一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法技术

本发明专利技术涉及一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，该方法包括:选举阶段，系统选择连接性最大节点作为网络根节点；分簇阶段，在网络事件异步且配备定向天线场景下，以网络根节点为起始完成网络分簇，同时完成网络初始同步；同步阶段，通过簇内与簇间同步稳定同步效果；维护阶段，就节点的移动入网与退网分别进行维护策略分析。与现有技术相比，本发明专利技术具有优秀的同步性能，可以很好解决基于波束成型天线的分簇同步问题，采用簇间同步优先策略可以有效提高同步效率，并且与拓扑维护相结合能很好的适应动态网络拓扑带来的影响。

A cluster based time synchronization method with topology maintenance

The invention relates to a synchronization method combining topology maintenance clustering, the method includes: election stage, system to select the maximum node as the root node connectivity network; clustering stage, asynchronous events in the network and equipped with directional antennas to network scenarios, the root node as initial complete network clustering, at the same time to complete the initial network synchronization; the synchronization phase, through intra cluster and inter cluster synchronization stable synchronization effect; the maintenance phase, the mobile network node and back network maintenance strategy analysis respectively. Compared with the prior art, the invention has good synchronization performance, can well solve the synchronization problem of cluster beam forming antenna based on the cluster synchronization priority strategy can effectively improve the efficiency of synchronization, and topology maintenance combined effects can adapt to the dynamic network topology is the.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，尤其是涉及一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法。
技术介绍
无线AdHoc网络是一种有特殊用途的网络，最初起源于美国军事研究领域，它在没有中心基础设施情况下，可以实现多个移动终端临时互联，解决移动通信网络快速搭建的问题。AdHoc网络组网灵活快捷，逐步从军事通信研究发展到民用通信领域，被广泛应用于野外探测，移动目标勘探以及地震水灾后临时通信网络建设等方面。AdHoc网络中的节点可以任意移动，同时无线传播条件不断变化，导致网络节点通信链路也在变化。此外网络节点本身也面临着节点失效与节点加入的情况，这增加了网络拓扑维护与时间同步的难度。AdHoc网络不同于静态传感器网络，其应用场景决定了分布式网络将面临着由于节点运动造成的网络拓扑结构动态变化，这种拓扑结构的变化将直接影响同步效果。网络时间同步是节点与邻居节点时间交互的过程，而网络拓扑的频繁变化将极难保证节点与邻居节点关系，导致同步精度的严重损失，同时波束成形天线的定向特性也使得邻居节点关系发现过程富有难度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，具有优秀的同步性能，可以很好解决基于波束成型天线的分簇同步问题，采用簇间同步优先策略可以有效提高同步效率，并且与拓扑维护相结合能很好的适应动态网络拓扑带来的影响。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，该方法包括:选举阶段，系统选择连接性最大节点作为网络根节点；分簇阶段，在网络事件异步且配备定向天线场景下，以网络根节点为起始完成网络分簇，同时完成网络初始同步；同步阶段，通过簇内与簇间同步稳定同步效果；维护阶段，就节点的移动入网与退网分别进行维护策略分析。该方法具体步骤如下：步骤A：选举阶段，选举阶段通过全向发现过程与定向选举过程选择网络中连接性最大的节点作为网络根节点，该网络根节点将作为下一个阶段中分簇初始节点，同时也是网络时间参考节点；步骤B：定向分簇阶段，网络节点时间异步，同时节点工作在定向模式，此时网络节点需要预先规划收发状态，此时节点以选举阶段根节点为起始，依照分簇规则将网络分成簇状网络，在分簇阶段传输分簇信息的同时会通过传播网络根节点的时钟信息完成网络节点的第一次初始同步；步骤C：时间同步阶段，通过线性回归模型完成簇间节点的时间同步，而簇首节点对簇内节点迭代时间信息，促使簇内节点时间达到分布式一致收敛；通过分布式迭代与线性回归两种同步模型的混合，完成全网节点的时间同步；步骤D：维护阶段，贯穿于整个网络，其维护包括两个方面，一是针对于节点移动的动态拓扑维护，包括节点的移动，入网以及退网三种状态；二是针对于时间同步的维护，周期性地传播同步信息以便维护时间同步的效果。所述的步骤A具体包括以下子步骤：步骤A1：全向发现，在全向发现过程中，波束成形天线工作于全向模式，通过天线的DOA估计建立邻居节点的位置信息；全向过程假设节点周围邻居节点较分散，不存在多个节点位于同一节点的同一波束方向，否则将影响DOA估计的准确性；当网络对邻居节点方向发现比例超过阈值时，此时发现过程结束，节点保存邻居节点方向信息；步骤A2：定向发现，定向发现过程刚开始时，由于网络节点异步，节点之间的时隙不一定对齐，因此不同节点负责维护自身周期与时隙；节点在每个周期开始时独立选择收发状态，发送状态节点从全向发现过程保存的邻居方向信息表中随机选择方向，并在一周期内保持方向不变，每个时隙持续发送选举数据包；由于节点间时隙不对齐，接收状态节点分别于所有接收方向停留至少超过一个时隙才可确保接收数据包，设定接收状态节点在每个接收方向停留两个时隙；发送状态节点一段时间后进入接收时隙，而此时接收状态节点将切换至发送时隙快速回复应答数据包，因此一周期内节点通信可完成收发两次交互，接收状态节点应答的数据包包含根节点选举信息。所述的定向发现选举出根节点，即节点解析选举数据包，根据以下规则更新根节点ID、根节点度数以及时间戳信息；Step1.只有当选举数据包中的时间戳快于本地保存的时间戳时才更新时间戳信息；Step2.只有当选举数据包中的根节点度数大于本地保存的根节点度数，或者两者度数相同，选举数据包中根节点的ID更小的情况下才更新节点本身的根节点ID与根节点度数信息；该根节点将作为下一个阶段中分簇初始节点，同时也是网络时间参考节点。所述的分簇规则采用的是3hBAC-B(3-hopBetweenAdjacentClusterheadersUsingBeamformingantennas)算法，有效解决定向异步模式下的网络分簇。所述的步骤B具体包括以下子步骤：步骤B1：开始时，分簇阶段对节点分别定义{Init,Head,Member,Guest,Competition本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，其特征在于，该方法包括:选举阶段，系统选择连接性最大节点作为网络根节点；分簇阶段，在网络事件异步且配备定向天线场景下，以网络根节点为起始完成网络分簇，同时完成网络初始同步；同步阶段，通过簇内与簇间同步稳定同步效果；维护阶段，就节点的移动入网与退网分别进行维护策略分析。

