CN105357752B - 用于无线自组网的时间同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于无线自组网的时间同步方法及装置，应用于无线自组网中的第一节点。所述方法的具体实施方式包括：在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，其中，所述无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、信号发送时段、不反应时段和侦听时段；若是，则根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号；否则，控制所述相位线性增长，当所述相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。本实施例能够实现无线自组网的网内高精度时间互同步。

Description

用于无线自组网的时间同步方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种用于无线自组网的时间同步方法及装置。

背景技术

与传统的蜂窝网络相比，无线自组网没有中心控制器，所有节点分布式运行，不需要依靠现有固定通信网络基础设施，能够迅速展开使用，所需人工干预少，网络中所有节点地位平等。各个网络节点相互协作、通过无线链路进行通信、交换信息，实现信息和服务的共享，网络节点能够动态地、随意地、频繁地进入和离开网络，而常常不需要事先示警或通知，而且不会破坏网络中其他节点的通信。因此，具有良好的快速组网和抗摧毁性能，适合在传统移动通信网络所无法胜任的环境中工作。例如，在浩瀚无边的大海、荒芜人烟的沙漠、被地震或海啸所毁坏的城市、以及战场环境等特殊场所。

时间同步技术是无线网络重要的基础支撑技术之一，不仅是保证无线传感网络工程正常运行的必要条件，而且同步精度直接影响其它中间件的性能。在分布式无线自组网络系统中，由于物理上的分散性，系统无法为相互独立的模块提供统一的时间。而各模块都有自己的本地时钟，每个模块的本地时钟由于记时速率和运行环境的差异，即使在初始时都校准统一，但是一段时间后，所有模块的本地时钟还是会出现时钟偏移。为了让这些模块再次校准统一的时间，必须进行时间同步操作，达到整个网络所有节点的时隙对齐。

目前自组网络系统中采用的时间互同步技术主要采用萤火虫算法。但是，采用萤火虫算法的时间同步技术具有以下缺点：无线网络中，单独的脉冲信号无法被监测到，同时，现有的技术难以将信号在时间上收缩成一个无限短的脉冲；信号通过随机的无线信道进行传输，当节点之间的距离较大时，传播时延就不能被忽略，发送端发完信号，节点立即收到无法实现；接收端在收到信号后，需要时间来进行解析操作，也不可能瞬间完成相应操作。这就限制了萤火虫时间同步算法在无线自组网中的应用。

因此，如何改进传统的萤火虫算法，克服其对耦合延迟、网络拓扑和传播时延等因素很敏感的缺点，使其能够很好的适用于无线自组网，就成了本发明要研究的关键问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于无线自组网的时间同步方法及装置，以实现无线自组网中各节点稳定同步的目的。具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种用于无线自组网的时间同步方法，应用于无线自组网中的第一节点，所述方法包括：

在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，其中，所述无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、向自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发送的同步信号的侦听时段，所述第一同步信号为该其他节点在任一同步周期内的信号发送时段所发送的；

若是，则根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号；

否则，控制所述相位线性增长，当所述相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

进一步地，所述方法还包括：

在当前同步周期的信号发送时段内，向自身以外的节点发送第二同步信号，以使得在侦听时段接收到所述第二同步信号的节点基于所述第二同步信号调整相位，并在相位调整至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

进一步地，所述根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位包括：

控制相位持续线性增长，在此期间，对所述第一同步信号进行译码，根据所述无线自组网中各节点的身份标识确定所述第一同步信号的发送节点；

基于所述发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间；

延迟所述补偿时间后，计算相位增量；

根据所述相位增量对所述相位进行调整。

进一步地，根据下述公式计算相位增量：

其中，所述ω为所述第一节点的调整前相位值，所述Δω为所述相位增量，所述b为0-3之间的常数，所述ε为0-0.25之间的常数。

进一步地，任一同步周期的所述等待时段持续时间T_wait满足：

所述不反应时段持续时间T_refr满足：

所述侦听时段持续时间T_Rx满足：

T_Tx+T_wait+T_refr+T_Rx＝2T

其中所述T为所述无线自组网的时间同步周期，所述T_Tx为所述信号发送时段持续时间，所述T_dec为所述第一节点对所述第一同步信号进行译码所需的时间，所述为所述无线自组网中最大通信距离的两节点之间的传播时延。

