一种分级分簇无线自组织网络的分布式时钟同步方法技术领域
本发明属于无线网络时钟同步领域，更特别地说，是一种基于无高精密标准时钟
授时的分级分簇无线自组织网络的分布式时钟同步方法。
背景技术
无线网络技术和应用已经经历了长足的发展，尤其是在自组织网络领域。在物理
上，无线自组织网络包含一定数量的地理上分布的节点，参与组网的基础设施不再固
定，并且使用共享的无线信道。在应用中，无线自组网涉及的领域很广泛，包括无线
局域网、应急通信网和军事作战通信网等。
在无线自组网的应用中，尤其是对信息和传输有时间依赖的应用中，对于网络的
时钟同步需求也随之提高。
无线自组织网络同步机制中，有两种主要的方法，即卫星同步授时的方法和设定
某个节点时钟为基准时钟源的方法。卫星同步授时的方法是基于高精度原子钟通过同
步卫星授时解算，使得所有自组织网络内节点都获取精准时刻，并进行修正，从而完
成网络全局时钟同步。设定某个节点时钟为基准时钟源的方法是在网络中选择一个精
度较高的时钟作为基准时钟，然后进行定期的同步广播建立端到端的时钟同步，所有
节点都重复运行该端到端的时钟同步后形成网络时钟同步。
基于卫星同步授时的方法具有精确度高、同步区域广泛的优点。但是有两个前提，
一是有可用同步授时卫星，这在某些干扰环境或遮蔽环境下无法实现；二是同步节点
需要安装卫星同步解算装置，没有安装接收解算装置的节点无法参与同步。
设定某个节点时钟为基准时钟源的方法中，通过采用PTP(Precision Time
Protocol，译文：精确时钟协议)协议可以实现端到端的时钟同步，所有网内节点都
采用该协议后可以实现网络的全局时钟同步。但是其缺点很明显，基准时钟源发生故
障和损毁时，时钟同步则无法进行，这会直接导致网络失效；其次，在网络节点数较
多的情况下多次执行端到端时钟同步协议，需要耗费很长的时间，对于具有动态特性
的自组织网络是无益的；最后，对于具有分级的网络，执行一次级间的端到端的时钟
同步就需要占用很长时间，会影响网络的正常运行。
发明内容
为提高网络时钟同步的抗毁性，降低网络同步所需的时间，增强系统应用的连续
性，本发明提出一种分级分簇无线自组织网络的分布式时钟同步方法。
本发明的一种分级分簇无线自组织网络的分布式时钟同步方法，所述分级分簇无
线自组织网络为二级分级分簇无线自组网络，分级线将多个子网络分成一级网络和二
级网络；二级网络通过网关链路与一级网络进行通信；每个子网络内都包括有簇首节
点和簇成员节点；所述分级分簇无线自组织网络的时钟同步包括下列处理步骤：
步骤一：全网初始化开始后，一级网络网内执行子网协同时钟同步策略；同时，
二级网络网内执行子网协同时钟同步策略；
步骤二：一级网络网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级
子网内是否还有一级时钟同步申请，若有，则返回重新执行一级网络的子网协同时钟
同步策略；若无，一级网络各节点向网关链路发送时钟同步申请；
二级网络网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级子
网内是否还有二级时钟同步申请，若有，则返回重新执行二级网络的子网协同时钟同
步策略；
步骤三：网关链路执行子网协同时钟同步策略；
步骤四：网关链路网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级
子网内是否还有网关时钟同步申请，若有，则返回重新执行网关链路的子网协同时钟
同步策略；若无，一级网络各节点通过网关链路向二级网络的族首发送族首时钟同步
申请；
步骤五：依据族首时钟同步申请在二级网络网内再次执行子网协同时钟同步策
略，二级网络网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级子网内是
否还有二级时钟同步申请，若有，则返回重新执行二级网络的子网协同时钟同步策略；
若无，则全网达到时钟同步，全网的时钟同步过程结束。
本发明的一种分级分簇无线自组织网络的分布式时钟同步方法，其子网协同时钟
同步策略包括有粗时钟同步和精时钟同步两个阶段；子网协同时钟同步开始后，首先
执行子网广播式同步，即簇首发送同步时钟，簇成员在更新时钟后完成应答；子网广
播式同步结束后判断是否有精时钟同步申请，若有，则转入执行子网应答式同步；若
无，则粗时钟同步结束。在子网应答式同步中采用协同时钟方式继续判断是否有精时
钟同步请求，若有，继续执行子网应答式同步；若无，则精时钟同步结束。
本发明分布式时钟同步方法的优点在于：
①在进行时钟同步处理时无需选择基准时钟端，只关注整个分级分簇的无线自组织
网络的拓扑结构，具有很强的适应性。
