CN113098674B - 一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统 - Google Patents

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CN113098674B CN202110269055.2A CN202110269055A CN113098674B CN 113098674 B CN113098674 B CN 113098674B CN 202110269055 A CN202110269055 A CN 202110269055A CN 113098674 B CN113098674 B CN 113098674B
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Abstract

本发明实施例提出了一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统，所述方法包括：在至少两个带有时钟的节点上电后，通过竞争择优的方式获取主节点；将主节点作为粗同步的基准时钟源；所述主节点周期性向周边发送组网广播帧；剩余节点根据所述组网广播帧自组织成通信网络；所述基准时钟源广播同步广播帧；待进行时间同步的节点接收并解析所述同步广播帧；所述待进行时间同步的节点根据解析结果中的时延调整自身绝对时间，实现粗同步；根据修正量，采用互同步方法完成时间的细同步。本申请解决了传统的主从细同步的鲁棒性、抗干扰能力差的问题，也克服了传统的互同步收敛速度慢的问题。

Description

一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统
技术领域
本发明涉及一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统，特别是涉及信号与信息处理技术领域。
背景技术
时间同步也叫时钟同步，目的就是要实现网络中所有节点本地时钟的同步，整个过程就是把所有节点的时钟都调到与系统统一标准时钟对齐。在一个分布式无中心的网络中，维护一个全局的时钟，以使得整个系统中所有与时间相关的事件具有统一的时间参考点，目的是确保所有节点发送和接收消息在时间逻辑上有正确的因果关系。
现有技术中，无线自组织网络中时钟同步技术主要分为硬件同步和软件同步两种方式。其中，硬件同步方式采用GPS系统作为时钟源，每个节点在本地配备GPS接收器，以此保持所有节点之间的时间同步，但是GPS装置比较昂贵，成本高，并且在水下或是建筑物之内是无法使用的，同时无线网因其结构灵活，易组织和移动的特点得到广泛应用，但是每个节点的功耗承载能力较差，而GPS接收机这种装置的能耗非常大，加上安全性低，因此并不适用。
软件同步方式通过设计一套完善的同步协议或是算法，使得网络中所有节点都遵循这个规则来运行，通过网络中节点相互之间的信息交互和控制，实现整个系统的时间同步。但由于无线自组织网络的分布式和无控制中心的特性，传统的时间同步算法并不适用。
发明内容
发明目的：提出一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题，克服了传统的主从细同步的鲁棒性、抗干扰能力差的问题，也克服了传统的互同步收敛速度慢的问题。
技术方案：第一方面，提供了一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，该方法具体包括以下步骤：
在至少两个带有时钟的节点上电后，通过竞争择优的方式确定主节点；
将主节点的时钟作为粗同步的基准时钟源；
通过所述主节点周期性向周边的剩余节点发送组网广播帧；
所述剩余节点接收并解析所述组网广播帧，若成功，则加入自组织的通信网络；
所述主节点向网内的剩余节点广播包含时间同步信息的同步广播帧；
网内的剩余节点接收并解析所述同步广播帧，根据解析结果中的时延调整自身绝对时间，实现粗同步；
网内的剩余节点采用互同步方法完成时间的细同步。
在第一方面的一些可实现方式中，用于作为粗同步基准时钟源的主节点获取过程如下：
读取各节点自身的主节点意愿值；
判断所述主节点意愿值与预定义数值的关系；
