一种多跳移动自组织网络的同步方法与流程

1.本发明涉及无线移动自组织网络技术领域，特别是涉及一种多跳移动自组织网络的同步方法。


背景技术：

2.移动自组网是一种节点可任意移动的、自创建、自组织、自管理的临时性自治系统。移动自组网的最大特色就是，其通信不再依赖于基础设施，通信节点间通过分布式的服务，实现无中心的信息交互与共享。相对于有中心的通信网络，移动自组网有效地提高了网络的鲁棒性和抗毁性，避免了因中心节点失效而导致的全网故障。在移动自组网中，网络的覆盖范围不再取决于中心节点，只要相邻终端位于通信范围之内，网络的规模就能不断增大，有效拓展了通信的服务保障范围。
3.采用时分复用方式接入的移动自组网，其节点间的相互通信依赖于相对准确的网络时间同步，避免相互干扰。采用北斗/gps装置是一种常用的网络时间同步方式，但是北斗/gps信号受自然环境影响较大，如在密林、楼宇等环境下很难完成校时同步工作，对网络的稳定运行产生影响。而基于传统toa(到达时间)的定时方法需要较多的网络开销用于广播同步信息，其网络同步开销与网络节点数量的平方成正比。当网络规模较大时，网络同步开销会严重影响业务传输速率。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种多跳移动自组织网络的同步方法，能够在较少同步开销的条件下，完成较大规模、多跳网络的时间同步。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多跳移动自组织网络的同步方法，每个同步周期包含有n个同步子时隙以及n个不同的同步帧；所述同步子时隙与所述同步帧一一映射；一个网络节点在每个同步子时隙至多广播一次所述同步帧，同时所述同步帧在同步子时隙中至少被一个节点同时广播，具体包括初始同步阶段和跟踪同步阶段：
6.初始同步阶段具体为：各个节点侦听无线信道，若在限定的时间内未侦听到同步帧，则设置所述节点为主节点；否则，设置所述节点为从节点；所述主节点在同步周期的每个所述同步子时隙广播一次相应的所述同步帧；所述从节点在侦听到同步帧后，根据所述同步帧所在的同步子时隙初始化本地计时器，并在所述同步周期随后的每个同步子时隙广播一次相应的同步帧；
7.跟踪同步阶段具体为：各个节点确认自己是主节点还是从节点，若是主节点，则在同步周期的每个所述同步子时隙广播一次相应的所述同步帧；若是从节点，则判断是否在本地同步子时隙内侦听到相应的同步帧，若侦听到，则根据所述同步帧和同步子时隙更新本地计时器，并在所述同步周期随后的每个同步子时隙广播一次相应的同步帧；否则，继续侦听信道直到所有同步子时隙均已结束。
8.所述从节点根据所述同步帧所在的同步子时隙初始化本地计时器时，所述本地计时器的值初始化为t＝tn δ，tn为所述同步子时隙的起始时间，δ为同步帧发送与接收处理时间。
9.所述从节点根据所述同步帧和同步子时隙更新本地计时器时，所述本地计时器的值更新为t’＝αt (1-α)(tn δ)，t为所述本地计时器的当前计时值，tn为所述同步帧所在同步子时隙的起始时间，δ为同步帧发送与接收处理时间，α为平滑系数。
10.所述平滑系数α为0.1。
11.在所述跟踪同步阶段时，如果所述从节点侦听到多个相应的同步帧，则选择首个侦听到的同步帧更新本地计时器。
12.在所述跟踪同步阶段时，如果所述从节点在本同步周期内未侦听到所述同步帧，则同步失败次数加1；若所述同步失败次数超出设定阈值，则重置同步标志，重新开始初始同步阶段。
13.所述的多跳移动自组织网络的同步方法还包括子网融合阶段，所述子网融合阶段具体为：所述主节点在非同步子时隙内搜索同步帧，若搜索到同步帧，且本地同步子时隙号小于所述同步帧对应的时隙号时，则所述主节点变更为从节点，并初始化本地计时器；否则，继续搜索同步帧。
14.所述同步帧采用伪随机序列构成。
15.所述伪随机序列为gold码序列。
16.所述节点在侦听同步帧时，通过n路并行相关器的方式进行所述同步帧的捕获，当其中一路相关器的输出检测到相关峰，且相关峰的峰值为n路相关器中的最大峰值，且超出设定阈值时，则判断所述节点侦听到所述同步帧。
17.有益效果
18.由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明适用于移动自组织网络节点的自同步，无需依赖于外部同步源，如北斗/gps等；本发明适用于多跳网络，并对规模没有限制；网络用于同步维护的开销少，同步开销仅随着网络跳数的增加而呈现线性增长。
附图说明