②在时钟同步过程中充分利用了所有分级分簇的无线自组织网络中各节点的计算资
源，降低了对协同时钟端的计算和存储能力的需求。
③本方法提高网络同步时钟的抗毁性，即使是极端动态的网络或节点变化后，需要
重新组建网络，采用该方法也能够实现网络的再同步。
附图说明
图1是具有二级结构的分级分簇无线自组网络示意图。
图2是TDMA帧结构图。
图3是本发明分级分簇无线自组织网络时钟同步的流程图。
图4是本发明各个子网络的时钟同步流程图。
图5是本发明分级分簇无线自组织网络的广播-应答同步过程简图。
图6是本发明记录可用时刻数据过程简示图。
图7是本发明精时钟同步端到端握手协议过程时刻简示图。
1.第一个子网络
11.第一网络节点
12.第二网络节点
13.第三网络节点
14.第四网络节点
15.第五网络节点
2.第二个子网络
21.第六网络节点
22.第七网络节点
23.第八网络节点
3.第三个子网络
31.第九网络节点
32.第十网络节点
33.第十一网络节点
34.第十二网络节点
4.第四个子网络
41.第十三网络节点
42.第十四网络节点
43.第十五网络节点
44.第十六网络节点
5.第五个子网络
51.第十七网络节点
52.第十八网络节点
53.第十九网络节点
54.第二十网络节点
1-2.第一网关链路
1-3.第二网关链路
1-4.第三网关链路
1-5.第四网关链路
201.启动引导时隙
202.数据传输时隙
203.微时隙
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，图中展示了一个典型的二级分级分簇无线自组网络，分级线将
多个子网络分成一级网络和二级网络；每个子网络内都包括有簇首节点和簇成员节
点；所述的子网络包括有第一子网络1、第二子网络2、第三子网络3、第四子网络
4、第五子网络5；第一子网络1归属于一级网络；第二子网络2、第三子网络3、
第四子网络4、第五子网络5归属于二级网络。
第一子网络1中包括有第一网络节点11、第二网络节点12、第三网络节点13、
第四网络节点14和第五网络节点15，第一网络节点11为第一子网络1中的簇首节
点，其余四个节点(即第二网络节点12、第三网络节点13、第四网络节点14和第
五网络节点15)为第一子网络1中的簇成员节点。
第二子网络2中包括有第六网络节点21、第七网络节点22和第八网络节点23，
第六网络节点21为第二子网络2中的簇首节点，其余二个节点(即第七网络节点
22和第八网络节点23)为第二子网络2中的簇成员节点。
第三子网络3中包括有第九网络节点31、第十网络节点32、第十一网络节点
33和第十二网络节点34，第九网络节点31为第三子网络3中的簇首节点，其余三
个节点(即第十网络节点32、第十一网络节点33和第十二网络节点34)为第三子
网络3中的簇成员节点。
第四子网络4中包括有第十三网络节点41、第十四网络节点42、第十五网络节
点43和第十六网络节点44，第十三网络节点41为第四子网络4中的簇首节点，其
余三个节点(即第十四网络节点42、第十五网络节点43和第十六网络节点44)为
第四子网络4中的簇成员节点。
第五子网络5中包括有第十七网络节点51、第十八网络节点52、第十九网络节
点53和第二十网络节点54，第十七网络节点51为第五子网络5中的簇首节点，其
余三个节点(即第十八网络节点52、第十九网络节点53和第二十网络节点54)为
第五子网络5中的簇成员节点。例如，第一子网络1采用标识符号AA表示，第一子
网络1中的簇首采用AAM，第一子网络1中的任意一个簇成员采用AAa，对于第一
子网络1中簇首、簇成员采用集合形式表达为AA＝{AAM，AA1，AA2，…，AAa}。同
理，第二子网络2中簇首、簇成员采用集合形式表达为
BB＝{BBM，BB1，BB2，…，BBb}。第三子网络3中簇首、簇成员采用集合形式表达
为CC＝{CCM，CC1，CC2，…，CCc}。第四子网络4中簇首、簇成员采用集合形式表
达为DD＝{DDM，DD1，DD2，…，DDd}。第五子网络5中簇首、簇成员采用集合形
式表达为EE＝{EEM，EE1，EE2，…，EEe}。
在如图1所示的典型二级结构的分级分簇无线自组网络中，二级网络通过网关
链路与一级网络进行通信，即第二网络节点12与第六网络节点21的通信为第一网
关链路1-2，第一网络节点11与第九网络节点31的通信为第二网关链路1-3，第
五网络节点15与第十三网络节点41的通信为第三网关链路1-4，第四网络节点14
与第十七网络节点51的通信为第四网关链路1-5。在本发明中，网关链路为两节点
的子网络，是以第一子网络1中的节点为簇首，是以第二子网络2、第三子网络3、
