一種基于A(yíng)d hoc網(wǎng)絡(luò )測距的時(shí)鐘同步協(xié)議
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為了避免主時(shí)鐘節點(diǎn)一直沒(méi)有響應而造成的從時(shí)鐘節點(diǎn)無(wú)休止地等待狀態(tài)，可以規定等待響應的最長(cháng)時(shí)間，一旦超過(guò)這個(gè)時(shí)間，從時(shí)鐘節點(diǎn)將認為主時(shí)鐘節點(diǎn)沒(méi)有收到它發(fā)送的測距請求報文或主時(shí)鐘節點(diǎn)出現了故障。初始測距過(guò)程涉及到的超時(shí)情況包括：T2等待廣播測距機會(huì )超時(shí),T3等待測距響應超時(shí),T4等待單播測距機會(huì )超時(shí)。
3 仿真實(shí)驗及分析
實(shí)驗采用中科院自主設計的GAINS-2節點(diǎn)，該節點(diǎn)與Mica2節點(diǎn)兼容。GAINS-2節點(diǎn)的微控制器采用Atmega128L，射頻芯片采用CC1000。CC1000是一款面向字節的無(wú)線(xiàn)芯片，支持時(shí)鐘同步算法在MAC層標記時(shí)間戳。節點(diǎn)的操作系統采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用操作系統TinyOS。實(shí)物測試中，為了采集到同一時(shí)刻多個(gè)節點(diǎn)的本地時(shí)鐘信息，把需要同步節點(diǎn)和時(shí)鐘基準節點(diǎn)控制器的外部中斷引腳通過(guò)導線(xiàn)連接在一起，由需要同步節點(diǎn)觸發(fā)外部中斷引腳產(chǎn)生中斷，并在中斷處理程序中記錄采集時(shí)間點(diǎn)各個(gè)節點(diǎn)的時(shí)鐘信息。
仿真環(huán)境為一個(gè)由64個(gè)節點(diǎn)組成的Ad hoc網(wǎng)絡(luò )，節點(diǎn)的編號為1~64。分別使用了1號、21號、41號、61號節點(diǎn)作為時(shí)間基準節點(diǎn)，并隨機變換節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中的拓撲位置，從多個(gè)角度對時(shí)鐘同步算法、同步精度和穩定性進(jìn)行測試。設同步周期為30 s，在同步完成后5 s采集時(shí)鐘信息。這主要是考慮到Ad hoc網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的任務(wù)處理延遲，如數據包的加密與解密、連續跟蹤一個(gè)活動(dòng)目標、連續高頻率采集傳感器數據等。圖4所示為網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)在不同采集時(shí)刻的時(shí)鐘同步精度統計數據。
從圖4的統計數據中可以發(fā)現，64個(gè)節點(diǎn)中的絕大多數節點(diǎn)在采集時(shí)刻都具有良好的時(shí)鐘同步精度，能夠滿(mǎn)足應用的要求。由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò )在實(shí)際應用中，節點(diǎn)可能被隨機散布在監控區域中，因此系統應當允許有個(gè)別節點(diǎn)不能在規定時(shí)間內取得時(shí)鐘同步，這也是對系統健壯性的一個(gè)衡量指標。仿真實(shí)驗中，導致個(gè)別節點(diǎn)不能在規定時(shí)間內取得時(shí)鐘同步的原因是節點(diǎn)位置較偏，鄰居節點(diǎn)數目較少，以及實(shí)驗中設置的5%的誤碼率和10%的丟包率。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157378.htm
本文提出了一種基于Ad hoc網(wǎng)絡(luò )測距的時(shí)鐘同步協(xié)議，相比傳統的時(shí)鐘同步方法，該協(xié)議建立系統相對同步只需要一次報文廣播，而RBS協(xié)議要求有至少兩次的報文單播；在初始測距成功后，DOCSIS規范只有周期性測距，而本文引進(jìn)了突發(fā)測距機制，允許周期性測距的時(shí)間間隔更長(cháng)。當雙向傳播時(shí)延突變時(shí)，主時(shí)鐘同步節點(diǎn)可以及時(shí)進(jìn)行新一輪測距。仿真測試表明，這種時(shí)鐘同步方法能滿(mǎn)足不同時(shí)鐘同步精度下的Ad hoc網(wǎng)絡(luò )的應用要求，具有低功耗和高可靠性的特點(diǎn)。
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