进一步地，所述方法还包括：

通过预设的所述第一节点的训练序列和发送所述第一同步消息的所述其他节点的训练序列，计算所述第一同步消息所对应的传播时延；

基于所计算的传播时延，更新所述时延补偿列表中所述第一节点对发送所述第一同步消息的所述其他节点的补偿时间；

其中，更新所述补偿时间所利用的公式为：

其中，所述i为所述第一节点，所述j为发送所述第一同步消息的所述其他节点，所述为所述第一同步消息所对应的传播时延，所述为所述第一节点对发送所述第一同步消息的所述其他节点的补偿时间，所述ΔT₁为增加补偿时间时的调整步径，所述ΔT₂为减小补偿时间时的调整步径，且ΔT₁>ΔT₂。

进一步地，所述方法还包括：

当根据所述第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时，控制相位继续线性增长，在此期间，继续执行监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号的步骤。

第二方面，本发明提供了一种用于无线自组网的时间同步装置，应用于无线自组网中的第一节点，所述装置包括：

监听模块，用于在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，其中，所述无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、向自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发送的同步信号的侦听时段，所述第一同步信号为该其他节点在任一同步周期内的信号发送时段所发送的；

调整模块，用于响应于接收到来自其它节点的第一同步信号，根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号；

第一控制模块，用于响应于没有接收到来自其它节点的第一同步信号，控制所述相位线性增长，当所述相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

进一步地，所述调整模块包括：

执行子模块，用于控制相位持续线性增长，在此期间，对所述第一同步信号进行译码，根据所述无线自组网中各节点的身份标识确定所述第一同步信号的发送节点；

查询子模块，用于基于所述发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间；

计算子模块，用于延迟所述补偿时间后，计算相位增量；

调整子模块，用于根据所述相位增量对所述相位进行调整。

进一步地，所述装置还包括：

第二控制模块，用于当根据所述第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时，控制相位继续线性增长，在此期间，继续执行监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号的步骤。

本发明实施例提供的用于无线自组网的时间同步方法及装置，可以解决传统无线网络中时间同步算法对时延和网络拓扑结构变化的敏感性问题，打破同步收敛精度受限于网络中最大传输时延的限制，摆脱传统无线网络对外部时间同步信号的依赖，实现无线自组网的网内高精度时间互同步，为网络中节点间的通信提供了基础和技术支撑。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的一种用于无线自组网的时间同步方法的示例性流程图；

图2示出了各节点周期状态分布示意图；

图3示出了节点状态变化过程示意图；

图4示出了同步状态下节点状态变化示意图；以及

图5示出了根据本发明实施例提供的一种用于无线自组网的时间同步装置的功能模块架构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种用于无线自组网的时间同步方法的示例性流程图。本实施例主要以该方法应用于无线自组网中的第一节点为例来说明，可以理解的是，无线自组网中任意一节点均可以作为第一节点来执行本实施例所给出的时间同步方法。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种用于无线自组网的时间同步方法，可以包括如下步骤：

步骤101，在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号。

为了实现时间同步，无线自组网中的第一节点周期性地与其他节点进行时间同步。并且，在进入一个同步周期后，第一节点可以在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，并根据不同的监听结果执行不同的操作。

需要说明的是，无线自组网中的任一节点在每一同步周期均可以依次经历等待时段、向自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发送的同步信号的侦听时段。具体而言，为了实现网络中所有节点最终能够维持在一个稳定的同步收敛状态，本发明采用的一个策略是可以在发送端进行一个静态补偿，也即每个节点在每一个同步周期都可以首先经历一个等待时段，在等待时段内，节点的相位不发生改变，保持为0，且不接收来自其它节点的同步信号，在经历了等待时段之后，节点才进入发送时段，开始向其它节点发送同步信号。进一步的，

在同步周期的信号发送时段内，节点可以向自身以外的其它节点发送第二同步信号，以使得在侦听时段接收到第二同步信号的节点基于第二同步信号调整相位，并在相位调整至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

为了解决在无线自组网中，由于任意两个节点之间可能都存在不可忽略的传播时延而引起的雪崩效应，本发明引入了不反应时段。雪崩效应指的是：假设节点1和节点2之间的传播时延为T_pro，在0时刻，节点1触发并发送了一个同步信号，在时刻T_pro，该信号到达节点2，节点2产生相位突变后正好达到阈值，触发并发送一个同步信号，该信号在2T_pro时刻被节点1收到，可能造成其重复触发。而这种重复触发对实现同步并没有作用，相反，会增加整个网络信号传输拥塞的机率。