第四子网络4和第五子网络5中簇首节点为簇成员。网关链路上的节点也称为网关
节点。因此，网关链路为两节点的子网络，是以一级网络中的节点为簇首，是以二级
网络中的簇首节点为簇成员。网关链路中簇首、簇成员采用集合形式表达为
FF＝{FFM，FF1，FF2，…，FFf}。
在本发明中，子网协同时钟同步策略应用簇首、簇成员为身份进行时刻记录，因
此，在不同的子网络中簇首、簇成员采用不同标识符合进行识别。例如，一级网络中
的簇首、簇成员采用一种标识符合；二级网络中的簇首、簇成员采用另一种标识符合；
网关链路中的簇首、簇成员采用第三种标识符合。在不同的标识符合下，对于子网协
同时钟同步所需的时刻记录也带有此标识符合。
为保证分级分簇无线自组网络中数据传输的可控性，降低传输冲突，每个子网络
的接入和传输采用TDMA帧结构，如图2所示，TDMA帧包含启动引导时隙201
和数据传输时隙202，每个时隙中都包含有限个微时隙203。启动引导时隙201用
于网络的接入、资源申请和时钟同步，数据传输时隙202用于传输各类数据。TDMA，
Time Division Multiple Access，译文为时分多址。时分多址是把时间分割成周期
性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的
条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发
向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的
时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。
为实现整个分级分簇无线自组织网络的同步，将分级分簇无线自组网的传输分解
为网关链路传输连接无干扰子网络传输的过程，全网(即分级分簇无线自组织网络)
时钟同步流程如图3所示。
步骤一：全网初始化开始后，一级网络网内执行子网协同时钟同步策略；同时，
二级网络网内执行子网协同时钟同步策略；
步骤二：一级网络网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级
子网内是否还有一级时钟同步申请，若有，则返回重新执行一级网络的子网协同时钟
同步策略；若无，一级网络各节点向网关链路发送时钟同步申请；
二级网络网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级子
网内是否还有二级时钟同步申请，若有，则返回重新执行二级网络的子网协同时钟同
步策略；
步骤三：网关链路执行子网协同时钟同步策略；
步骤四：网关链路网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级
子网内是否还有网关时钟同步申请，若有，则返回重新执行网关链路的子网协同时钟
同步策略；若无，一级网络各节点通过网关链路向二级网络的族首发送时钟同步申请
(简称族首时钟同步申请)；
步骤五：依据族首时钟同步申请在二级网络网内再次执行子网协同时钟同步策
略，二级网络网内完成时钟同步后，需要根据微时隙内的接收消息判断本级子网内是
否还有二级时钟同步申请，若有，则返回重新执行二级网络的子网协同时钟同步策略；
若无，则全网达到时钟同步，全网的时钟同步过程结束。
参见图4所示，在本发明中，子网协同时钟同步策略包括有粗时钟同步和精时
钟同步两个阶段。子网协同时钟同步开始后，首先执行子网广播式同步，即簇首发送
同步时钟，簇成员在更新时钟后完成应答；子网广播式同步结束后判断是否有精时钟
同步申请，若有，则转入执行子网应答式同步；若无，则粗时钟同步结束。在子网应
答式同步中采用协同时钟方式继续判断是否有精时钟同步请求，若有，继续执行子网
应答式同步；若无，则精时钟同步结束。粗时钟同步过程采用广播参考时钟方式，精
时钟同步过程采用协同时钟方式。
(一)粗时钟同步阶段
在本发明中，所述的粗时钟同步采用广播-应答模式，如图5所示，包含簇首
广播同步时钟步骤和簇成员更新应答时钟步骤。其中，簇首广播同步时钟步骤是以簇
首在有新节点接入后，启动引导时隙201并定期广播当前的自身时钟，该时钟记为
广播参考时钟MT当前，待簇成员接收到该所述的广播参考时钟MT当前后，并更新簇成
员的启动引导时隙201的时钟，该时钟记为跟随时钟S-MT更新；簇成员更新应答时
钟步骤是以簇成员在完成所述的跟随时钟S-MT更新同步为MT当前时钟后，并在簇成员
的可用的微时隙203中启动引导时隙201，且发送同步应答，至此簇首-簇成员之
间的粗时钟同步过程完成。
在本发明中，粗时钟同步过程包含SYNC_T和SYNC_RES两种类型同步协议
