[发明专利]一种窄带条件下的无线自组网络时间同步方法、节点及无线自组网络

说明书

本发明提出一种窄带条件下的无线自组网络时间同步方法、节点及无线自组网络，所述方法包括：主节点开机后建立网络，从节点采用主动式同步方法请求入网。每个节点工作时广播的消息帧中包含同步信息，其他节点每次收到消息帧后都会提取同步信息，计算时延并判断是否需要时间同步，从而是否修改工作时隙表避免冲突。无线自组网络节点为能够实现窄带条件下的无线自组网络时间同步的节点，包括：同步模块、接收模块和发送模块。无线自组网络由无线自组网络节点组成，并采用上述方法实现时间同步。本发明能够实现窄带条件下，无线自组网节约带宽和时间资源的时间同步。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是一种窄带条件下的无线自组网络时间同步方法、节点及无线自组网络。

背景技术

无线自组织网络是一种不需要预定基础设施支持的分布式、自组织的可重构的无线移动网络，节点之间地位平等，支持多跳通信，具有很强的抗毁性和灵活组网等优点，在军事和民用方面都有广阔的应用前景。

然而，无线自组织网络是一个无控制中心的分布式通信系统，所以一般工作在异步方式，所有节点之间没有统一的参考时钟，不同节点各自维护自身的本地时钟。目前计算机网络中的网络节点大多是配置一个硬件晶振控制自己的本地时间，由于所有晶振均有误差，且不同的晶振甚至相同的晶振在不同的物理环境下具有不同的频率偏移，因此即使在某个时刻系统中的节点都已经达到同步，随着时间积累，也会逐渐出现时间偏差。同时由于网络的多跳特性，每个节点不能感知到全网所有节点的信息，只能感知到其邻居节点的局部信息，对全网时间同步带来了很大的麻烦。

目前传统的时间同步方法，如NTP(Network Time Protocol)，节点需要与网络上的服务器进行时间校对，且每次同步期间节点与服务器需要多次交互，不适用于无线自组织网络系统。也有一些针对无线自组网提出的时间同步方法，如专利CN 201510890277.0用于无线自组网的时间同步方法及装置，通过在专门的同步周期内发送同步信号的方式进行时间同步，保证了节点每次工作时都与其他节点处于时间同步的状态。这个方法的问题在于需要频繁地发送同步信号，占用大量的带宽资源，同时也影响了正常信息的发送，不适用于窄带条件下的无线自组网系统。再如TPSN(Timing-Sync Protocol for SensorNetworks)，一种用于多跳传感器网络的时钟同步协议，首先将全网划分成一种分层的树形结构，再逐层进行时间同步。这个方法的问题在于灵活性不好，当其中一层的主节点退出时，该层从节点需要重新寻找新的主节点，占用大量的时间和带宽资源，不适用于窄带条件下的无线自组网系统。

发明内容

发明目的：为了实现无线自组网系统在窄带条件下各节点进行时间同步的功能，本发明提出一种窄带条件下的无线自组网络时间同步方法、节点及无线自组网络，该方法中入网采用主动式方法，减少了节点从入网到工作的等待时间；时间同步从节点工作时广播的信息中提取同步信号，减少了同步所需要的带宽资源消耗，各节点也能灵活地加入或退出网络。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：

一种窄带条件下的无线自组网络时间同步方法，包括步骤：

(1)所述无线自组网系统中的节点开机后，首先设置参数，参数设置完成后，每个节点都开始持续监听来自其他节点广播的信号；

(2)节点接入网络并开始初次时间同步：

主节点在参数设置完成后，立即开始时间同步，并同时广播信息；在广播信息的同时，主节点在本地开始计时；

从节点采用主动式入网的方式进行入网操作，任意一个从节点i入网的具体步骤为：

节点i开机并设置好参数之后，主动地不断广播同步帧，同步帧的内容只包含同步信息包标识及本节点的节点号i；