因此，经历发送时段后，节点可以进入不反应时段。在不反应时段内，节点的相位函数始终保持为0，即使接收到来自其它节点的信号也不改变。在节点发送完信号之后，增加了这一状态就可以保持系统稳定性。不反应时段持续时间T_refr需要满足：

其中，表示网络中最大的点到点的传播时延，也即在有效通信范围内相距最远的两节点之间的传播时延。根据应用的网络规模大小，由网络中节点的最大通信半径可以确定最大传播时延进而可以确定不反应时段持续时间的最小值。

经历不反应时段后，节点进入侦听时段。在侦听时段内，节点可以监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号。上述第一同步信号可以为该其它节点在任一同步周期内的信号发送时段所发送的。

请参考图2，其示出了各节点周期状态分布示意图。如图2所示，在整个2T周期内，各节点均可以经历等待时段、信号发送时段、不反应时段和侦听时段。其中，在一个节点不反应时段内，在时间顺序上发生了以下事件：其发送的同步信号经过无线信道传输到接收节点，耗时T_pro；接收节点完成了对同步信号的译码，耗时T_dec；接收节点在动态补偿该同步信号的传输时间后，完成了相位的增量调整，耗时T_comp。优选地或附加地，在一个同步周期内，等待时段持续时间T_wait满足：

侦听时段持续时间T_Rx满足：

T_Tx+T_wait+T_refr+T_Rx＝2T

其中T为无线自组网的同步周期，可以通过各时段之间的时间关系来设置合理的同步周期T的大小。T_Tx为信号发送时段持续时间，通过同步信号数据包的大小和节点的发送速率，可以计算出同步信号发送时间，即信号发送时段持续时间T_Tx。

节点对第一同步信号进行译码所需的时间T_dec可以通过测算各节点完成同步信号译码所需花费的平均时间来得出。

步骤102，响应于接收到来自其它节点的第一同步信号，根据第一同步信号调整第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号。

在本实施例中，当第一节点接收到来自其它节点的第一同步信号后，可以根据第一同步信号调整第一节点的当前相位，并且，若调整后相位达到阈值，则可以将相位置零，并控制第一节点提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号。

在本实施例的一个可选实现方式中，可以按照下述步骤根据第一同步信号调整第一节点的当前相位：第一节点控制其相位持续线性增长，在此期间，对第一同步信号进行译码，根据无线自组网中各节点的身份标识确定第一同步信号的发送节点；基于发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间；延迟补偿时间后，计算相位增量；根据相位增量对相位进行调整。

第一节点接收到来自其它节点的第一同步信号后，首先需要对第一同步信号进行解析。第一节点在完成对第一同步信号的解析后，并不会立即进行相位调整，而是需要延迟一段时间，以解决网络中节点间传播时延各不相同的问题。具体地，每个节点都在本地建立了一个时延补偿列表，其中记录了收到来自每个邻节点的同步信号时，需要补偿的对应时间。每次节点收到同步信号后，先对信号进行译码，判断信号来自哪个邻节点，然后在表中查到相应补偿时间，然后延迟该时间之后，对相位进行增量调整。

为了解决信号源的识别问题，在无线自组网构建时，可以根据网络中总节点个数，来设定身份标识序列。动态补偿实现的是对每次传播时延没有达到最大值时，进行自适应的补偿，所以判断信号来源是必不可少的一步。当接收节点收到带身份标识的信号后，解出标识信息，就能判断信号来源，然后自适应的对传播时延进行补偿。

完成对第一同步信号的译码和动态补偿之后，第一节点可以计算相应的相位增量。在本实施例中，可以根据下述公式计算相位增量：

其中，ω为第一节点的调整前相位值，Δω为相位增量，b为0-3之间的常数，ε为0-0.25之间的常数。b表示耗散因子，ε表示振幅增量。这两个参数用来调整各节点之间相互影响的强度。在第一节点的侦听期，接收到来自其他节点的同步信号时，在延迟了对应的补偿时间之后，根据当前的相位值，给自己相位一个迅速的增量Δω，使振荡器改变原来的触发时刻而提前触发。相位增量Δω取决于第一节点收到邻节点同步信号时刻的当前相位，达到同步所需要的时间与b·ε成反比。