信息。所述SYNC_T是指簇首广播的同步信息(简称为广播信息)，该广播信息至少
包含有广播参考时钟。所述SYNC_RES是指簇成员应答信息，是作为对簇首同步时
钟进行更新的结果的应答。SYNC_RES只包含粗时钟同步响应信息，不包含时间戳。
(二)精时钟同步阶段
参见图6、图7所示，在簇首-簇成员之间的粗时钟同步完成之后，开始精时钟
同步过程，精时钟同步包括下列步骤：
步骤61：记录可用时刻数据
如图1所示的分级分族无线自组网络中，为了实现簇首与簇成员的协同时钟同
步，定义簇首节点为协同时钟端Nco，定义簇成员节点同步申请端Ndo。对于有K个
簇成员节点(也称为同步申请端个数)和1个簇首节点的子网，同步申请端采用集
合表达形式为Ndo＝{N1，N2，…，NK}，N1表示第1个同步申请端，N2表示第2个同步
申请端，NK表示第K个同步申请端，也称为任意一个同步申请端；网络的精时钟同
步是指任意一个节点在启动引导时隙201时便发起精时钟同步请求信息SYNC_PT
和参考时钟信息FOLLOW_UP，如图7所示。SYNC_PT是指精同步申请端发送到
协同时钟端的同步请求信息。FOLLOW_UP是指申请端发送到协同时钟端的信息，
在每次精同步申请SYNC_PT发送时记录时间戳，记为发起申请的参考时间，并跟随
SYNC_PT发送。
为防止无线传输中由于信道的时变性可能会导致启动引导时隙201传输的
SYNC_PT、FOLLOW_UP的丢失造成计算失效，对于协同时钟端Nco未在对应数据
帧内的对应微时隙接收到SYNC_PT、FOLLOW_UP信息视为同步申请无效，并对
本帧内所有记录数据进行清除，直到协同时钟端Nco正确接收到同步申请数据，并记
录下所述同步申请数据对应的帧号。
在本发明中，记录同步申请端Ndo＝{N1，N2，…，NK}发出时刻矩阵格式为
T Tr = t 1 N 1 t 2 N 1 · · · t j N 1 t 1 N 2 t 2 N 2 · · · t j N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 NK t 2 NK · · · t j NK , ]]>表示第1个同步申请端N1发出的第1个申请发送时刻，
表示第1个同步申请端N1发出的第2个申请发送时刻，表示第1个同步申请
端N1发出的第j个申请发送时刻(也称为第1个同步申请端N1发出的任意一个申请
发送时刻)，表示第2个同步申请端N2发出的第1个申请发送时刻，表示第2
个同步申请端N2发出的第2个申请发送时刻，表示第2个同步申请端N2发出的
第j个申请发送时刻(也称为第2个同步申请端N2发出的任意一个申请发送时刻)，
表示任意一个同步申请端NK发出的第1个申请发送时刻，表示任意一个同步
申请端NK发出的第2个申请发送时刻，表示任意一个同步申请端NK发出的第j
个申请发送时刻(也称为任意一个同步申请端NK发出的任意一个申请发送时刻)。
在本发明中，协同时钟端Nco接收时刻矩阵格式为
T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK , ]]>表示协同时钟端Nco接收到的第1个同步申
请端N1的第1个同步申请时刻的时刻，表示协同时钟端Nco接收到的第1个同
步申请端N1的第2个同步申请时刻的时刻，表示协同时钟端Nco接收到的第1
个同步申请端N1的第j个同步申请时刻的时刻(也称为协同时钟端Nco接收到的第1
个同步申请端N1的任意一个同步申请时刻的时刻)，表示协同时钟端Nco接收到
的第2个同步申请端N2的第1个同步申请时刻的时刻，表示协同时钟端Nco接
收到的第2个同步申请端N2的第2个同步申请时刻的时刻，表示协同时钟端
Nco接收到的第2个同步申请端N2的第j个同步申请时刻的时刻(也称为协同时钟端
Nco接收到的第2个同步申请端N2的任意一个同步申请时刻的时刻)，表示协
同时钟端Nco接收到的第K个同步申请端NK的第1个同步申请时刻的时刻，表
示协同时钟端Nco接收到的第K个同步申请端NK的第2个同步申请时刻的时刻，
表示协同时钟端Nco接收到的第K个同步申请端NK的第K个同步申请时刻的
时刻(也称为协同时钟端Nco接收到的第K个同步申请端NK的任意一个同步申请时
刻的时刻)。
在本发明中，若协同时钟端Nco未在对应数据帧内的对应微时隙接收到
SYNC_PT、FOLLOW_UP信息，视为同步申请无效记为0。例如，当协同时钟端Nco
在第1个同步申请时刻未收到第2个同步申请端N2的SYNC_PT、FOLLOW_UP信
