[发明专利]一种无线MESH网络的入网同步方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种无线MESH网格网络的入网同步方法。本发明提供一种可行的无线网格网络的入网同步方法，保障在无线网格网络精确的时间同步，实现入网节点在无线网格网络的精确网络同步，满足入网节点间的通信需求，为无线网格网络的节点入网与时间同步技术研究提供支持和辅助。

背景技术

无线Mesh网络WMN(Wireless Mesh Network)从点对点网络(Ad hoc)分化而来并且融合部分无线局域网技术，逐渐成为一种广受关注的无线接入网络，它具有快速部署、自组织、易维护的特点。无线网格拓扑网络是一种采用多点到多点拓扑结构的网络，IEEE802.16协议定义了无线网格拓扑网络的入网流程。

同步技术是无线网格网络的关键技术，是整个系统节点间通信的基础，只有保持各个节点之间的同步才能使整个系统的正常通信。同步技术包括物理层的同步和介质访问控制(MAC)层的网络同步，物理层同步是实现数据收发的比特级的同步，可保证数据按照比特进行正确的接收；介质访问控制层的网络同步是保证系统的帧同步，通过网络同步，节点可以获得当前的帧编号，从而为调度模块按帧进行数据的调度提供了时间基准信息。现有的同步技术主要针对的是负责节点已经开机，来提供其他节点的入网和同步过程，而对于网络中未搜索到负责节点或者节点在规定时期搜索不到节点的场景并不适合。

无线网格网络采用时分双工(TDD，Time Division Duplexing)模式帧结构，为了实现节点之间的协同分布式传输，本发明对标准的帧结构进行了改进，在时域上，一帧包括控制子帧和数据子帧两个部分。入网、同步过程是在控制子帧上面完成，入网过程是通过在控制子帧上发送网络接入消息以及网络配置消息完成，而同步过程是在控制子帧上发送网络配置消息来完成。

北京交通大学在其申请的专利文献“一种无线多跳协作网络的新节点入网同步方法”(公开号CN106162810A，申请号CN201610768501.3，申请日2016.08.30)中公开了一种无线多跳协作网络的新节点入网同步方法。该方法通过在网节点周期性广播网络配置消息，新节点进行入网扫描接收到的网络配置消息建立物理邻居列表，新节点从多个预选赞助节点中选择一个预选赞助节点作为粗同步参考节点进行粗同步；新节点开启限定接收消息的定时器，新节点在定时器到时后，从收到消息对应的预选赞助节点中选择一个赞助节点，并将赞助节点作为精同步参考节点进行精同步。该方法存在的不足之处是，新节点需要从多个预选赞助节点中，选择一个预选赞助节点作为粗同步参考节点方法较为繁琐、筛选条件较多影响了参考节点的选择效率。

武建侠等人在其发表的论文“无线Mesh网GPS同步技术的研究”(计算机工程与设计2009年04期ISSN:1000-7024)中提出了一种基于GPS秒脉冲的时隙同步方法。该方法中通过GPS信号作为统一的外部时钟，结合GPS脉冲的长期稳定和晶体振荡器的短期稳定(秒级稳定)的特性来产生精确10kHz同步信号。该方法存在的不足之处是，节点入网同步方法复杂度高，而且采用GPS信号成本很高，实现难度较大，不适用于小规模网络。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种无线网格网络的入网同步方法，以弥补现有无线网格网络媒体接入控制层中的网络同步处理方法给中的算法复杂度高以及不支持节点开机后不存在网络场景入网处理等缺点。

本发明的技术思路是，通过对基本的帧结构进行改进，设计入网以及同步机制，在改进的帧结构的基础上利用负责节点的Node ID以及帧的长度进行预同步，然后利用传播时延消息精确同步，最后时基维护处理，达到全网同步的效果。

实现本发明目的的具体步骤包括如下：

(1)扫描相邻信息表消息：

(1a)依据无线MESH网络规模的大小设定监听周期；

(1b)入网节点扫描无线MESH网络在网节点周期性广播的相邻信息表消息；

(1c)判断入网节点在监听周期内是否扫描到相邻信息表消息，若是，则执行步骤(2)，否则，执行步骤(1d)；

(1d)将未扫描到相邻信息表消息的入网节点，设为孤独初始节点NodeID1后，继续扫描相邻信息表消息，同时周期性广播该孤独初始节点Node ID1的相邻信息表消息；

(2)判断入网节点在监听周期内扫描到相邻信息表消息中的节点是否为在网节点，若是，则执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)；

(3)入网节点向在网节点发起入网请求消息；