一種基于A(yíng)d hoc網(wǎng)絡(luò )測距的時(shí)鐘同步協(xié)議

RTD包括下行傳輸時(shí)延(從主時(shí)鐘節點(diǎn)到從時(shí)鐘節點(diǎn))和上行傳輸時(shí)延(從從時(shí)鐘節點(diǎn)到主時(shí)鐘節點(diǎn))。首先，從時(shí)鐘節點(diǎn)從主時(shí)鐘節點(diǎn)讀取時(shí)間標記，獲得當地時(shí)鐘基準，然后根據MAP找到主時(shí)鐘節點(diǎn)分配的初始維護區，發(fā)出初始測距請求(RNG-REQ)。由于從時(shí)鐘節點(diǎn)與主時(shí)鐘節點(diǎn)之間存在距離，該請求將延遲一段時(shí)間到達，假設到達時(shí)刻為T(mén)=440。主時(shí)鐘節點(diǎn)計算收到RNG-REQ的實(shí)際時(shí)刻與初始維護區起始時(shí)刻之差，在測距響應(RNG-RSP)中通過(guò)“定時(shí)調整”字段返回給從時(shí)鐘節點(diǎn)。主時(shí)鐘節點(diǎn)在發(fā)送RNG-RSP前還應該獲得從時(shí)鐘節點(diǎn)發(fā)送的確切頻率、接收的實(shí)際功率等信息。主時(shí)鐘節點(diǎn)在這些數據的基礎上計算出校正數據，并在RNG-RSP中發(fā)送給從時(shí)鐘節點(diǎn)。從時(shí)鐘節點(diǎn)收到RNG-RSP后，根據下式計算收到第n個(gè)RNG-RSP后得到的定時(shí)偏移t_n：

圖1中初始維護使得從時(shí)鐘節點(diǎn)的定時(shí)偏移調整為t1=120。在隨后的站維護過(guò)程中，從時(shí)鐘節點(diǎn)提前t1發(fā)送RNG-REQ，該數據分組在站維護區的起始時(shí)刻T=740到達主時(shí)鐘節點(diǎn)。主時(shí)鐘節點(diǎn)根據接收參數計算需要進(jìn)行的附加微調,并通過(guò)輪詢(xún)RNG-RSP返回給從時(shí)鐘節點(diǎn)。從時(shí)鐘節點(diǎn)根據式(1)繼續調整定時(shí)偏移,直到主時(shí)鐘節點(diǎn)指示測距過(guò)程成功。
2.2 全網(wǎng)絡(luò )生成樹(shù)的建立
　 建立全網(wǎng)絡(luò )同步是從建立生成樹(shù)開(kāi)始的。首先，從根節點(diǎn)發(fā)出一個(gè)層發(fā)現報文(包含根節點(diǎn)的層變量0)。根節點(diǎn)的所有單跳鄰近節點(diǎn)為其自己分配的層號(1)加上層發(fā)現報文中的層變量，并接受根節點(diǎn)作為它們的父節點(diǎn)。然后第1層的節點(diǎn)發(fā)出它們自己的層發(fā)現報文，依此類(lèi)推。同一層的每個(gè)節點(diǎn)選擇一個(gè)隨機延遲來(lái)避免過(guò)多的報文碰撞。一旦某個(gè)節點(diǎn)接收到第一個(gè)層發(fā)現報文，該報文的發(fā)出者就被作為接收方的父節點(diǎn)，而后來(lái)的層發(fā)現報文則被丟掉。節點(diǎn)找到它的父節點(diǎn)以后，就接收父節點(diǎn)周期性發(fā)出的時(shí)鐘同步信號SYNC，并校正自己的本地時(shí)鐘，同時(shí)，節點(diǎn)本身也周期性地發(fā)出時(shí)鐘同步信號，使它的子節點(diǎn)也保持同步。
　 由于報文碰撞或者在生成樹(shù)建立以后某個(gè)節點(diǎn)才加入到網(wǎng)絡(luò )中，因此有的節點(diǎn)可能沒(méi)有接收到層發(fā)現報文。如果某節點(diǎn)i在一定的時(shí)間內沒(méi)有接收到任何層發(fā)現報文，那么它就會(huì )向它的單跳鄰近節點(diǎn)發(fā)出一個(gè)層發(fā)現請求報文，詢(xún)問(wèn)關(guān)于現在生成樹(shù)的情況。之后，節點(diǎn)i會(huì )密切監聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )，收集在某個(gè)時(shí)間范圍內的請求應答報文，然后在它的鄰近節點(diǎn)中選擇一個(gè)層變量最小的節點(diǎn)作為它的父節點(diǎn)。圖2是節點(diǎn)i加入網(wǎng)絡(luò )層次結構的過(guò)程示意圖。

2.3 測距時(shí)鐘同步方法的設計實(shí)現
　 從時(shí)鐘節點(diǎn)的初始測距要經(jīng)歷廣播初始維護和單播站維護2個(gè)階段。初始維護階段調整從時(shí)鐘節點(diǎn)的功率電平、上行信道中心頻率和定時(shí)偏移等信息。站維護階段對上述參數進(jìn)行微量調整。初始測距過(guò)程可以設計為4個(gè)狀態(tài)：等待初始維護機會(huì )、等待測距響應、等待站維護機會(huì )和等待輪詢(xún)測距響應。圖3所示為該過(guò)程的有限狀態(tài)機圖。

從時(shí)鐘節點(diǎn)必須補償物理層的傳輸時(shí)延，相當于將從時(shí)鐘節點(diǎn)放在與主時(shí)鐘節點(diǎn)相近的地方。因而系統將初始定時(shí)偏移設為內部固定的時(shí)延量，包括從MAC層到物理層的延遲等。初始測距期間發(fā)送第一個(gè)RNG-REQ時(shí)，根據初始定時(shí)偏移計算提前發(fā)送的時(shí)間。主時(shí)鐘節點(diǎn)收到請求后計算定時(shí)偏移等參數的校正值，并通過(guò)RNG-RSP返回給從時(shí)鐘節點(diǎn)。響應中的“測距狀態(tài)”字段指出從時(shí)鐘節點(diǎn)下一步的動(dòng)作(繼續、中斷或測距成功)。站維護階段的測距請求、響應步驟重復多次,直到從時(shí)鐘節點(diǎn)得到含有測距成功的通知或主時(shí)鐘節點(diǎn)放棄測距響應為止。在系統運行過(guò)程中，當來(lái)自于從時(shí)鐘節點(diǎn)的數據的到達時(shí)間與主時(shí)鐘節點(diǎn)分配的時(shí)間之間的誤差超過(guò)一定限度時(shí)，主時(shí)鐘節點(diǎn)可以向從時(shí)鐘節點(diǎn)發(fā)送報文，要求進(jìn)行突發(fā)性的測距。從時(shí)鐘節點(diǎn)周期性地發(fā)送測距請求，一般來(lái)說(shuō)，發(fā)送周期間隔會(huì )比較長(cháng)。