息，则协同时钟端Nco接收时刻矩阵格式为 T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 0 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK , ]]>协同时
钟端Nco清除矩阵中的第2列数据。
步骤62：选择协同函数
定义协同函数f(·)，其目的是将一组数据逐渐收敛到一个可接受的范围之内，且
不能改变数据在应用过程中的属性，每执行一次该函数运算，对于分散的数据具有一
定的压缩功能。在本发明中，时刻协同函数格式为
COLK = f ( x 1 , x 2 , . . . , x K ) = ω 1 x 1 + ω 2 x 2 + · · · + ω K x K Σ i = 1 K ω i = 1 , ]]>ωK表示任意一个同步申请端NK的
加权值，ω1表示第一个同步申请端N1的加权值，ω2表示第二个同步申请端N2的加权
值，xK表示协同时钟端Nco接收到的任意一个同步申请端NK的非零同步申请时刻的
时刻(简称为有效同步申请时刻的时刻)，x1表示协同时钟端Nco接收到的第一个同
步申请端N1的有效同步申请时刻的时刻，x2表示协同时钟端Nco接收到的第二个同步
申请端N2的有效同步申请时刻的时刻，K表示同步申请端的个数，ωi表示和关系中
与选取同步申请端i对应的指数。
在本发明中，采用 COLK = f ( x 1 , x 2 , . . . , x K ) = ω 1 x 1 + ω 2 x 2 + · · · + ω K x K Σ i = 1 K ω i = 1 ]]>对
T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK ]]>进行时刻收敛得到协同时钟端Nco(协同时钟端Nco
为接收的时刻)的有效协同时刻函数。
在本发明中，采用对
T Tr = t 1 N 1 t 2 N 1 · · · t j N 1 t 1 N 2 t 2 N 2 · · · t j N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 NK t 2 NK · · · t j NK ]]>进行时刻收敛得到同步申请端Ndo＝{N1，N2，…，NK}(同步
申请端Ndo＝{N1，N2，…，NK}为发出的时刻)的有效协同时刻函数。
在本发明中，同步申请端Ndo＝{N1，N2，…，NK}的有效协同时刻函数也可能等于
T Tr = t 1 N 1 t 2 N 1 · · · t j N 1 t 1 N 2 t 2 N 2 · · · t j N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 NK t 2 NK · · · t j NK , ]]>为了最大化统计发出时刻，则在进行协同时钟接收时间差
计算时应用 T Tr = t 1 N 1 t 2 N 1 · · · t j N 1 t 1 N 2 t 2 N 2 · · · t j N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 NK t 2 NK · · · t j NK ]]>进行计算。同理可得，协同时钟端Nco的有效协
同时刻函数也可能等于 T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK , ]]>为了最大化统计接收到的
时刻，则在进行协同时钟接收时间差计算时应用 T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK ]]>进
行计算。
步骤63：计算协同时钟接收时间差
在本发明中，从 T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK ]]>中选取有效的两列元素，则
T Re CO = t 1 CO , N 1 t 2 CO , N 1 · · · t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t 2 CO , N 2 · · · t j CO , N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 CO , NK t 2 CO , NK · · · t j CO , NK ]]>置换为 CT Re CO = t 1 CO , N 1 t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t j CO , N 2 · · · · · · t 1 CO , NK t j CO , NK , ]]>对
