[发明专利]一种基于波束成形天线的时间同步方法

权利要求书

1.一种基于波束成形天线的时间同步方法，其特征在于，该方法包括：

根节点选举阶段，系统选择连接性最大节点作为网络根节点；

同步阶段，根节点的邻居节点与根节点成对同步，同步后再作为参考节点向外传播同步信息，最终达到全网同步；

该方法具体包括以下步骤：

步骤A：根节点选举阶段，选举阶段分为全向发现与定向选举两个子过程，全向发现阶段波束成形天线工作在全向模式，此时天线间通过DOA估计得到邻居节点方向信息；定向选举过程天线工作在定向模式，节点通过全向阶段获得的邻居节点方向信息完成网络选举流程，将选举度最大的节点作为时间参考节点，并构建以参考节点为根的生成树层级网络；

步骤B：精同步阶段，网络已经存在时间参考节点，并成功构建以时间参考节点为根的层级网络，在此阶段中，时间参考节点处于接收状态，待同步节点处于发送状态，待同步节点按照生成树层级与时间参考节点通信，与时间参考节点完成同步的节点也作为时间参考节点向外传播时间信息，最终完成全网节点时间同步；

所述的步骤A具体包括以下子步骤：

步骤A1：全向发现过程，开始时，节点的天线设置成全向状态，各个节点都在一段时间内保持接收模式，接收模式结束后，节点广播一次训练序列；此后节点继续在一段时间内保持接收模式，不断重复此过程；节点通过发送接收训练序列发现邻居节点方向，若节点收到训练序列，其估计训练序列接收方向并从邻居节点方向信息表中检测该方向是否已经被发现，若是之前没有出现过的方向，节点更新方向信息表添加该方向信息；若该节点方向已经出现，此时节点不会重复更新方向信息；经过这一过程节点不断刷新邻居方向信息表，并得知天线来波方向进而获得邻居节点位置信息；

步骤A2：定向发现过程，初始状态下，节点都是异步并且无状态的，在每个周期开始时，节点随机选择收发模式，处于发送模式的节点在周期内会朝着一个方向持续发送选举数据包，数据包中包含发送节点ID与时间戳信息，发送节点本地保存的头节点信息与该头节点的度数，以及发送节点还有R值，其中R表示本周期内发送节点还有R个时隙进入接收时隙；

接收节点接收选举数据包后，在发送节点进入接收时隙后快速回复应答数据包，该应答数据包包含根节点选举信息，时间戳信息以及节点层级信息；

定向选举过程需要完成根节点选举，生成树层级构建以及节点粗同步三个过程，网络节点本地存储其所知的根节点ID，根节点度数及上一层级节点方向；接收节点接收并解析选举数据包，若其本地根节点度数小于数据包中根节点度数，则更新接收节点本地根节点ID与度数；若两者度数相同则选择ID更小的为根节点，接收节点更新根节点信息同时修改接收节点所在层级，即为发送节点层级加1，并设置发送节点为上一层级节点记录其方向。

2.根据权利要求1所述的一种基于波束成形天线的时间同步方法，其特征在于，所述的上一层级节点方向默认为邻居信息表中随机方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于波束成形天线的时间同步方法，其特征在于，为了保证选举数据包与应答数据包长度相同，增加保留字段，用于传输扩展信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于波束成形天线的时间同步方法，其特征在于，若选举数据包中时钟信息快于本地时钟则更新本地时钟信息。