一種基于Ad hoc網(wǎng)絡測距的時鐘同步協(xié)議
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為了避免主時鐘節(jié)點一直沒有響應而造成的從時鐘節(jié)點無休止地等待狀態(tài)，可以規(guī)定等待響應的最長時間，一旦超過這個時間，從時鐘節(jié)點將認為主時鐘節(jié)點沒有收到它發(fā)送的測距請求報文或主時鐘節(jié)點出現(xiàn)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(jié)點，該節(jié)點與Mica2節(jié)點兼容。GAINS-2節(jié)點的微控制器采用Atmega128L，射頻芯片采用CC1000。CC1000是一款面向字節(jié)的無線芯片，支持時鐘同步算法在MAC層標記時間戳。節(jié)點的操作系統(tǒng)采用無線傳感器網(wǎng)絡專用操作系統(tǒng)TinyOS。實物測試中，為了采集到同一時刻多個節(jié)點的本地時鐘信息，把需要同步節(jié)點和時鐘基準節(jié)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(jié)點觸發(fā)外部中斷引腳產(chǎn)生中斷，并在中斷處理程序中記錄采集時間點各個節(jié)點的時鐘信息。
仿真環(huán)境為一個由64個節(jié)點組成的Ad hoc網(wǎng)絡，節(jié)點的編號為1~64。分別使用了1號、21號、41號、61號節(jié)點作為時間基準節(jié)點，并隨機變換節(jié)點在網(wǎng)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(wěn)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(wǎng)絡節(jié)點的任務處理延遲，如數(shù)據(jù)包的加密與解密、連續(xù)跟蹤一個活動目標、連續(xù)高頻率采集傳感器數(shù)據(jù)等。圖4所示為網(wǎng)絡中各個節(jié)點在不同采集時刻的時鐘同步精度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
從圖4的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，64個節(jié)點中的絕大多數(shù)節(jié)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(wǎng)絡在實際應用中，節(jié)點可能被隨機散布在監(jiān)控區(qū)域中，因此系統(tǒng)應當允許有個別節(jié)點不能在規(guī)定時間內(nèi)取得時鐘同步，這也是對系統(tǒng)健壯性的一個衡量指標。仿真實驗中，導致個別節(jié)點不能在規(guī)定時間內(nèi)取得時鐘同步的原因是節(jié)點位置較偏，鄰居節(jié)點數(shù)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.biyoush.com/article/157378.htm
本文提出了一種基于Ad hoc網(wǎng)絡測距的時鐘同步協(xié)議，相比傳統(tǒng)的時鐘同步方法，該協(xié)議建立系統(tǒng)相對同步只需要一次報文廣播，而RBS協(xié)議要求有至少兩次的報文單播；在初始測距成功后，DOCSIS規(guī)范只有周期性測距，而本文引進了突發(fā)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(jié)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(wǎng)絡的應用要求，具有低功耗和高可靠性的特點。
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