一種基于Ad hoc網(wǎng)絡測距的時鐘同步協(xié)議

RTD包括下行傳輸時延(從主時鐘節(jié)點到從時鐘節(jié)點)和上行傳輸時延(從從時鐘節(jié)點到主時鐘節(jié)點)。首先，從時鐘節(jié)點從主時鐘節(jié)點讀取時間標記，獲得當?shù)貢r鐘基準，然后根據(jù)MAP找到主時鐘節(jié)點分配的初始維護區(qū)，發(fā)出初始測距請求(RNG-REQ)。由于從時鐘節(jié)點與主時鐘節(jié)點之間存在距離，該請求將延遲一段時間到達，假設(shè)到達時刻為T=440。主時鐘節(jié)點計算收到RNG-REQ的實際時刻與初始維護區(qū)起始時刻之差，在測距響應(RNG-RSP)中通過“定時調(diào)整”字段返回給從時鐘節(jié)點。主時鐘節(jié)點在發(fā)送RNG-RSP前還應該獲得從時鐘節(jié)點發(fā)送的確切頻率、接收的實際功率等信息。主時鐘節(jié)點在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算出校正數(shù)據(jù)，并在RNG-RSP中發(fā)送給從時鐘節(jié)點。從時鐘節(jié)點收到RNG-RSP后，根據(jù)下式計算收到第n個RNG-RSP后得到的定時偏移t_n：

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

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

從時鐘節(jié)點必須補償物理層的傳輸時延，相當于將從時鐘節(jié)點放在與主時鐘節(jié)點相近的地方。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)初始定時偏移計算提前發(fā)送的時間。主時鐘節(jié)點收到請求后計算定時偏移等參數(shù)的校正值，并通過RNG-RSP返回給從時鐘節(jié)點。響應中的“測距狀態(tài)”字段指出從時鐘節(jié)點下一步的動作(繼續(xù)、中斷或測距成功)。站維護階段的測距請求、響應步驟重復多次,直到從時鐘節(jié)點得到含有測距成功的通知或主時鐘節(jié)點放棄測距響應為止。在系統(tǒng)運行過程中，當來自于從時鐘節(jié)點的數(shù)據(jù)的到達時間與主時鐘節(jié)點分配的時間之間的誤差超過一定限度時，主時鐘節(jié)點可以向從時鐘節(jié)點發(fā)送報文，要求進行突發(fā)性的測距。從時鐘節(jié)點周期性地發(fā)送測距請求，一般來說，發(fā)送周期間隔會比較長。