【技术特征摘要】
1.一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，其特征在于，该方法包括:选举阶段，系统选择连接性最大节点作为网络根节点；分簇阶段，在网络事件异步且配备定向天线场景下，以网络根节点为起始完成网络分簇，同时完成网络初始同步；同步阶段，通过簇内与簇间同步稳定同步效果；维护阶段，就节点的移动入网与退网分别进行维护策略分析。2.根据权利要求1所述的一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：步骤A：选举阶段，选举阶段通过全向发现过程与定向选举过程选择网络中连接性最大的节点作为网络根节点，该网络根节点将作为下一个阶段中分簇初始节点，同时也是网络时间参考节点；步骤B：定向分簇阶段，网络节点时间异步，同时节点工作在定向模式，此时网络节点需要预先规划收发状态，此时节点以选举阶段根节点为起始，依照分簇规则将网络分成簇状网络，在分簇阶段传输分簇信息的同时会通过传播网络根节点的时钟信息完成网络节点的第一次初始同步；步骤C：时间同步阶段，通过线性回归模型完成簇间节点的时间同步，而簇首节点对簇内节点迭代时间信息，促使簇内节点时间达到分布式一致收敛；通过分布式迭代与线性回归两种同步模型的混合，完成全网节点的时间同步；步骤D：维护阶段，贯穿于整个网络，其维护包括两个方面，一是针对于节点移动的动态拓扑维护，包括节点的移动，入网以及退网三种状态；二是针对于时间同步的维护，周期性地传播同步信息以便维护时间同步的效果。3.根据权利要求2所述的一种结合拓扑维护的分簇时间同步方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括以下子步骤：步骤A1：全向发现，在全向发现过程中，波束成形天线工作于全向模式，通过天线的DOA估计建立邻居节点的位置信息；全向过程假设节点周围邻居节点较分散，不存在多个节点位于同一节点的同一波束方向，否则将影响DOA估计的准确性；当网络对邻居节点方向发现比例超过阈值时，此时发现过...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁良辉，叶天源，程友祥，田龙，王停，朱永虎，詹浩，
申请(专利权)人：上海交通大学，重庆前卫科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31