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一種基于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)測距的時鐘同步協(xié)議

作者: 時間:2010-06-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/157378.htm


RTD包括下行傳輸時延(從主節(jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn))和上行傳輸時延(從從節(jié)點(diǎn)到主時鐘節(jié)點(diǎn))。首先,從時鐘節(jié)點(diǎn)從主時鐘節(jié)點(diǎn)讀取時間標(biāo)記,獲得當(dāng)?shù)貢r鐘基準(zhǔn),然后根據(jù)MAP找到主時鐘節(jié)點(diǎn)分配的初始維護(hù)區(qū),發(fā)出初始請求(RNG-REQ)。由于從時鐘節(jié)點(diǎn)與主時鐘節(jié)點(diǎn)之間存在距離,該請求將延遲一段時間到達(dá),假設(shè)到達(dá)時刻為T=440。主時鐘節(jié)點(diǎn)計(jì)算收到RNG-REQ的實(shí)際時刻與初始維護(hù)區(qū)起始時刻之差,在響應(yīng)(RNG-RSP)中通過“定時調(diào)整”字段返回給從時鐘節(jié)點(diǎn)。主時鐘節(jié)點(diǎn)在發(fā)送RNG-RSP前還應(yīng)該獲得從時鐘節(jié)點(diǎn)發(fā)送的確切頻率、接收的實(shí)際功率等信息。主時鐘節(jié)點(diǎn)在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算出校正數(shù)據(jù),并在RNG-RSP中發(fā)送給從時鐘節(jié)點(diǎn)。從時鐘節(jié)點(diǎn)收到RNG-RSP后,根據(jù)下式計(jì)算收到第n個RNG-RSP后得到的定時偏移tn

圖1中初始維護(hù)使得從時鐘節(jié)點(diǎn)的定時偏移調(diào)整為t1=120。在隨后的站維護(hù)過程中,從時鐘節(jié)點(diǎn)提前t1發(fā)送RNG-REQ,該數(shù)據(jù)分組在站維護(hù)區(qū)的起始時刻T=740到達(dá)主時鐘節(jié)點(diǎn)。主時鐘節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收參數(shù)計(jì)算需要進(jìn)行的附加微調(diào),并通過輪詢RNG-RSP返回給從時鐘節(jié)點(diǎn)。從時鐘節(jié)點(diǎn)根據(jù)式(1)繼續(xù)調(diào)整定時偏移,直到主時鐘節(jié)點(diǎn)指示過程成功。
2.2 全生成樹的建立
  建立全是從建立生成樹開始的。首先,從根節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個層發(fā)現(xiàn)報(bào)文(包含根節(jié)點(diǎn)的層變量0)。根節(jié)點(diǎn)的所有單跳鄰近節(jié)點(diǎn)為其自己分配的層號(1)加上層發(fā)現(xiàn)報(bào)文中的層變量,并接受根節(jié)點(diǎn)作為它們的父節(jié)點(diǎn)。然后第1層的節(jié)點(diǎn)發(fā)出它們自己的層發(fā)現(xiàn)報(bào)文,依此類推。同一層的每個節(jié)點(diǎn)選擇一個隨機(jī)延遲來避免過多的報(bào)文碰撞。一旦某個節(jié)點(diǎn)接收到第一個層發(fā)現(xiàn)報(bào)文,該報(bào)文的發(fā)出者就被作為接收方的父節(jié)點(diǎn),而后來的層發(fā)現(xiàn)報(bào)文則被丟掉。節(jié)點(diǎn)找到它的父節(jié)點(diǎn)以后,就接收父節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)出的時鐘信號SYNC,并校正自己的本地時鐘,同時,節(jié)點(diǎn)本身也周期性地發(fā)出時鐘信號,使它的子節(jié)點(diǎn)也保持同步。
  由于報(bào)文碰撞或者在生成樹建立以后某個節(jié)點(diǎn)才加入到中,因此有的節(jié)點(diǎn)可能沒有接收到層發(fā)現(xiàn)報(bào)文。如果某節(jié)點(diǎn)i在一定的時間內(nèi)沒有接收到任何層發(fā)現(xiàn)報(bào)文,那么它就會向它的單跳鄰近節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個層發(fā)現(xiàn)請求報(bào)文,詢問關(guān)于現(xiàn)在生成樹的情況。之后,節(jié)點(diǎn)i會密切監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò),收集在某個時間范圍內(nèi)的請求應(yīng)答報(bào)文,然后在它的鄰近節(jié)點(diǎn)中選擇一個層變量最小的節(jié)點(diǎn)作為它的父節(jié)點(diǎn)。圖2是節(jié)點(diǎn)i加入網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的過程示意圖。


2.3 測距時鐘同步方法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
  從時鐘節(jié)點(diǎn)的初始測距要經(jīng)歷廣播初始維護(hù)和單播站維護(hù)2個階段。初始維護(hù)階段調(diào)整從時鐘節(jié)點(diǎn)的功率電平、上行信道中心頻率和定時偏移等信息。站維護(hù)階段對上述參數(shù)進(jìn)行微量調(diào)整。初始測距過程可以設(shè)計(jì)為4個狀態(tài):等待初始維護(hù)機(jī)會、等待測距響應(yīng)、等待站維護(hù)機(jī)會和等待輪詢測距響應(yīng)。圖3所示為該過程的有限狀態(tài)機(jī)圖。

從時鐘節(jié)點(diǎn)必須補(bǔ)償物理層的傳輸時延,相當(dāng)于將從時鐘節(jié)點(diǎn)放在與主時鐘節(jié)點(diǎn)相近的地方。因而系統(tǒng)將初始定時偏移設(shè)為內(nèi)部固定的時延量,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RNG-REQ時,根據(jù)初始定時偏移計(jì)算提前發(fā)送的時間。主時鐘節(jié)點(diǎn)收到請求后計(jì)算定時偏移等參數(shù)的校正值,并通過RNG-RSP返回給從時鐘節(jié)點(diǎn)。響應(yīng)中的“測距狀態(tài)”字段指出從時鐘節(jié)點(diǎn)下一步的動作(繼續(xù)、中斷或測距成功)。站維護(hù)階段的測距請求、響應(yīng)步驟重復(fù)多次,直到從時鐘節(jié)點(diǎn)得到含有測距成功的通知或主時鐘節(jié)點(diǎn)放棄測距響應(yīng)為止。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,當(dāng)來自于從時鐘節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的到達(dá)時間與主時鐘節(jié)點(diǎn)分配的時間之間的誤差超過一定限度時,主時鐘節(jié)點(diǎn)可以向從時鐘節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文,要求進(jìn)行突發(fā)性的測距。從時鐘節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送測距請求,一般來說,發(fā)送周期間隔會比較長。



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