CN109586834A - 一种辅助时间基准自动选择的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种辅助时间基准自动选择的方法，通过节点周期交互邻居链路状态信息，从而动态选出最优的辅助时间基准节点，从而解决时分复用网络时间同步问题。该方法不仅可以在数据链两跳网络中使用，多跳自组织网络中也同样适用。该方法在实际工程上得到应用，有效满足了网络动态性的需求，提高了网络的同步精度。

Description

一种辅助时间基准自动选择的方法

技术领域

本发明涉及数据链网络技术领域，特别涉及多跳网络中自动选择辅助时间基准的方法。

背景技术

数据链网络是一个无中心、分布式网络架构，它要求保证业务既可靠又快速地送达目的节点。在战术数据链一般采用时分复用共享信道，该方式可解决网络用户间的碰撞问题，传输效率高。为确保各用户发送时隙不产生碰撞，全网需要统一时间基准保证网络时间同步，在该体制的网络中，为了扩展网络通信覆盖范围，其通过设定辅助时间基准节点使多跳外的节点可以入网，保证网络的同步精度。

在上述网络中，现有Link16数据链只支持两级网络的时间同步，即需要预先人工指定时间基准和辅助时间基准，时间基准视距范围内的节点跟时间基准节点进行精确时间同步，时间基准视距范围外的节点通过跟辅助时间基准节点进行精确的时间同步，达到全网的时间同步。现有数据链网络在运行过程中不能依据拓扑变化或链路质量情况自动选择最优的辅助时间基准，造成某些节点通信覆盖范围内无时间基准或辅助时间基准，从而影响整个网络的同步精度。针对上述问题，虽然可以采用人工动态调整辅助时间基准的策略，但也只是在一定程度上解决了某些节点通信覆盖范围内无同步基准节点问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于链路质量和邻居信息动态选举辅助时间基准的方法，通过节点周期交互邻居链路状态信息，从而动态选出最优的辅助时间基准节点，从而解决时分复用网络时间同步问题。该方法不仅可以在数据链两跳网络中使用，多跳自组织网络中也同样适用。该方法在实际工程上得到应用，有效满足了网络动态性的需求，提高了网络的同步精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)每个节点以设定周期T发送HELLO消息，HELLO消息中包含本节点邻居的ID及链路状态信息；通过周期性接收邻居节点的HELLO消息，节点获得一跳邻居和两跳邻居的ID信息及链路状态信息，生成一跳邻居表和两跳邻居表；HELLO消息只在一跳范围内广播，其他节点收到后不再转发；

(2)网络中各节点通过一跳邻居表和两跳邻居表独立计算各自的多点中继节点MPR，首先获得节点M的邻居集合N(m)和两跳邻居集合N 2(m)，赋节点M的MPR集合MPR(m)的初始值为空；然后在N(m)中选择本节点必须通过其才能到达某两跳邻居节点的节点N，加入MPR列表，同时将能够通过节点N到达的两跳邻居节点从N 2(m)集中移除；重复选择直到没有节点N能到达某两跳邻居节点；如果此时在N2(m)中还存在没有被MPR(m)覆盖的节点，对不是MPR的每个邻居节点分别计算它的覆盖度，选择覆盖度最大的邻居，如果有多个满足条件的节点，选择连接度最高的邻居，将该邻居K加入MPR(m)，然后将能够通过节点K到达的两跳邻居节点从N2(m)中移除；重复选择直到N2(m)集合为空；

(3)网络中预先指定的时间基准节点周期发送辅助时间基准节点生成消息，该消息全网广播，将具有转发该消息能力的节点选为辅助时间基准节点；当具有辅助时间基准责任的节点超过设定时长未发送辅助时间基准生成消息，则将该节点转换成普通节点。