当满足关系时，将该节点作为网络的主节点；反之，通过分组择优的方式实现主节点的选取；
其中，所述主节点意愿值用来表明节点自身成为主节点的优先级，在地面指定主节点的情况下将该节点的意愿值设为预定数值；在竞争择优的情况下，各节点的初始意愿值都置为1；当所述节点自身的主节点意愿值为1时，天线将切换为接收状态，并维持预定时间段的接收状态。
在第一方面的一些可实现方式中，在分组择优的阶段时，所有节点在维持预定时间段的接收状态后，开始默认自身为主节点，并将天线工作模式切换为发射状态，向周边发送广播帧。
每个节点发送完毕后进行载波侦听，收取其他节点发送的广播信息。
每收到其他1个节点发送的广播信息，且链路质量值满足门限要求，则将自身意愿值加1。
在第一方面的一些可实现方式中，分组择优就是在发送第一次全网广播信息后，一个节点若能收到另外一个节点或多个节点的广播，就认为当前节点是组内的主节点，并记录下侦听到的节点的识别编号，然后多个组内主节点进行第二轮主节点择优选取；各组内主节点给第一次广播侦听到的节点发送广播消息，通知这些节点不需要再发送广播消息，即此时只有组内主节点可以发送广播消息；各组内主节点发完广播后继续侦听其他主节点的广播消息，一旦收到其他组内主节点的广播后，再通知一次其他组内主节点停止发送广播消息，以此类推，最终当其中某个组的主节点的意愿值达到N时，就向全网广播一次，表示主节点竞争阶段已完成，从而进入建链组网阶段；当最终有多个节点的意愿值达到N时，通过在意愿值计算中增加链路质量加权，实现链路质量最佳网络主节点的选取。其中N表示组建网内带有时钟节点的数量值。
在第一方面的一些可实现方式中，基准时钟源周期性向周边发送广播帧用于报告节点自己的姿态位置、速度、时钟、设备识别编号、主节点意愿值、连接节点识别编号及链路质量值，用于建立数据通信链路，并自组织成网络。
在第一方面的一些可实现方式中，同步广播帧的消息格式包括：同步头、源节点编号、消息类型、发送时刻、位置、速度。其中，源节点编号共8位，前四位为簇号，后四位为簇内编号。
待进行时间同步的节点接收同步帧，根据解析出的发送时刻、自身位置信息和主节点位置信息，获取电磁波传播时延，结合自身解析处理延时，调整自身时间，完成时间粗同步。
在第一方面的一些可实现方式中，粗同步从帧同步的发起站开始，各节点的帧起始时刻向其逐级对齐，直到所有可达节点的帧起始时刻和发起站对齐，从而完成粗略对齐过程；粗同步后根据节点间相对速度、与基准时间节点之间的跳数等参数，维护一个时间质量等级的量；其具体维护过程如下：
节点开机后侦听搜索来自网内节点发出的同步信息，若在规定的时间内没有侦听到同步信息，则认为附近没有可以与其通信的节点，该节点作为发起节点发起组网，周期性向外发同步信息，并将自身的时间等级设置为‘0’级；
若在规定时间内侦听到网内节点发出的帧同步信息，则将接收到帧同步信息的时刻作为暂时时隙同步初始时刻，修改本地时隙参考，发送接入请求，同步于上级节点，时钟等级设置为上级节点的等级加“1”；
当节点同时收到多个同步信息时，以最高优先级的时钟作为暂时的帧起始时刻在相应时隙发送应答接入信息，对于其它的帧同步不予理会；
多个独立的节点分别组网后，对多个“子网”进行融合，并通过比较各自“子网”中的节点个数来决定时间优先级。
在第一方面的一些可实现方式中，采用互同步方法对时间进行细同步，待进行时间同步的节点将自身与其所有邻居节点之间的时间偏差进行平均，并将其作为时间的调整量，用于修正自身的参考时间基准；
其中，细同步的具体实现步骤如下：
步骤1、每个节点分别以本地参考时隙为基准时刻发送一个数据包，内容包括自己的连通度，即节点的一跳邻居节点个数；
步骤2、每个节点分别接收相邻节点发送的数据包，计算接收的数据包和自己的参考时隙基准之间的时间延迟值δij，保存这个时间延迟值并发送给对应的相邻节点；
步骤3、每个节点接收相邻发送的时间延迟值δji，根据如下表达式计算与各个节点的参考时间基准的偏差：
Figure GDA0003767699900000041
式中，δij表示接收的数据包和自己的参考时隙基准之间的时间延迟值，δji表示节点接收相邻发送的时间延迟值，Tslot表示同步信息交互周期；
步骤4、每个节点根据下式计算相应的加权系数：
Figure GDA0003767699900000042
式中，di表示i节点的连通度，即i节点的一跳邻居节点个数；