19.图1是本发明实施方式的多跳移动自组织网络的同步方法流程图；
20.图2是本发明实施方式中子网融合阶段的流程图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
22.本发明的实施方式涉及一种多跳移动自组织网络的同步方法，本实施方式以一个n跳结构的无线自组织网络为例，网络节点的数量没有限制。该网络采用时分复用的方式，用于传输和调度的最大时间单元称为一个超帧。超帧包含用于传输数据的数据时隙和用于
网络同步的同步时隙。其中，同步时隙可分为n个同步子时隙，该同步子时隙采用集中或者分散的方式分布在超帧中。系统有且仅有n个同步帧bcnn(n＝0:n-1)，网络节点在同步子时隙广播同步帧。所述同步子时隙与所述同步帧是一一映射的，即节点在同步子时隙n时，能且仅能广播同步帧bcnn；一个网络节点在每个同步子时隙至多广播一次所述同步帧，同时所述同步帧在同步子时隙中至少被一个节点同时广播。
23.本实施方式选择n个长度一致的gold序列作为构成同步帧的伪随机序列。该序列具有良好的自相关特性，且相互间具有良好的互相关特性。同步帧bcnn的具体构成方式为，选择相应的gold序列n，并将该序列重复一次，然后进行信号处理以便于在无线信道上传输。由于gold序列具有良好的互相关和自相关特性，当接收端利用本地gold序列与接收到的同步帧进行相关计算时，两者的相位相匹配时将达到最大峰值。本实施方式利用同步帧的这一特性进行同步帧的侦听。具体方式为：接收端采取n路并行相关器的方式进行同步信号的捕获，当其中一路相关器连续两次检测到相关峰，且峰值为n路相关器中的最大峰值，且峰值超出设定的阈值，则判断该节点侦听到相应的同步帧。
24.节点的同步过程具体实现如下：
25.1.节点同步流程(见图1)
26.1)判断本节点的同步标志。若本节点进行初始同步，则转至步骤2)；否则转至步骤9)；
27.2)节点进入无线信道侦听状态，用于搜索同步帧，同时启动超时计数器。若节点搜索到同步帧且超时计数器未达到超时门限，则转至步骤3)；若计数器超时，则转至步骤7)；否则继续进行信道侦听；
28.3)设置本节点类型为从节点，初始化本地计时器为t＝tn δ，tn为所述同步帧对应同步子时隙的起始时间，δ为同步帧发送与接收处理时间；
29.4)判断是否为最后一个同步子时隙。若同步帧bcnn对应最后一个同步子时隙，则转至步骤14)；否则转至步骤5)；
30.5)等待下一个同步子时隙到来；
31.6)发送当前同步子时隙的同步帧，转至步骤4)；
32.7)设置本节点类型为主节点，初始化本地计数器为0；
33.8)本节点在同步子时隙0时，发送同步帧bcn0，然后转至步骤4)；
34.9)判断节点类型。若该节点为主节点，则转至步骤8)；否则转至步骤10)；
35.10)节点在本地同步子时隙内跟踪同步帧。若在本地同步子时隙n内接收到邻居节点广播的相应时隙对应的同步帧bcnn，则转至步骤11)；若节点在本同步周期结束时未侦听到同步帧，则转至步骤12)；否则继续等待；
36.11)更新本地计时器为t’＝αt (1-α)(tn δ)，t为所述本地同步子时隙的当前计时值(即本地计时器的当前计时值)，tn为所述同步帧所在同步子时隙的起始时间，δ为同步帧发送与接收处理时间，α为平滑系数；忽略本同步子时隙内接收到的其他同步帧；转至步骤5)；
37.12)更新跟踪失败次数并判断是否超出阈值。若失败次数超出设定的阈值，则转至步骤13)；否则转至步骤14)；
38.13)重置同步标志，转至步骤1)重新开始同步；
39.14)本同步周期结束，等待进入下一同步周期。
40.2.子网融合流程(见图2)
41.当空间中存在两个网络，且两个网络逐步相互靠近的时候，需要进行子网融合，使得两个网络达到同步状态。子网融合流程具体实施过程如下：
42.1)判断节点类型。若本节点为从节点，跳过本流程；若本节点为主节点则转至步骤2)；
43.2)节点在非同步子时隙内搜索同步帧。若搜索到同步帧bcnn，且本地同步子时隙号小于同步帧bcnn对应的时隙号n，则转至步骤3)；否则继续搜索同步帧；
44.3)本节点变更节点类型为从节点，并初始化本地计时器；
45.4)流程结束，该节点建立的同步网络被撤销，所属节点通过节点同步流程会逐步加入到新网络中。
46.不难发现，本实施方式的多跳移动自组织网络的同步方法适用于移动自组织网络节点的自同步，无需依赖于外部同步源，如北斗/gps等；本发明适用于多跳网络，并对网络的规模没有限制；网络用于同步维护的开销少，同步开销仅随网络跳数的增加而呈现线性增长。