[发明专利]一种基于最大似然估计的多终端时间同步方法

摘要

本发明公开了一种基于最大似然估计的多终端时间同步方法，该方法在假设各终端之间的消息传递时延满足正态分布的情况下，利用最大似然估计同时估计相对时钟斜率和偏移，并按网络拓扑情况，将最大似然估计分为发送‑接收最大似然估计和接收‑接收最大似然估计，同类网络中，节点间的公共邻居节点很多的情况下才用接收‑接收最大似然估计，异质网络或节点分布很稀疏时采用发送‑接收最大似然估计，在保证估计方法准确的情况下，尽可能的减少同步消息的传递，提高时间同步方法的效率。

主权项

一种基于最大似然估计的多终端时间同步方法，其特征在于，终端的逻辑时钟值L(t)＝αC(t)+β，其中，C(t)为物理时钟值，α为时钟斜率补偿参数，β为时钟偏移补偿参数；通过修正各终端的逻辑时钟斜率补偿参数和逻辑时钟偏移补偿参数，使各终端的逻辑时钟收敛到一致的时钟值，从而实现时间同步；其中，各终端的逻辑时钟斜率补偿参数和逻辑时钟偏移补偿参数的修正通过以下方法实现：步骤1，为网络中的各终端分配不相重复的ID，并设置采用接收‑接收最大似然估计模式的阀Nthreshold；初始化时钟斜率补偿参数为1，时钟偏移补偿参数为0；步骤2，各终端判断自身与其邻居终端间的网络类型；计算任意两个相邻终端的公共邻居终端数目N，若两个相邻终端与公共邻居终端间是同类型网络且N＞Nthreshold，则执行步骤4，否则执行步骤3；步骤3，采用发送‑接收最大似然估计模式获取任意两个相邻终端i和j间的时间样本并转入步骤5，具体为：该模式下两个相邻终端间执行M次双向信息报文交换，并记录发送接收时间样本(um,vm,u'm,v'm)，其中，um是终端i第n次发送同步消息的逻辑时钟值，vm是终端j第n次接收到终端i发送的同步消息的逻辑时钟值，v'm是终端j第n次接收到终端i发送的同步消息后回复的逻辑时钟值，u'm是终端i第n次接收到终端j回复消息的逻辑时钟值，m＝1,2.…M；步骤4，采用接收‑接收最大似然估计模式获取任意两个相邻终端i和j间的时间样本并转入步骤6，具体为：在该模式下，所有终端按照ID顺序广播信标报文，其邻居终端接收报文并记录报文来源终端的ID和该终端接收到报文的逻辑时钟值；所有终端完成广播信标报文后，相邻终端间交互自身记录的信息，并将记录中报文来源终端ID一致的逻辑时钟值组成时间样本，即得到任意两个相邻终端i和j间的时间样本(xn,yn)；其中，xn是终端i接收到的、与终端j间第n个公共邻居终端广播的报文时的逻辑时钟值；yn是终端j接收到的、与终端i间第n个公共邻居终端广播的报文时的逻辑时钟值；步骤5，将步骤3中得到的时间样本代入公式1和2，得到终端i相对于终端j的相对时钟斜率估计值和相对时钟偏移估计值转入步骤7：α^ij=Σm=1M(um+um′)Σm=1M(vm+vm′)-MΣm=1M((um+um′)(vm+vm′))(Σm=1M(um+um′))2-MΣm=1M(um+um′)2---(1)]]>β^ij=12M(Σm=1M(vm+vm′)-Σm=1M(um+um′)Σm=1M(vm+vm′)-MΣm=1M((um+um′)(vm+vm′))(Σm=1M(um+um′))2-MΣm=1M(um+um′)2Σm=1M(um+um′)---(2)]]>步骤6，将步骤4中得到的时间样本代入公式3和4，得到终端i相对于终端j的相对时钟斜率估计值和相对时钟偏移估计值转入步骤7：α^ij=Σn=1NxnΣn=1Nyn-NΣn=1N(xnyn)(Σn=1Nxn)2-NΣn=1Nxn2---(3)]]>β^ij=1N(Σn=1Nyn-Σn=1NxnΣn=1Nyn-NΣn=1N(xnyn)(Σn=1Nxn)2-NΣn=1Nxn2Σn=1Nxn)---(4)]]>步骤7：将步骤5或6中得到的相对时钟斜率估计值和相对时钟偏移估计值代入公式5和6，对终端i的时钟斜率补偿参数αi和时钟偏移补偿参数βi进行更新：αi＝ρsαi+(1‑ρs)Δα                         (5)βi＝ρoβi+(1‑ρo)Δβ                        (6)其中，Δα是终端i和j间的时钟斜率偏差，Δβ是终端i和j间的时钟偏移偏差，ρs、ρo均为权值，且ρs∈(0,1)，ρo∈(0,1)参考网络状况确定取值；步骤8，重复执行步骤2至7。