一種基于Ad hoc網絡測距的時鐘同步協議
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為了避免主時鐘節點一直沒有響應而造成的從時鐘節點無休止地等待狀態，可以規定等待響應的最長時間，一旦超過這個時間，從時鐘節點將認為主時鐘節點沒有收到它發送的測距請求報文或主時鐘節點出現了故障。初始測距過程涉及到的超時情況包括：T2等待廣播測距機會超時,T3等待測距響應超時,T4等待單播測距機會超時。
3 仿真實驗及分析
實驗采用中科院自主設計的GAINS-2節點，該節點與Mica2節點兼容。GAINS-2節點的微控制器采用Atmega128L，射頻芯片采用CC1000。CC1000是一款面向字節的無線芯片，支持時鐘同步算法在MAC層標記時間戳。節點的操作系統采用無線傳感器網絡專用操作系統TinyOS。實物測試中，為了采集到同一時刻多個節點的本地時鐘信息，把需要同步節點和時鐘基準節點控制器的外部中斷引腳通過導線連接在一起，由需要同步節點觸發外部中斷引腳產生中斷，并在中斷處理程序中記錄采集時間點各個節點的時鐘信息。
仿真環境為一個由64個節點組成的Ad hoc網絡，節點的編號為1~64。分別使用了1號、21號、41號、61號節點作為時間基準節點，并隨機變換節點在網絡中的拓撲位置，從多個角度對時鐘同步算法、同步精度和穩定性進行測試。設同步周期為30 s，在同步完成后5 s采集時鐘信息。這主要是考慮到Ad hoc網絡節點的任務處理延遲，如數據包的加密與解密、連續跟蹤一個活動目標、連續高頻率采集傳感器數據等。圖4所示為網絡中各個節點在不同采集時刻的時鐘同步精度統計數據。
從圖4的統計數據中可以發現，64個節點中的絕大多數節點在采集時刻都具有良好的時鐘同步精度，能夠滿足應用的要求。由于Ad hoc網絡在實際應用中，節點可能被隨機散布在監控區域中，因此系統應當允許有個別節點不能在規定時間內取得時鐘同步，這也是對系統健壯性的一個衡量指標。仿真實驗中，導致個別節點不能在規定時間內取得時鐘同步的原因是節點位置較偏，鄰居節點數目較少，以及實驗中設置的5%的誤碼率和10%的丟包率。本文引用地址：http://www.j9360.com/article/157378.htm
本文提出了一種基于Ad hoc網絡測距的時鐘同步協議，相比傳統的時鐘同步方法，該協議建立系統相對同步只需要一次報文廣播，而RBS協議要求有至少兩次的報文單播；在初始測距成功后，DOCSIS規范只有周期性測距，而本文引進了突發測距機制，允許周期性測距的時間間隔更長。當雙向傳播時延突變時，主時鐘同步節點可以及時進行新一輪測距。仿真測試表明，這種時鐘同步方法能滿足不同時鐘同步精度下的Ad hoc網絡的應用要求，具有低功耗和高可靠性的特點。
參考文獻
[1] MILLS D L． Internet time synchronization： the network time protocol[J]．IEEE Trans Communication，1991，39(10)： 1482-1493．
[2] JERE MY E，LEWIS G，DEBORAH E． Fine-grained network time synchronization using reference broadcasts[A]．Proc 5th Symp Op．Sys Design and Implementation [C]．Boston，MA，2002．
[3] FIKRET S，BULENT Y． Time synchronization in sensor networks：a survey [J]． IEEE Network，2004，7(8)：45-50．
[4] HILL J，CULLER D． A wireless embedded sensor architecture for system level optimization[R]．Tech Rep，UC Berkeley，2001．
[5] CableLabs． Data-over-cable service interface specifications radio frequency interface specification， SP-RFIv1.1I06- 001215[S]．2000：82-85．
[6] 王沁，龍萍，張曉彤，等．基于DOCSIS規范的測距機制分析與嵌入式實現[J]．通信學報，2006，27(9)：96-101．
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