CT Re CO = t 1 CO , N 1 t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t j CO , N 2 · · · · · · t 1 CO , NK t j CO , NK ]]>进行转置为 TCT Re CO = t 1 CO , N 1 t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t j CO , N 2 · · · · · · t 1 CO , NK t j CO , NK T . ]]>选取
T Tr = t 1 N 1 t 2 N 1 · · · t j N 1 t 1 N 2 t 2 N 2 · · · t j N 2 · · · · · · · · · · · · t 1 NK t 2 NK · · · t j NK ]]>中对应于 CT Re CO = t 1 CO , N 1 t j CO , N 1 t 1 CO , N 2 t j CO , N 2 · · · · · · t 1 CO , NK t j CO , NK ]]>的列，置换为
CT Tr = t 1 N 1 t j N 1 t 1 N 2 t j N 2 · · · · · · t 1 NK t j NK , ]]>对 CT Tr = t 1 N 1 t j N 1 t 1 N 2 t j N 2 · · · · · · t 1 NK t j NK ]]>进行转置为 TCT Tr = t 1 N 1 t j N 1 t 1 N 2 t j N 2 · · · · · · t 1 NK t j NK T . ]]>
计算从发送端时钟到接收端时钟的时间差相对时钟漂移为
tDR＝Row(ΔT，j)-Row(ΔT，1)，Row(ΔT，j)表示ΔT中的第2行元素，Row(ΔT，1)表示
ΔT中的第1行元素。计算子网中所有节点时钟的协同漂移tCO，DR＝f(tDR)，计算子网
内协同时钟接收两组申请的时间差 t CO , DIST = f ( Row ( T Re CO , j ) - Row ( T Re CO , 1 ) ) - t CO , DR . ]]>
步骤64：修正网关节点时钟为协同时钟
计算网关节点时钟相对于协同时钟的漂移率tCD，DR/tCD，DIST，并从该时刻开始将网
关节点时钟修正为协同时钟605。
网络同步过程中，按照设计的端到端握手同步协议(如图6、图7所示)，申请
节点继续在一帧内将所有申请发送给协同时钟端，协同时钟端分别记录申请的到达时
间，在一定延迟后，发送协同时钟端应答，内容包括时钟漂移率和消息时间戳内容，
最后协同时钟端中的各节点在接收到应答信息后分别进行时钟修正606。参见图7
所示，在端到端握手同步协议中，精同步申请端需要获取协同时钟端的申请发送时刻
T0、同步申请端接收协同时钟端应答时刻协T3、协同时钟端接收精同步申请端请求
时刻T1和发送应答时刻T2，最后按照((T1-T0)-(T3-T2))/2计算同步申请端时钟补偿
τO，即τO＝((T1-T0)-(T3-T2))/2。
在端到端握手同步协议中，精同步握手中传输的协议信息包含SYNC_PT、
FOLLOW_UP和SYNC_CO三种。SYNC_CO是指协同时钟端发送到精同步申请端
的同步时钟信息，作为对网内同步申请的响应。SYNC_CO包含获取协同时钟阶段连
续完整接收两个同步申请的协同接收时间差和帧编号，以及发送该信息的时间戳。
在本发明中，精时钟同步过程包含获取协同时钟阶段601和网络同步阶段602，
如图6所示。协同时钟阶段601是为了得到协同时钟准确接收精同步申请的时间差
t CO , DIST = f ( Row ( T Re CO ( 2 ) , 2 ) - Row ( T Re CO ( 2 ) , 1 ) ) - t CO , DR , ]]>子网内节点的协同漂移
tCO，DR＝f(tDR)和簇首时钟相对协同时钟的漂移率tCD，DR/tCD，DIST。网络同步阶段602是
为了进行任意簇成员的时钟修正。
本发明的分级分簇的无线自组织网的分布式同步方法利用TDMA接入方式的可
控特性，将网络的同步分解为具有重合节点的多个子网的同步，通过逐级建立子网内
协同时钟的方法完成网络的同步；子网的同步包含粗同步和精同步两个过程，粗同步
采用广播簇首时钟的方式完成，精同步采用握手协议，通过连续的同步申请进行协同
运算建立协同时钟，基于协同时钟进行并行申请、分布式计算校准更新方式建立同步。
该方法适应性强，对节点的计算和存储能力需求低，充分利用了各节点的计算资源，
同步时无需额外的信道资源，实现同步所需时间短。