步骤5、每个节点根据下式计算自己的参考时隙修正值εi，并修正自己的参考时间基准，修正后的时间基准再发送一个包括自己连通度di的数据包，随后在转至步骤2，直到迭代次数满足预定义精度停止迭代；
Figure GDA0003767699900000043
式中，Mij表示节点i与节点j之间的加权系数，且∑j∈NMij＝1；Δtij(n)表示第n次调整时i节点与j节点的时隙偏差。
第二方面，提供一种高速载体自组织网数据链端机时间同步系统，该系统具体包括以下模块：
用于选取主节点的第一模块；
用于组建网络的第二模块；
用于粗同步时间的第三模块；
用于细同步的第四模块。
在第二方面的一些可实现方式中，在至少两个带有时钟的节点上电后，第一模块通过竞争择优的方式获取主节点，并将所述主节点作为第三模块的基准时钟源；所述第二模块根据所述主节点周期性发送的广播帧进行建链组网；所述第三模块接收所述基准时钟源广播的同步广播帧，根据解析出的发送时刻、自身位置信息和主节点位置信息，获取电磁波传播时延，结合自身解析处理延时，调整自身时间，完成时间粗同步；所述第四模块采用互同步方法，通过端机之间的双向时间传递完成节点时间细同步。
在第二方面的一些可实现方式中，网络中的节点均有一个的时钟，可用于获取自身的位置信息。每个节点都有一个全网唯一的身份识别编号。每个节点都维护一个与其他所有一跳邻居节点的链路质量值表。其中，链路质量值表最初始的链路质量值由节点对自由传播空间进行采样得到。
有益效果：本发明提出了一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统，首先通过设计一套主节点竞争算法实现主节点的选取，然后设计了一种粗同步方法实现粗同步，最后设计了一种简化的时隙互同步算法实现细同步的自组网时间同步方法，解决了传统的主从细同步的鲁棒性、抗干扰能力差的问题，也克服了传统的互同步收敛速度慢的问题。
附图说明
图1为本发明实施例方法步骤框图。
图2为本发明实施例择优选择的流程图。
图3为本发明实施例同步帧消息的格式示意图。
图4为本发明实施例时隙粗同步过程及时间质量等级示意图。
图5为本发明实施例网络节点的拓扑结构图。
图6为本发明实施例细同步仿真结果图。
具体实施方式
本发明通过一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法及系统，解决了传统的主从细同步的鲁棒性、抗干扰能力差的问题，也克服了传统的互同步收敛速度慢的问题。为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
申请人认为，在硬件实现同步过程中，采用GPS系统作为时钟源，虽然可以快速高效的达到高精度的同步，但是具备成本高，使用场景受到限制、安全性低等缺点。就精准时钟源而言，现有的北斗系统可以提供精准时钟源。其中，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统GPS、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，都是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度可达10纳秒甚至更高。
申请人认为，在软件实现同步过程中，虽然成本较低，但是可获得的同步精度受限于算法的设计。
在一个实施例中，提出一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，自组织网全网中拥有N个节点，每个节点均拥有一个高精度的时钟，且该时钟可以获取节点自身的位置信息。每个节点都有一个全网唯一的身份ID标识，且每个节点都维护一个与其他所有一跳邻居节点的链路质量值表。在节点实现时间同步的过程中，如图1所示，具体步骤为：
步骤一、通过设计主节点竞争实现基准时钟源的选取；
步骤二、粗同步所有节点的时间；
步骤三、利用简化后的时隙互同步方法实现自组织网各节点的时间同步。
