编号越小，优先级越高），每个节点会选择某帧的某个时隙向相邻设备发送同步时标，同步时标中携带节点的本地时间信息、来源节点的优先级编号，或者还携带了同步时标的时间优先级，其中由于本实施例中，节点间只需保证每帧起始时间相同即可达到时间同步，并且每个节点基于的时间帧结构都相同，所以同步时标中携带节点的本地时间信息，可以为该节点发送同步时标的时隙的编号；

对网内任意节点Ａ，设置节点A的静默时间为T帧，优先级编号为PID_A，数值为5，假设在某一时间点，设备开机入网或设备重启，时间同步过程步骤为：

步骤1，节点A在T帧内不发送同步时标或通信信号，只监听相邻节点发送的同步时标。

1）若节点A在T帧内接收相邻节点B发送的同步时标，同步时标中未携带时间优先级，则转到步骤2；若同步时标中还携带了时间优先级，则记录接收同步时标的时间为第t_rxsync帧（本例中t_rxsync=205），并转到步骤2；

2）若节点A在T帧内未接收任何相邻节点发送的同步时标，在T帧结束后下一帧，转到步骤3；

步骤2，节点A判断是否根据接收的同步时标调整本地时间。

假设节点A在第i个时隙接收到相邻节点B发送同步时标，若同同步时标中携带的时间来源节点的优先级编号为PID_B，并在同步时标中标记第k个时隙发送，则：

1）若PID_B数值为3，则优先级高于PID_A，节点A根据第i个时隙和第k个时隙的时间偏差，调整自身帧起始时间，与时间来源节点的帧起始时间完全对齐，即假如i=5，k=3，则将节点A的帧起始时间提前2个时隙，使得原来第5个时隙成为第3个时隙，再转到步骤3；

2）若PID_B数值为6，则优先级低于PID_A，则节点A不调整自身帧起始时间，并转到步骤3；

若同步时标中携带的时间来源节点的优先级编号为PID_B，在同步时标中标记第k个时隙发送，并且同步时标中还携带时间级别，时间级别为TID_B，则设置超时门限Th_timeout（Th_timeout=10），：

1）若PID_B数值为3，则优先级高于PID_A，且TID_B=8，则TID_B≤Th_timeout，节点A根据第i个时隙和第k个时隙的时间偏差，调整自身帧起始时间，使得第i个时隙调整为第k个时隙，与时间来源节点的帧起始时间完全对齐，即假如i=5，k=3，则将节点A的帧起始时间提前2个时隙，使得原来第5个时隙成为第3个时隙，转到步骤3；

2）若PID_B数值为3，PID_B优先级高于PID_A，但TID_B=12，TID_B＞Th_timeout，则节点A不调整自身帧起始时间，并转到步骤3；

3）若PID_B优先级低于等于PID_A，则节点A不调整自身帧起始时间，并转到步骤3；

步骤3，节点A选择时间点向相邻节点发送同步时标。

设置发送系数为α_tx，α_tx必须为大于0小于等于1的数值，本例中α_tx=1，则：

1）若节点A未调整自身的帧起始时间，则节点A发送同步时标的周期T_txsync=round（α_tx×PID_A），即为5帧，即节点A每隔5帧，选择当帧中某一时隙，发送一次同步时标，同步时标中，指示来源节点的优先级编号为PID_A（本例中为5），并指示其在第几个时隙发送同步时标，若还携带同步时标的时间级别，时间级别指示为0；而若在某个周期5帧内，节点A又接收到相邻节点的同步时标，则不再按5帧周期向相邻节点发送同步时标，而是从步骤2开始继续进行时间同步过程；

2）若节点A已根据接收的同步时标调整本地时间，若接收的同步时标中，未携带时间级别，而同步时标中时间来源节点的优先级编号为PID_B（以步骤2中举例为PID_B=3），则节点A发送同步时标的周期T_txsync=round（α_tx×PID_B），即为3帧，即节点A每隔3帧选择当帧中某一时隙，发送一次同步时标，同步时标中，指示来源节点的优先级编号为PID_B（本例中为3），并指示其在第几个时隙发送同步时标；而若在某个周期3帧内，节点A又接收到相邻节点的同步时标，则不再按3帧周期向相邻节点发送同步时标，而是从步骤2开始继续进行时间同步过程；

3）若节点A已根据接收的同步时标调整本地时间，接收到的同步时标携带的来源节点优先级编号为PID_B（以步骤2中举例为PID_B=3），时间级别为TID_B（以步骤2中举例为TID_B=8），设置系数λ_P（本例中设置为0.5），则节点A发送同步时标的周期：

