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一种基于Ad hoc网络测距的时钟同步协议
来源:本站整理  作者:佚名  2010-06-20 10:48:17




    RTD包括下行传输时延(从主时钟节点到从时钟节点)和上行传输时延(从从时钟节点到主时钟节点)。首先,从时钟节点从主时钟节点读取时间标记,获得当地时钟基准,然后根据MAP找到主时钟节点分配的初始维护区,发出初始测距请求(RNG-REQ)。由于从时钟节点与主时钟节点之间存在距离,该请求将延迟一段时间到达,假设到达时刻为T=440。主时钟节点计算收到RNG-REQ的实际时刻与初始维护区起始时刻之差,在测距响应(RNG-RSP)中通过“定时调整”字段返回给从时钟节点。主时钟节点在发送RNG-RSP前还应该获得从时钟节点发送的确切频率、接收的实际功率等信息。主时钟节点在这些数据的基础上计算出校正数据,并在RNG-RSP中发送给从时钟节点。从时钟节点收到RNG-RSP后,根据下式计算收到第n个RNG-RSP后得到的定时偏移tn
   
    图1中初始维护使得从时钟节点的定时偏移调整为t1=120。在随后的站维护过程中,从时钟节点提前t1发送RNG-REQ,该数据分组在站维护区的起始时刻T=740到达主时钟节点。主时钟节点根据接收参数计算需要进行的附加微调,并通过轮询RNG-RSP返回给从时钟节点。从时钟节点根据式(1)继续调整定时偏移,直到主时钟节点指示测距过程成功。
2.2 全网络生成树的建立
  建立全网络同步是从建立生成树开始的。首先,从根节点发出一个层发现报文(包含根节点的层变量0)。根节点的所有单跳邻近节点为其自己分配的层号(1)加上层发现报文中的层变量,并接受根节点作为它们的父节点。然后第1层的节点发出它们自己的层发现报文,依此类推。同一层的每个节点选择一个随机延迟来避免过多的报文碰撞。一旦某个节点接收到第一个层发现报文,该报文的发出者就被作为接收方的父节点,而后来的层发现报文则被丢掉。节点找到它的父节点以后,就接收父节点周期性发出的时钟同步信号SYNC,并校正自己的本地时钟,同时,节点本身也周期性地发出时钟同步信号,使它的子节点也保持同步。
  由于报文碰撞或者在生成树建立以后某个节点才加入到网络中,因此有的节点可能没有接收到层发现报文。如果某节点i在一定的时间内没有接收到任何层发现报文,那么它就会向它的单跳邻近节点发出一个层发现请求报文,询问关于现在生成树的情况。之后,节点i会密切监听网络,收集在某个时间范围内的请求应答报文,然后在它的邻近节点中选择一个层变量最小的节点作为它的父节点。图2是节点i加入网络层次结构的过程示意图。


2.3 测距时钟同步方法的设计实现
  从时钟节点的初始测距要经历广播初始维护和单播站维护2个阶段。初始维护阶段调整从时钟节点的功率电平、上行信道中心频率和定时偏移等信息。站维护阶段对上述参数进行微量调整。初始测距过程可以设计为4个状态:等待初始维护机会、等待测距响应、等待站维护机会和等待轮询测距响应。图3所示为该过程的有限状态机图。

    从时钟节点必须补偿物理层的传输时延,相当于将从时钟节点放在与主时钟节点相近的地方。因而系统将初始定时偏移设为内部固定的时延量,包括从MAC层到物理层的延迟等。初始测距期间发送第一个RNG-REQ时,根据初始定时偏移计算提前发送的时间。主时钟节点收到请求后计算定时偏移等参数的校正值,并通过RNG-RSP返回给从时钟节点。响应中的“测距状态”字段指出从时钟节点下一步的动作(继续、中断或测距成功)。站维护阶段的测距请求、响应步骤重复多次,直到从时钟节点得到含有测距成功的通知或主时钟节点放弃测距响应为止。在系统运行过程中,当来自于从时钟节点的数据的到达时间与主时钟节点分配的时间之间的误差超过一定限度时,主时钟节点可以向从时钟节点发送报文,要求进行突发性的测距。从时钟节点周期性地发送测距请求,一般来说,发送周期间隔会比较长。

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