本发明的有益效果是：首先，本发明无需人工预先指定辅助时间基准节点，能够依据节点间拓扑变化和链路质量自动选举出辅助时间基准节点，从而可以适应数据链网络拓扑的动态变化。其次，该方法不止适用于两跳的数据链网络，对于多跳的自组织网络的辅助时间基准选择同样适用。本发明已经在实际工程中得到应用，演示效果表明，在复杂的陆地网络环境下，本发明能够满足网络动态性需求，保证网络具有较高的同步精度。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明实例的网络拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

(1)生成一跳邻居表和两跳邻居表

每个节点以T周期发送HELLO消息，HELLO消息中包含本节点邻居的ID及链路状态信息。通过周期性接收邻居节点的HELLO消息，节点获得一跳邻居和两跳邻居的ID信息及链路状态信息。HELLO消息只在一跳范围内广播，其他节点收到后不再转发。

(a)一跳邻居表构建

一跳邻居节点链路状态主要包含：非对称链路(ASYM_NEIGH)、对称链路(SYM_NEIGH)、MPR链路(MPR_NEIGH)、失效链路(LOST_NEIGH)和不存在该表项(NO_NEIGH)。当节点收到HELLO消息并且消息中包含本节点链路质量为SYM_NEIGH、ASYM_NEIGH或MPR_NEIGH时，该节点与邻居节点链路状态为SYM_NEIGH；当节点收到HELLO消息但消息中不包含本节点ID信息，该节点与邻居节点链路状态为ASYM_NEIGH；当本节点收到HELLO消息但消息中不包含本节点ID信息，本节点当前状态为LOST_NEIGH，该节点与邻居节点链路状态为ASYM_NEIGH；当定时器超时，当前邻居链路状态为SYM_NEIGH、ASYM_NEIGH或MPR_NEIGH时，该节点与邻居节点链路状态为ASYM_NEIGH；当本节点选取邻居节点为MPR节点，该节点域邻居节点链路状态为MPR_NEIGH。

(b)两跳邻居表构建

两跳邻居状态只包括两种链路状态：两跳对称链路(2HOP_NEIGH)和不存在该表项(NO_NEIGH)。当节点收到邻居HELLO消息，与该邻居为双向链路，并且邻居的邻居链路状态为双向链路，两跳邻居表链路状态为2HOP_NEIGH；当两跳邻居表表项过期或者邻居表该邻居不再是双向链路，两跳邻居表链路状态更改为NO_NEIGH。

(2)计算多点中继(MPR)节点

网络中各节点通过一跳邻居表和两跳邻居表独立计算各自的多点中继节点，节点与多点中继节点之间必须是双向对称链路，通过该节点能够达到所有两跳邻居节点。

表1、符号定义

MPR的选举算法具体描述如下：

第一步：获得N(m)，N2(2)开始计算MPR。

第二步：计算N(m)的连接度，即邻居节点和N 2(m)中节点相连的个数。在N(m)中选择满足条件1的节点N，本节点必须通过节点N才能到达某两跳邻居节点(条件1)，将满足条件1的节点N加入MPR列表，MPR(m)＝MPR(m)+{节点N}，同时将能够通过节点N到达的两跳邻居节点从N 2(m)集中移除。重复选择直到没有满足条件1的情况。

第三步：如果此时在N2(m)中还存在没有被MPR(m)覆盖的节点，对不是MPR的每个邻居节点分别计算它的覆盖度，该覆盖度为当前能够覆盖的N 2(m)中没有被MPR覆盖的节点个数。选择覆盖度最大的邻居，如果有多个满足条件的节点，选择连接度最高的邻居(条件2)，将该邻居K加入MPR(m)，然后将能够通过节点K到达的两跳邻居节点从N2(m)中移除。重复执行第三步，直到N2(m)集合为空退出。

(3)选出辅助时间基准节点

网络中预先指定的时间基准节点周期发送辅助时间基准节点生成消息，该消息全网广播。时间基准发送该消息，时间基准一跳邻居只有被为MPR的节点才有能转发该消息，以此类推，只有被转发节点选为MPR节点才能转发该消息。通过全网广播，将具有转发该消息能力的节点选为辅助时间基准节点。当具有辅助时间基准责任的节点长时间(三T个周期)未发送辅助时间基准生成消息，那么该节点转换成普通节点。