T_txsync=round(α_tx×(PID_A+λ_P×|PID_A-PID_B|+(1-λ_P)×TID_B))，即为8帧；节点A每隔8帧选择当帧中某一时隙，发送一次同步时标，同步时标中，指示来源节点的优先级编号为PID_B（本例中为3），并指示其在第几个时隙发送同步时标，并且在发送时携带时间级别TID_A，根据公式TID_A=TID_B+(t_txsync-t_rxsync)/ΔTid，本例中ΔTid取为10帧，TID_B=8，假设在第一次按周期发送的同步时标时，t_txsync=214，则同步时标中携带的TID_A=8.9，以此类推，计算处在第3次按周期发送同步时标时，t_txsync=230，此时同步时标的时间级别TID_A=10.5，已经大于本例中的超时门限Th_timeout（步骤2中举例为10），则取消第3次发送的同步时标，并且节点A可重新调整自身帧起始时间，退回原来自身的帧起始时间，并且重新调整同步时标发送周期为5帧，发送的同步时标中，指示来源节点的优先级编号为PID_A（本例中为5），并指示其在第几个时隙发送同步时标，若还携带同步时标的时间级别，时间级别指示为0；而若在某个周期8帧内，节点A又接收到相邻节点的同步时标，则不再按8帧周期向相邻节点发送同步时标，而是从步骤2开始继续进行时间同步过程；

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种无线自组织网络中节点间时间同步的方法，其特征在于，无线自组织网中各节点均有唯一的优先级编号，对网内任意节点A，同步过程包括如下步骤：

1.1节点A在静默时间内监听其它节点发送的同步时标，若接收到同步时标，在则转到步骤1.2，否则在静默时间结束后转到步骤1.3；

1.2若接收到的同步时标的来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号，则节点A根据所述接收到的同步时标调整本地时间，并转到步骤1.3；否则，直接转到步骤1.3；

1.3：节点A选择时间点向其它节点发送同步时标，所述同步时标携带节点本地时间信息和节点优先级编号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.3，

节点A向其它节点发送同步时标的周期为：T_txsync=α_tx×PID×Δt，节点A向其它节点发送同步时标的时间点为：t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)，

若节点A未调整本地时间，则PID为节点A的优先级编号；

若节点A已根据所述接收到的同步时标调整本地时间，则PID为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号；α_tx>0为发送系数，Δt为设置的时间度量单位，t_cur为当前时间点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1.3中，

若节点A未调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为本地节点的优先级编号；

若节点A已根据接收的同步时标调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为来源节点的优先级编号。

4.根据权利要求1～3所述的方法之一，其特征在于，所述同步时标中还携带时间级别，所述步骤1.1包括：若节点A接收到同步时标则记录接收同步时标的时间；所述步骤1.2为：若接收到的同步时标的来源节点的优先级编号优先级高于本地节点优先级编号且接收到的同步时标携带的时间级别不大于预设的超时门限，则节点A根据所述接收到的同步时标调整本地时间，根据调整后的本地时间更新所述接收同步时标的时间，并转到步骤1.3；否则，直接转到步骤1.3。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤1.3，所述节点A向其它节点发送同步时标的周期为T_txsync，节点A向其它节点发送同步时标的时间点为：t_txsync=t_curr+n×T_txsync(n=1,2,3....)；具体为：

5.1若节点A未调整本地时间，则T_txsync=α_tx×PID_A×Δt；

5.2若节点A已根据所述接收的同步时标调整本地时间，则：T_txsync=α_tx×(PID_A+λ_P×|PID_A-PID_B|+(1-λ_P)×TID_B)×Δt；

其中，PID_A为所述本地节点优先级编号，PID_B为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号，TID_B为所述接收到的同步时标携带的时间级别，0<λ_P<1为设置系数。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述步骤1.3中，

6.1若节点A未调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为本地节点的优先级编号，时间级别为0；

6.2若节点A已根据接收的同步时标调整本地时间，则节点A发送的同步时标中携带的节点优先级编号为来源节点的优先级编号，时间级别为TID_A=TID_B+(t_txsync-t_rxsync)/ΔTid；

其中，PID_A为所述本地节点优先级编号，PID_B为所述接收到的同步时标的来源节点的优先级编号，TID_B为所述接收到的同步时标携带的时间级别，0＜λ_P＜1为设置系数，ΔTid为设置的时间级别等级划分单位，t_rxsync为所述更新后的接收同步时标的时间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若所述TID_A大于所述预设的超时门限，则所述步骤1.3中，节点A不发送同步时标，并将本地时间恢复为未所述调整前的时间，根据所述5.1重新计算计算下一次同步时标发送的时间点，根据所述6.1重新确定发送的同步时标中携带的节点优先级编号和时间级别。

8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述预设的超时门限为所述设定的时间级别等级划分单位的整数倍。

9.根据权利要求1～6所述的方法之一，其特征在于，所述步骤1.1还包括，若节点A在通信过程中接收到其它节点发送的同步时标，则从所述步骤1.2开始进行同步。

10.根据权利要求1～6所述的方法之一，其特征在于步骤1.3，所述节点A若在选择了向其它节点发送同步时标的时间点但该时间点未到达之前，又接收到其它节点发送的同步时标，则转到所述步骤1.2继续进行同步。