优选地或附加地，第一节点完成时延补偿、相位调整之后，还需要完成时延补偿列表的更新。首先可以通过预设的第一节点的训练序列和发送第一同步消息的其他节点的训练序列，计算第一同步消息所对应的传播时延。然后基于所计算的传播时延，更新时延补偿列表中第一节点对发送第一同步消息的其他节点的补偿时间。其中，更新补偿时间所利用的公式为：

其中，i为第一节点，j为发送第一同步消息的其他节点，为第一同步消息所对应的传播时延，为第一节点对发送第一同步消息的其他节点的补偿时间，ΔT₁为增加补偿时间时的调整步径，ΔT₂为减小补偿时间时的调整步径，且ΔT₁>ΔT₂。

随着网络状态的改变，时延估计值在越来越趋近精确值的过程中，补偿值也在随着变化，动态更新。初始时，补偿列表的值都为0，每次接收信号，调整相位的同时，也在更新着列表。ΔT₁和ΔT₂为把最大传播时延分割成的最小时间片段，这一值的选取会影响收敛的速度和精度。由上述公式可以看出，ΔT越小，最终所得到的补偿时间就越精确，达到的补偿精度也就越高。ΔT越大，不需要很多次的迭代更新，补偿时间就可以很接近理论值，调整速度明显更快。实际中，如果对于同步精度要求非常高，而对于达到收敛的时间没有严格要求，则我们可以对最大传播时延进行更小的分割，即ΔT设置的更小。如果需要快速达到同步状态，而对精度的要求相对较低一点，则可以将补偿步径设置得稍微大一点。

在本实施例中，训练序列的引入是为了计算两节点之间的传播时延。在无线自组网构建时，可以为网络中每个节点都设置自己独立的训练序列，其随时间变化。网络中每个节点都会在自己本地维持所有节点的训练序列，当收到来自邻节点的同步信号时，根据身份标识信号可以确定信号来自哪个节点，找到本地维持的该节点的训练序列与接收信号中提取出来的同步序列进行相关操作，如果时延为0，此时两个序列应该是一样的，相关后其频域峰值会在0的位置，但因为时延，它们已经不同了，此时峰值会偏离0位置，偏离量即可换算成时延。因此，第一节点接收到其它节点的同步信号时，可以通过本地维持的训练序列与接收到的信号中提取出来的训练序列做相关运算，根据相关运算后出现的峰值偏移量，可估算出信号在空中经历的传播时间T_pro。在接收端同步过程中，由于网络处于非同步状态，即所有节点的时隙尚未完全对齐，通过训练序列计算出的传播时延可能只是一个大概的估算值。随着同步过程的继续，节点之间越来越接近完全同步，这个值也就会越来越趋近于实际精确值。

可以理解，当第一节点根据第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时，其可以控制相位继续线性增长。并且在此期间，可以继续执行监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号的步骤。

步骤103，控制相位线性增长，当相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

在本实施例中，若第一节点没有接收到来自其它节点的第一同步信号，则在侦听时段内，控制其相位线性增长，当相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

具体地，根据侦听时段持续时间T_Listen，设置时间相位函数ω(t)，满足：

即ω(t)是关于时间的线性函数。随着时间t由0到T_Listen，节点的相位由0线性增长到最大值ω_th。当到达阈值后，节点就会进入下一个同步周期的等待时段，同时，节点的相位函数保持为0。

如上所述，在本实施例中，每个节点的初始状态随机分布在0-2·T之间，即在等待时段、信号发送时段、不反应时段和侦听时段四种状态之间随机分布，且处于每种状态的随机位置。

请参考图3，其示出了节点状态变化过程示意图。以第一节点进行说明，如图3所示，经过一段时间后，任意截取一段长度为4T的时间，第一节点在经历了等待时段、发送时段和不反应时段后，在τ+t₁时刻进入侦听时段，在此时段内，第一节点未收到来自邻节点的同步信号，相位随着时间线性增长至阈值，在τ+2T时刻触发，节点进入下一个同步周期的等待时段，完成本轮周期的调整。

如图3所示，以第一节点进行说明，第一节点在τ+2T时刻，触发并进入下一个周期的等待时段，在等待一段时间T_wait后，在τ+t₂时刻开始发送同步信号，包含了身份标识和训练序列。接着经过不反应时段，第一节点再次进入侦听时段。在此时段内，接收到了来自邻节点的同步信号。该信号从被发送节点发送开始，经过了发送时T_Tx、传播时间T_pro，在τ+t₃时刻，被第一节点收到。接下来第一节点开始对同步信号进行译码，经过时间T_dec，译码过程完成。此时，节点并不会立即进行相位调整，而是首先由身份标识信号确定了该信号的信号源，接下来第一节点开始查找本地时延补偿列表，在列表中找到了对发送节点的补偿时间T_comp，继续等待T_comp的时间长度。在此期间，第一节点的相位依然是随着时间在线性增长的，当达到图3中的τ+t₄时刻，节点根据当前相位ω(τ+t₄)，由公式