具体的，在网络节点开机上电后，利用一种基于对称链路的无先验信息的主节点选择算法，在无需考虑信道双向传输的差异的情况下，主节点通过竞争择优方式实现参考时钟源的选取，达到简单实用，迭代速度快，便于进行工程实现的目的。当开始时各个节点若无外部预先注入信息，对于单个节点而言，由于网络中未有指定主节点，则每个节点将进入主节点竞争阶段，其中，每个节点中通过主节点意愿值来表明自身成为主节点的优先级，主节点优先级最大为255；当地面指定主节点时，则将该主节点的意愿值设为255。在竞争择优的情况下，各节点的初始意愿值都置为1，当节点意愿值为1时，将天线切换为接收状态，并维持侦听接收状态Tm时长，优选实施例中Tm＝2s。最初始的链路质量值由节点对自由传播空间进行采样得到，其与自由传播空间的原始的无线电噪声、自身接收机噪声系数、ADC的有效位数、天线波束指向等有关，具体按大小分为0～255等级。
在具体的实施例中，主节点的竞争择优过程如图2所示，具体实现步骤如下：
网络中各节点上电后，查询自身的主节点意愿值，并根据预定义的数值关系进行判断；
当节点查询到自身意愿值为255时，则认为自身是网络的主节点，开始周期性向周边发送广播帧，报告自己的姿态位置、速度、时钟、设备ID号、主节点意愿值、连接节点ID及链路质量值(0～255)等信息，并退出主节点竞争阶段，其中优选的广播帧发送时间为10ms发送一次，随后，各子节点在2s时间内开始接收意愿值为255节点的广播帧，并进入建链组网阶段。
当每个节点的意愿值都为1时，则进入竞争择优阶段，所有节点在维持2s的接收状态后，开始默认自身为主节点，将天线工作模式切换为发射状态，向周边发送广播帧，报告自己的姿态位置、速度、时钟、设备ID号、主节点意愿值、连接节点ID及链路质量值(0～255)等信息，其中优选的广播帧发送时间为7ms发送一次。每个节点发送完毕后持续进行载波侦听，收取其他节点发送的广播信息。当收到其他1个节点发送的广播信息，且链路质量值满足门限要求时，将自身意愿值加1。
由于自身天线发射指向与其余N-1个节点的发射指向能够对准的可能性偏低，以及多节点在发送广播时冲突的概率偏高，主节点竞争择优按照分组择优的方法来实现。其中，分组择优是在发送第一次全网广播信息后，一个节点若能收到另外一个节点或多个节点的广播，就认为当前节点是组内的主节点，并记录下侦听到的节点的ID号。同理，整个网络中必然存在多个组内主节点，多个组内主节点进行第二轮主节点择优选取。各组内主节点给第一次广播侦听到的节点发送广播消息，通知这些节点不需要再发送广播消息。此时整个网络中只有组内主节点可以发送广播消息，降低了多节点发送广播的冲突概率。各组内主节点发完广播后继续侦听其他主节点的广播消息，一旦收到其他组内主节点的广播后，再通知一次其他组内主节点停止发送广播消息，以此类推，最终当其中某个组的主节点的意愿值达到N时，就向全网广播一次，表示主节点竞争阶段已完成，可以进入建链组网阶段。若最终有多个节点的意愿值达到N时，则在意愿值计算中增加链路质量加权，来选取链路质量最佳的网络主节点。
具体的，当主节点确认后进入时间粗同步阶段，该阶段由主节点作为基准时间节点向各从节点发送如图3所示的同步广播帧，当节点收到主节点发来的同步帧后，根据解析出的发送时刻Ts、自身位置信息和主节点位置信息解算出电磁波传播时延Td，以及自身的解析处理延时Tp，将自身绝对时间调整为Ts+Td+Tp，从而完成粗同步过程。其中，同步广播帧中的源节点编号共8位，前四位为簇号，后四位为簇内编号。粗同步的精度主要受定位精度、节点处理延时精度、相对运动速度、节点间时钟精度误差等影响。经过粗同步，同步精度可以达到微秒或亚毫秒量级，同时，粗同步后根据节点间相对速度、与基准时间节点之间的跳数等参数，维护一个叫时间质量等级的量。
时隙粗同步从帧同步的发起站开始，各节点的帧起始时刻向其逐级对齐，直到所有可达节点的帧起始时刻和发起站对齐，从而完成粗略对齐过程。如图4所示。对齐误差会随着对齐过程的逐级传递而逐次累加。
各节点时间等级的维护主要有两大作用，一是在时钟参考源的节点因被敌方干扰或击落失联时，可以快速选择一个时间等级最高的节点作为参考源，从而提高鲁棒性和抗干扰能力；二是可以各节点的时间等级可以作为时钟同步算法的一个重要输入参数项，为后期的算法进一步优化改进提供基础参数。关于时隙粗同步过程时间等级的维护过程描述如下：
节点开机后侦听搜索来自网内节点发出的同步信息，若在规定的时间内没有侦听到同步信息，则认为附近没有可以与其通信的节点，该节点作为发起节点发起组网，周期性向外发同步信息，并将自身的时间等级设置为“0”级。