下面结合图2对本发明的具体实施方法进行详细介绍。

(1)假设网络中有12个节点，其ID号分别为1、2、3、4…12，节点1为时间基准节点，各节点间链路为对称链路。在统一的时间轴上，每个节点依以6秒一个周期发送HELLO消息，HELLO消息中包含本节点邻居的ID及链路状态信息。节点通过解析HELLO消息生成本地一跳邻居和两条邻居列表，如下所示。

表2邻居列表

(2)网络中各节点通过一跳邻居表和两跳邻居表独立计算各自的MPR节点，通过MPR节点能够达到所有两跳邻居节点，如果选择邻节点为MPR节点，那么更新邻节点的链路状态为MPR_NEIGH。各节点生成MPR列表如下所示：

表3 MPR列表

节点ID	MPR列表
		1	{5,6}
2	{1}
		3	{1}
4	{1}
		5	{1}
6	{1，9}
		7	{5}
8	{5}
		9	{6}
10	{6}
		11	{6}
12	{9}

(3)节点1为时间基准节点，时间基准节点以6秒为周期发送辅助时间基准节点生成消息。该消息包含序列号，每发送一条该消息，序列号加1，每个节点通过序列号去重。节点1发送的辅助时间基准节点生成消息，节点5、6通过HELLO消息感知与节点1的链路状态为MPR_NEIGH，那么节点5、6分别转发辅助时间基准节点生成消息，节点9接收到节点6的转发辅助时间基准节点生成消息，节点9发现与节点6的链路状态为MPR_NEIGH，那么节点9继续转发该消息。该网络中节点5、6、9都具有转发辅助时间基准节点生成消息职责，那么节点5、6、9将自己选举为辅助时间基准节点。

假如节点12退网，那么9和12之间的链路状态经过18秒超时后，链路状态变为LOST_NEIGH，节点9不会转发节点6发送的辅助时间基准节点生成消息，经过18秒定时器超时后，节点9将不担任辅助时间基准责任。

以上步骤给出了网络自动选择辅助时间基准节点方法的实现流程，该方法能够依据网络拓扑状况并结合链路状态动态选举辅助时间基准，保证了网络的同步性能。

Claims (1)

1.一种辅助时间基准自动选择的方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)每个节点以设定周期T发送HELLO消息，HELLO消息中包含本节点邻居的ID及链路状态信息；通过周期性接收邻居节点的HELLO消息，节点获得一跳邻居和两跳邻居的ID信息及链路状态信息，生成一跳邻居表和两跳邻居表；HELLO消息只在一跳范围内广播，其他节点收到后不再转发；

(2)网络中各节点通过一跳邻居表和两跳邻居表独立计算各自的多点中继节点MPR，首先获得节点M的邻居集合N(m)和两跳邻居集合N 2(m)，赋节点M的MPR集合MPR(m)的初始值为空；然后在N(m)中选择本节点必须通过其才能到达某两跳邻居节点的节点N，加入MPR列表，同时将能够通过节点N到达的两跳邻居节点从N 2(m)集中移除；重复选择直到没有节点N能到达某两跳邻居节点；如果此时在N2(m)中还存在没有被MPR(m)覆盖的节点，对不是MPR的每个邻居节点分别计算它的覆盖度，选择覆盖度最大的邻居，如果有多个满足条件的节点，选择连接度最高的邻居，将该邻居K加入MPR(m)，然后将能够通过节点K到达的两跳邻居节点从N2(m)中移除；重复选择直到N2(m)集合为空；

(3)网络中预先指定的时间基准节点周期发送辅助时间基准节点生成消息，该消息全网广播，将具有转发该消息能力的节点选为辅助时间基准节点；当具有辅助时间基准责任的节点超过设定时长未发送辅助时间基准生成消息，则将该节点转换成普通节点。