一種基于Ad hoc網絡測距的時鐘同步協議
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同所有的分布式系統一樣，時鐘同步也是Ad hoc網絡技術研究中的一個關鍵問題。因為網絡節點內部的硬件時鐘具有一定的誤差，所以節點的本地時間會存在偏差。然而，Ad hoc網絡的許多應用需要全網絡中的節點或一定范圍內的部分節點具有高度的時間一致性，因此Ad hoc網絡需要進行時鐘同步?，F有的有線網絡和無線網絡上的時鐘同步協議并不能完全滿足Ad hoc網絡應用的需要，迫切需要進一步研究，探索出適合Ad hoc網絡的時鐘同步方法。
1 相關研究
1.1 有線網絡上的時鐘同步方法
傳統的時鐘同步方法中最典型的是利用GPS (Global Position System)或NTP[1]協議實現設備間的同步。Ad hoc網絡,尤其是傳感器網絡的節點,必須考慮移動終端的成本代價。GPS裝置價格昂貴，并且在建筑物或水下，其服務質量并不能得到很好的保證,尤其在軍事應用中，利用GPS來獲得無線網絡節點的時鐘同步是極不可靠的。因此，在眾多Ad hoc網絡的應用中利用GPS獲得時鐘同步是不可取的。
NTP協議假設網絡中2個節點的時間請求、回復報文具有相同的時延，由于Ad hoc網絡多跳的無線環境存在非對稱鏈路、前向鏈路和反向鏈路，這些鏈路往往具有不同的時延，因此NTP協議不適合直接應用于Ad hoc網絡；另外，NTP協議需要在網絡中配置時間服務器，Ad hoc網絡是一種移動自組織網絡，沒有中心節點，這也導致了NTP協議無法直接應用于Ad hoc的網絡時鐘同步。
1.2 無線傳感器網絡上的時鐘同步協議
參考文獻[2]提出了一種適合無線傳感器網絡的參考廣播時鐘同步協議(RBS)，該協議利用了“第三方”的廣播時鐘同步信息來完成2個單跳節點的時鐘同步。其基本思路是：在廣播域內周期性地廣播1個數據分組(不必做時間標記)，所有接收到這個數據分組的接收方對該數據分組做時間標記。所有接收方互相交換它們的時間標記，并以此獲得鄰近節點的時鐘。重復以上過程，所有節點不僅知道它們相互之間的相位偏移，而且知道它們相互之間的頻率漂移率。所有節點都不調整它們的本地時鐘，但要為每個鄰近節點建立一個調整時鐘所需要的參數表。仿真結果表明，在Berkeley Motes平臺上30次同步后取平均所獲得的同步精度為1.6 ?滋s。RBS協議雖然可以獲得比較高的同步精度，但其只能應用于單跳范圍內節點間的時鐘同步,將RBS協議擴展到多跳是該協議能否應用于Ad hoc網絡的關鍵。
TPSN(Time-synchronization Protocol for Sensor Networks)[3]是一種用于多跳傳感器網絡的時鐘同步協議，該協議的目標是全網時鐘同步。TPSN包括兩個階段，第一階段是拓撲發現階段，或稱為全網絡同步階段，目的是要建立一個分級的網絡拓撲，其本質就是建立生成樹。如果根節點能訪問一個外部的高精度時鐘，那么網絡中的所有節點都與這個高精度的時鐘同步。第二階段為比對同步階段，由時鐘參考節點周期性地廣播一個同步標志發起，等級為1的節點接收到標志后即和時鐘參考節點同步，同步策略采用類似NTP的“two-way message exchange”，隨后同步依照節點等級向外擴散，每個等級為i的節點向等級為i-1的節點同步，最后完成全網節點與時鐘參考節點的同步。
從直觀上來看，RBS只引入了傳播時延和接收時延，應該具有更高的精度，但在參考文獻[4]的實驗環境下，發送時延和接入時延的不確定性比較小，并且多種不確定因素的作用可能相互抵消，TPSN獲得了優于RBS協議的精度。另外，RBS協議完成一對節點的時鐘同步需要1次報文廣播和至少2次報文單播，TPSN只需要2次報文單播，發送更少的報文，對于共享信道、數據容易發生沖突的無線信道來說,具有更好的可擴展性。
2 基于Ad hoc網絡測距的時鐘同步方法
2.1 雙向傳播時延的計算方法
參考有線網絡上的DOCSIS規范[5]對測距過程的描述，本文提出一種基于時鐘相對同步概念的可應用于Ad hoc網絡的計算雙向傳播時延的方法。
Ad hoc網絡的測距過程分為兩個部分：初始測距和周期性測距。初始測距又分為初始維護(initial maintain)和站維護(station maintain)。在初始測距過程中，鄰近子層設備節點要獲取準確的定時偏移，即基準時鐘同步信號的發送方(主時鐘節點)與某一特定的接收方(從時鐘節點)之間傳輸數據的雙向傳播時延(RTD)。從時鐘節點根據RTD提前發送數據的時間以補償網絡時延,使不同的從時鐘節點所發送的數據到達主時鐘節點的時間與主時鐘節點在帶寬分配報文(MAP)中要求的時間對齊。帶寬分配報文是主時鐘節點向從時鐘節點發送的。雙向傳播時延的計算過程如圖1所示[6]。
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