若在规定时间内侦听到网内节点发出的帧同步信息，则将接收到帧同步信息的时刻作为暂时时隙同步初始时刻，修改本地时隙参考，发送接入请求，同步于上级节点，时钟等级设置为上级节点的等级加“1”。
当节点同时收到多个同步信息时，以最高优先级的时钟作为暂时的帧起始时刻在相应时隙发送应答接入信息，而对于其它的帧同步不予理会；但是入网后要与其邻居节点交互信令。
由于节点开机顺序不同，多个独立的节点分别组网后，各自的网络可能进入彼此的覆盖区域，此时要对多个“子网”进行融合，融合的首要工作即是各子网的时间基准再同步，将通过比较各自“子网”中的节点个数来决定时间优先级。
在传统的无线自组网互同步方法中，由于没有主节点来告知网络中各个节点统一的时间参考基准，因此在各节点没有一个统一的时隙初始时刻，在没有粗的统一时间参考基准基础上进行互同步需要大量的迭代，本发明中采用先进行竞争主节点及粗同步的方法，进而得到一个粗的可达μs或亚ms量级的时间基准，在此基础上进行互同步迭代，进而缩短细同步迭代时间，除此之外，采用互同步方法也克服了萤火虫算法对时延的敏感性差的缺点。
具体的，网络中节点完成时隙粗同步后，通信过程中采用互同步算法完成时隙细同步，通过端机之间的双向时间传递完成节点时间同步，提供精确相对时间。由于每个节点只能知道它与其邻居节点的时隙偏差，假设节点i与其邻居节点j，节点i的参考时间为ti，节点j的参考时间为tj，那么节点i能够知道的时间信息是节点i的参考时间与节点j的参考时间之间的偏差tij＝ti-tj，节点i根据自己与其所有邻居节点的时隙偏差进行平均，此平均值作为时隙调整量εi，根据这个时隙调整量来修正自己的参考时隙基准ti。节点不必知道自己的参考时间ti，只需把参考时隙参考基准ti减去计算出来的εi。优选实施例中，拓扑结构如图5所示，节点4在第n次时隙调整过程中，节点4只能感知到自身和其一跳邻居节点的时隙偏差，即与节点3、节点2、节点5和6的参考时隙偏差Δt43(n)、Δt42(n)、Δt45(n)、Δt46(n)。节点4用感知的所有一跳邻居节点的时隙偏差计算出时隙调制量：
Figure GDA0003767699900000091
式中，ε4表示第n次调整时节点4的时隙调整量；Δtij(n)表示第n次调整时i节点与j节点的时隙偏差；ηij(n)表示第n次调整时节点i向节点j发送数据的信道质量加权因子，对称链路中ηij(n)＝ηji(n)。
则根据计算出来的时隙调整量来调整自己下一时隙的参考时隙基准：
t4(n+1)＝t4(n)-ε4(n)
式中，ε4(n)表示第n次调整时节点4的时隙调整量；t4(n)表示节点4在第n次调整时的时隙参考基准。
此时，无需知道节点本地参考时隙和邻居节点的参考时隙，只要根据和邻居节点的时隙偏差计算出修正量修正即可。具体步骤如下：
步骤1、每个节点分别以本地参考时隙为基准时刻发送一个数据包，内容包括自己的连通度，即节点的一跳邻居节点个数；
步骤2、每个节点分别接收相邻节点发送的数据包，计算接收的数据包和自己的参考时隙基准之间的时间延迟值δij，保存这个时间延迟值并发送给对应的相邻节点；
步骤3、每个节点接收相邻发送的时间延迟值δij，根据如下表达式计算与各个节点的参考时间基准的偏差：
Figure GDA0003767699900000092
式中，Tslot表示同步信息交互周期；
步骤4、每个节点根据下式计算相应的加权系数：
Figure GDA0003767699900000101
式中，di表示i节点的连通度，即i节点的一跳邻居节点个数。
步骤5、每个节点根据下式计算自己的参考时隙修正值εi，并修正自己的参考时间基准，修正后的时间基准再发送一个内容包括自己的连通度di的数据包，随后在转至步骤2。
Figure GDA0003767699900000102
式中，Mij表示节点i与节点j之间的加权系数，且∑j∈NMij＝1。
其中，循环迭代的次数由预定义的精度决定。至此，时间同步过程完成。
根据上述同步过程进行建模仿真，共设置64个节点，节点间的时钟初始误差服从高斯分布，每个节点有5个一跳邻居节点，迭代20次。仿真结果如图6所示。本仿真进行了64个节点的同步仿真，图中，较为平直的线是同步后的各端机的时间曲线，变化幅度较大的为同步前的曲线。其均方差从同步前的1.102924449457944，下降为同步后的0.007221166619577，可见同步精度提高了两个数量级。当粗同步精度达到10μs量级，则细同步后可以达到100ns量级。