计算出调整后的相位此时相位依然没有达到阈值ω_th，第一节点将继续相位的线性自增。在该侦听时段剩下时间里，第一节点没有再收到其它邻节点的同步信号，在τ+t₅时刻，第一节点的相位达到阈值ω_th，触发并提前进入下一个同步周期的等待时段。

由图3可以看出，如果本同步周期内第一节点没有与其它节点交互信息，相位线性增长至触发则发生在τ+4·T时刻，由此看来另一节点的同步信号让第一节点的触发提前了，进而使得下一个同步周期的起始时刻提前了(4·T-t₃)的时间。通过这种调整，改变了所有节点之间的时隙对齐状态。自组网中所有节点通过这种方式的不断迭代交互，最终分成两组，触发时间间隔刚好为一个周期T。

请参考图4，其示出了同步状态下节点状态变化示意图。如图4所示，在τ时刻，第一节点触发，经历了等待时段后，在τ+t₁时刻，开始发送同步信号。该信号经过T_pro的传播时延，在τ+t₂时刻到达第二节点。第二节点2经过T_dec的时间完成对信号的译码，然后根据从时延补偿列表中查到的时延T_comp，延迟该时间之后，刚好在τ+T时刻调整节点的相位。而此时节点2通过自然的线性增长，相位也正好到达阈值，根据公式

发现该同步信号对第二节点的相位刚好不产生影响，即同步信号产生的影响与线性自增的效果完全同步。反过来，当第二节点发送同步信息，对第一节点也刚好产生不了影响。随着迭代不断继续，当所有节点之间都达到这种同步状态，则整个网络就达到了完全同步的稳定状态。

本实施例提供的用于无线自组网的时间同步方法，可以解决传统无线网络中时间同步算法对时延和网络拓扑结构变化的敏感性问题，打破同步收敛精度受限于网络中最大传输时延的限制，摆脱传统无线网络对外部时间同步信号的依赖，实现无线自组网的网内高精度时间互同步，为网络中节点间的通信提供了基础和技术支撑。

请参考图5，其示出了根据本发明实施例提供的一种用于无线自组网的时间同步装置500的功能模块架构示意图。

如图5所示，本实施例提供的用于无线自组网的时间同步装置500包括：监听模块510、调整模块520以及第一控制模块530。

监听模块510用于在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，其中，无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、向自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发送的同步信号的侦听时段，第一同步信号为该其他节点在任一同步周期内的信号发送时段所发送的。

调整模块520用于响应于接收到来自其它节点的第一同步信号，根据第一同步信号调整第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号。

第一控制模块530用于响应于没有接收到来自其它节点的第一同步信号，控制相位线性增长，当相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

在本实施例的一个可选实现方式中，调整模块520包括：

执行子模块，用于控制相位持续线性增长，在此期间，对第一同步信号进行译码，根据无线自组网中各节点的身份标识确定第一同步信号的发送节点；

查询子模块，用于基于发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间；

计算子模块，用于延迟补偿时间后，计算相位增量；

调整子模块，用于根据相位增量对相位进行调整。

在本实施例的一个可选实现方式中，用于无线自组网的时间同步装置500还包括：

计算模块，用于通过预设的所述第一节点的训练序列和发送所述第一同步消息的所述其他节点的训练序列，计算所述第一同步消息所对应的传播时延；

更新模块，用于基于所计算的传播时延，更新所述时延补偿列表中所述第一节点对发送所述第一同步消息的所述其他节点的补偿时间；

其中，更新所述补偿时间所利用的公式为：

其中，所述i为所述第一节点，所述j为发送所述第一同步消息的所述其他节点，所述为所述第一同步消息所对应的传播时延，所述为所述第一节点对发送所述第一同步消息的所述其他节点的补偿时间，所述ΔT₁为增加补偿时间时的调整步径，所述ΔT₂为减小补偿时间时的调整步径，且ΔT₁>ΔT₂。

