[发明专利]一种基于隐式同步和免时间戳交互的动态时钟偏斜跟踪方法

权利要求书

1.一种基于隐式同步和免时间戳交互的动态时钟偏斜跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：采用一阶高斯马尔可夫模型来描述隐含节点S相对于活跃节点A、活跃节点A相对于参考时钟节点R的动态时钟偏斜，将其作为状态方程；

S2：建立隐含节点S的免时间戳同步观测方程，利用基于卡尔曼滤波的方法来跟踪隐含节点S与参考时钟节点R之间的动态时钟偏斜；

步骤S2中隐含节点的免时间戳交互观测方程，具体包括以下步骤：

S21：隐含节点S监听活跃节点A与参考时钟节点R之间的第i个周期的免时间戳交互信息，得到第i个周期的同步通式如下：

式中δ＝δ^(AR)-δ^(AS)+δ^(RS)，其中Δ_i表示免时间戳交互的响应时间，和表示节点A接收到数据包的时间，其中和表示节点S接收到数据包的时间，和分别表示节点A与节点R之间的相对时钟偏斜和时钟偏移，和分别表示节点A与节点S之间的相对时钟偏斜和时钟偏移，和分别表示节点S与节点R之间的相对时钟偏斜和时钟偏移，δ^(AR)、δ^(AS)和δ^(RS)分别表示节点A与节点R、节点A与节点S和节点R与节点S之间消息传输的固定时延，和分别表示节点A与节点R、节点A与节点S和节点R与节点S之间消息传输的随机时延，它们都是独立的均值为0，方差分别为的高斯分布；

S22：重复步骤S21，用第i+1周期的通式减去第i周期的通式，并假设ρ_i+1＝ρ_i，θ_i+1＝θ_i，其中i为奇数，得到隐含节点S的免时间戳同步观测模型为：

式中i为奇数；定义交互周期为隐含节点S可以得到

S23：节点S与节点R之间的时钟偏斜定义为其中f^(R)和f^(S)分别表示节点R和节点S的晶体震荡频率，以此类推，节点A、节点S和节点R三者之间的时钟偏斜关系表示为并经过采样，隐含节点S的离散免时间戳同步观测方程为：

S24：采用基于扩展卡尔曼滤波的方法来跟踪时钟偏斜，在跟踪时钟偏斜之前，将观测方程进行线性化处理，具体步骤如下：

S241：将进行一阶泰勒级数展开：

S242：h′(x′[n])分别对ρ^(AR)[n]和ρ^(AS)[n]进行求导，求解雅可比矩阵为：

S243：重写观测方程如下：

本方法具体包括以下步骤：

A1：隐含节点动态时钟偏斜跟踪开始；

A2：卡尔曼滤波器初始化；

A3：隐含节点监听免时间戳同步信息；

A4：判断同步轮次是否为奇数，若为奇数，进入流程A5，反之进入流程A6；

A5：同步轮次增加1，进入流程A3；

A6：根据时间戳信息和响应时间计算观测值和观测矩阵，根据状态方程，由n-1时刻偏斜值预测n时刻偏斜的值，并计算最小预测均方误差M[n|n-1]；

A7：根据观测值计算卡尔曼增益；

A8：根据卡尔曼滤波增益、观测矩阵和时钟偏斜的预测值对时钟偏斜进行修正，并计算最小均方误差；

A9：由参考时钟节点、活跃节点和隐含节点时钟偏斜的关系和修正的时钟偏斜值计算隐含节点与参考时钟节点之间的时钟偏斜；

A10：判断当前的同步周期是否达到预测值，若达到，进入流程A12，反之，进入流程A11；

A11：同步轮次增加1，进入流程A3；

A12：隐含节点动态时钟偏斜跟踪结束。