基于提出的同步方法，提出一种高速载体自组织网数据链端机时间同步系统用于实现该方法，该系统具体包括以下模块：
用于选取主节点的第一模块；
用于组建网络的第二模块；
用于粗同步时间的第三模块；
用于细同步的第四模块。
具体的，在N个带有高精度时钟的节点上电后，第一模块通过竞争择优的方式获取主节点，并将所述主节点作为第三模块的基准时钟源；所述第二模块根据所述主节点周期性发送的广播帧进行建链组网；所述第三模块接收所述基准时钟源广播的同步广播帧，根据解析出的发送时刻、自身位置信息和主节点位置信息，获取电磁波传播时延，结合自身解析处理延时，调整自身时间，完成时间粗同步；所述第四模块采用互同步方法，通过端机之间的双向时间传递完成节点时间细同步。
网络中的节点均有一个高精度的时钟，可用于获取自身的位置信息。每个节点都有一个全网唯一的身份识别编号。每个节点都维护一个与其他所有一跳邻居节点的链路质量值表。其中，链路质量值表最初始的链路质量值由节点对自由传播空间进行采样得到。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (9)

1.一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
在至少两个带有时钟的节点上电后，通过竞争择优的方式确定主节点；
将主节点的时钟作为粗同步的基准时钟源；
通过所述主节点周期性向周边的剩余节点发送组网广播帧；
所述剩余节点接收并解析所述组网广播帧，若成功，则加入自组织的通信网络；
所述主节点向网内的剩余节点广播包含时间同步信息的同步广播帧；
网内的剩余节点接收并解析所述同步广播帧，根据解析结果中的时延调整自身绝对时间，实现粗同步；
网内的剩余节点采用互同步方法完成时间的细同步；所述细同步的具体实现步骤如下：
步骤1、每个节点分别以本地参考时隙为基准时刻发送一个数据包，内容包括自己的连通度，连通度为节点的一跳邻居节点个数；
步骤2、每个节点分别接收相邻节点发送的数据包，计算接收的数据包和自己的参考时隙基准之间的时间延迟值δij，保存这个时间延迟值并发送给对应的相邻节点；
步骤3、每个节点接收相邻发送的时间延迟值δji，根据如下表达式计算与各个节点的参考时间基准的偏差：
Figure FDA0003763645360000011
式中，δij表示接收的数据包和自己的参考时隙基准之间的时间延迟值，δji表示节点接收相邻发送的时间延迟值，Tslot表示同步信息交互周期；
步骤4、每个节点根据下式计算相应的加权系数：
Figure FDA0003763645360000012
式中，di表示i节点的连通度，连通度为i节点的一跳邻居节点个数；
步骤5、每个节点根据下式计算自己的参考时隙修正值εi，并修正自己的参考时间基准，修正后的时间基准再发送一个包括自己连通度di的数据包，随后在转至步骤2，直到迭代次数满足预定义精度停止迭代；
Figure FDA0003763645360000013
式中，Mij表示节点i与节点j之间的加权系数，且∑j∈NMij＝1；Δtij(n)表示第n次调整时i节点与j节点的时隙偏差。
2.根据权利要求1所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，确定所述主节点过程如下：
读取各节点自身的主节点意愿值；
判断所述主节点意愿值与预定义数值的关系；
当满足关系时，将该节点作为网络的主节点；反之，通过分组择优的方式实现主节点的选取；
其中，所述主节点意愿值用来表明节点自身成为主节点的优先级，在地面指定主节点的情况下将该节点的意愿值设为预定数值；在竞争择优的情况下，各节点的初始意愿值都置为1；当所述节点自身的主节点意愿值为1时，天线将切换为接收状态，并维持预定时间段的接收状态。
3.根据权利要求2所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，在分组择优的过程中，所有节点在维持预定时间段的接收状态后，开始默认自身为主节点，并将天线工作模式切换为发射状态，向周边发送广播帧；
每个节点发送完毕后进行载波侦听，收取其他节点发送的广播信息；