在本实施例的一个可选实现方式中，用于无线自组网的时间同步装置500还包括：

第二控制模块，用于当根据第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时，控制相位继续线性增长，在此期间，继续执行监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号的步骤。

本实施例提供的用于无线自组网的时间同步装置，可以解决传统无线网络中时间同步算法对时延和网络拓扑结构变化的敏感性问题，打破同步收敛精度受限于网络中最大传输时延的限制，摆脱传统无线网络对外部时间同步信号的依赖，实现无线自组网的网内高精度时间互同步，为网络中节点间的通信提供了基础和技术支撑。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于无线自组网的时间同步方法，其特征在于，应用于无线自组网中的第一节点，所述方法包括：

在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，其中，所述无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、向自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发送的同步信号的侦听时段，所述第一同步信号为该其它节点在任一同步周期内的信号发送时段所发送的；

若是，则根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号；

否则，控制所述相位线性增长，当所述相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在当前同步周期的信号发送时段内，向自身以外的节点发送第二同步信号，以使得在侦听时段接收到所述第二同步信号的节点基于所述第二同步信号调整相位，并在相位调整至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位包括：

控制相位持续线性增长，在此期间，对所述第一同步信号进行译码，根据所述无线自组网中各节点的身份标识确定所述第一同步信号的发送节点；

基于所述发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间；

延迟所述补偿时间后，计算相位增量；

根据所述相位增量对所述相位进行调整。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据下述公式计算相位增量：

其中，所述ω为所述第一节点的调整前相位值，所述Δω为所述相位增量，所述b为0-3之间的常数，所述ε为0-0.25之间的常数。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，任一同步周期的所述等待时段持续时间T_wait满足：

所述不反应时段持续时间T_refr满足：

所述侦听时段持续时间T_Rx满足：

T_Tx+T_wait+T_refr+T_Rx＝2T

其中，所述T为所述无线自组网的同步周期，所述T_Tx为所述信号发送时段持续时间，所述T_dec为所述第一节点对所述第一同步信号进行译码所需的时间，所述为所述无线自组网中最大通信距离的两节点之间的传播时延。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间之后，所述方法还包括：

通过预设的所述第一节点的训练序列和发送所述第一同步消息的所述其它 节点的训练序列，计算所述第一同步消息所对应的传播时延；

基于所计算的传播时延，更新所述时延补偿列表中所述第一节点对发送所述第一同步消息的所述其它 节点的补偿时间；

其中，更新所述补偿时间所利用的公式为：

其中，所述i为所述第一节点，所述j为发送所述第一同步消息的所述其它 节点，所述为所述第一同步消息所对应的传播时延，所述为所述第一节点对发送所述第一同步消息的所述其它 节点的补偿时间，所述ΔT₁为增加补偿时间时的调整步径，所述ΔT₂为减小补偿时间时的调整步径，且ΔT₁>ΔT₂。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当根据所述第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时，控制相位继续线性增长，在此期间，继续执行监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号的步骤。

8.一种用于无线自组网的时间同步装置，其特征在于，应用于无线自组网中的第一节点，所述装置包括：

监听模块，用于在当前同步周期的侦听时段内，监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号，其中，所述无线自组网中的任一节点在每一同步周期均依次经历等待时段、向自身以外节点发送同步信号的信号发送时段、不反应时段和监听并处理自身以外节点所发送的同步信号的侦听时段，所述第一同步信号为该其它节点在任一同步周期内的信号发送时段所发送的；

调整模块，用于响应于接收到来自其它节点的第一同步信号，根据所述第一同步信号调整所述第一节点的当前相位，若调整后相位达到阈值，相位置零，提前进入下一个同步周期的等待时段，准备发送同步信号；

第一控制模块，用于响应于没有接收到来自其它节点的第一同步信号，控制所述相位线性增长，当所述相位增长至阈值时，进入下一个同步周期的等待时段。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：

执行子模块，用于控制相位持续线性增长，在此期间，对所述第一同步信号进行译码，根据所述无线自组网中各节点的身份标识确定所述第一同步信号的发送节点；

查询子模块，用于基于所述发送节点，在预先建立的时延补偿列表中查询相应的补偿时间；

计算子模块，用于延迟所述补偿时间后，计算相位增量；

调整子模块，用于根据所述相位增量对所述相位进行调整。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二控制模块，用于当根据所述第一同步信号所调整的相位没有达到阈值时，控制相位继续线性增长，在此期间，继续执行监听是否接收到来自其它节点的第一同步信号的步骤。