[发明专利]一种基于波束成形天线的时间同步方法

说明书

本发明涉及一种基于波束成形天线的时间同步方法，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。与现有技术相比，本发明可以高效解决波束成形天线网络的时间同步问题，解决了波束成形天线多跳网络时间同步问题，提升同步稳定性，同时降低了通信开销。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于波束成形天线的时间同步方法。

背景技术

伴随着移动互联网的蓬勃发展，人们对于无线通信技术的依赖逐渐增加，为了保障通信可靠性以及提供更好的用户体验，无线通信技术研究现阶段的主要发力点是保障无线网络协议性能以及优化适应移动互联通信等方面，从而使通信技术为人类提供更便捷的服务。

传统的无线网络大部分都是依赖中心基站的网络，GSM、3G到4G的不断更新迭代，它们都有中心基站，需要在预设的网络设施基础上才可正常运行。相比较基于中心基础设施的移动通信网络，分布式无线网络是由一系列地位平等的移动节点构成的自组织网络，具有更高的便捷性。集中式无线网络在一些环境下不能随时随地满足用户获取信息的需求，如复杂环境下运动物体情况监测，战术通信网络，以及大规模自然灾害后的救援和紧急服务等，而分布式网络可以在这些场景中给予补充，因此分布式网络日益频繁的出现在实际应用中。无线Ad Hoc网络作为一种无中心节点的分布式多跳网络，具有较强的抗毁性，鲁棒性以及快速建立起一个无需中心基础设施的移动通信网络的能力，极大的扩展了无线通信网络的应用领域。

天线在无线网络中负责节点通信与信息传播，对网络通信的性能有着极大的影响。无线通信主要依靠电磁波在自由空间传播，而信道环境复杂，多径效应等问题会制约通信质量，传统Ad Hoc网络都配备全向天线或定向天线，网络性能易受到影响。经过天线技术不断发展，波束成形天线作为一种强大的智能天线，具有截获率低，抗干扰能力强，空分复用等方面的优势，将其与无线分布式网络相结合可以提高网络性能。但波束成形天线带来性能提升的同时，也对网络同步，MAC层协议设计等方面造成了困难。

由于Ad Hoc网络常常应用于军事场景中，在某些情况下可能并不适合使用GPS等设备完成节点的定位与同步，但是一些Ad Hoc网络协议以及基于Ad Hoc网络的应用又亟需网络内节点时间基准相同或者时隙对齐。其次波束成形天线波束集中的特点也对分布式节点之间异步通信造成困难，因此设计一种解决配备波束成形天线的Ad Hoc网络节点时间同步问题的算法是富有挑战的。目前，虽然对于时间同步算法的研究非常多，但是并未有一种针对于波束成形天线的无线Ad Hoc网络的成熟的解决方案。

发明内容

本发明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基于波束成形天线的时间同步方法，解决了将波束成形天线引入到Ad Hoc网络中的通信问题，利用波束成形天线的优势完成网络时间同步与动态拓扑下的维护问题，从而使配备波束成形天线的Ad Hoc网络在实际场景中拥有良好的性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于波束成形天线的时间同步方法，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；