每收到其他1个节点发送的广播信息，且链路质量值满足门限要求，则将自身意愿值加1。
4.根据权利要求2所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，所述分组择优是在发送第一次全网广播信息后，一个节点若能收到另外一个节点或多个节点的广播，就认为当前节点是组内的主节点，并记录下侦听到的节点的识别编号，然后多个组内主节点进行第二轮主节点择优选取；各组内主节点给第一次广播侦听到的节点发送广播消息，通知这些节点不需要再发送广播消息，此时只有组内主节点可以发送广播消息；各组内主节点发完广播后继续侦听其他主节点的广播消息，一旦收到其他组内主节点的广播后，再通知一次其他组内主节点停止发送广播消息，以此类推，最终当其中某个组的主节点的意愿值达到N时，就向全网广播一次，表示主节点竞争阶段已完成，从而进入建链组网阶段；当最终有多个节点的意愿值达到N时，通过在意愿值计算中增加链路质量加权，实现链路质量最佳网络主节点的选取；其中N表示组建网内带有时钟节点的数量值。
5.根据权利要求1所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，基准时钟源周期性向周边发送广播帧用于报告节点自己的姿态位置、速度、时钟、设备识别编号、主节点意愿值、连接节点识别编号及链路质量值，用于建立数据通信链路，并自组织成网络。
6.根据权利要求1所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，所述同步广播帧的消息格式包括：同步头、源节点编号、消息类型、发送时刻、位置、速度；
所述源节点编号共8位，前四位为簇号，后四位为簇内编号；
待进行时间同步的节点接收所述同步广播帧，根据解析出的发送时刻、自身位置信息和主节点位置信息，获取电磁波传播时延，结合自身解析处理延时，调整自身时间，完成时间粗同步。
7.根据权利要求1所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步方法，其特征在于，粗同步从帧同步的发起站开始，各节点的帧起始时刻向其逐级对齐，直到所有可达节点的帧起始时刻和发起站对齐，从而完成粗略对齐过程；粗同步后根据节点间相对速度、与基准时间节点之间的跳数参数，维护一个时间质量等级的量；其具体维护过程如下：
节点开机后侦听搜索来自网内节点发出的同步信息，若在规定的时间内没有侦听到同步信息，则认为附近没有可以与其通信的节点，该节点作为发起节点发起组网，周期性向外发同步信息，并将自身的时间等级设置为‘0’级；
若在规定时间内侦听到网内节点发出的帧同步信息，则将接收到帧同步信息的时刻作为暂时时隙同步初始时刻，修改本地时隙参考，发送接入请求，同步于上级节点，时钟等级设置为上级节点的等级加“1”；
当节点同时收到多个同步信息时，以最高优先级的时钟作为暂时的帧起始时刻在相应时隙发送应答接入信息，对于其它的帧同步不予理会；
多个独立的节点分别组网后，对多个“子网”进行融合，并通过比较各自“子网”中的节点个数来决定时间优先级。
8.一种高速载体自组织网数据链端机时间同步系统，用于实现权利要求1～7任意一项所述的方法，其特征在于，具体包括以下模块：
用于选取主节点的第一模块；
用于组建网络的第二模块；
用于粗同步时间的第三模块；
用于细同步的第四模块；
在至少两个带有时钟的节点上电后，第一模块通过竞争择优的方式获取主节点，并将所述主节点作为第三模块的基准时钟源；所述第二模块根据所述主节点周期性发送的广播帧进行建链组网；所述第三模块接收所述基准时钟源广播的同步广播帧，根据解析出的发送时刻、自身位置信息和主节点位置信息，获取电磁波传播时延，结合自身解析处理延时，调整自身时间，完成时间粗同步；所述第四模块采用互同步方法，通过端机之间的双向时间传递完成节点时间细同步。
9.根据权利要求8所述的一种高速载体自组织网数据链端机时间同步系统，其特征在于，
网络中的节点均有时钟，可用于获取自身的位置信息；
每个节点都有一个全网唯一的身份识别编号；
每个节点都维护一个与其他所有一跳邻居节点的链路质量值表；
所述链路质量值表最初始的链路质量值由节点对自由传播空间进行采样得到。
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