[發明專利]一種同步時間更新方法及裝置

有效

• 申請號: 200910152389.0
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN101931883A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 徐勇
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W8/00;H04W56/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明涉及無線網絡通信技術，具體地涉及一種低功耗路由傳感網絡中的同步時間更新方法及裝置。

背景技術

無線傳感網絡是一種不斷發展的網絡通信技術，可以應用在工業控制，家庭監控，數據通信等領域。無線傳感網絡以數據為中心，由許多功能相同或不同的無線傳感器節點組成。無線傳感器節點可包括終端節點、匯集節點以及管理節點，終端節點收集周圍環境的數據，通過無線鏈路直接或間接將數據傳輸給匯集節點；匯集節點主要負責收集特定區域內所有終端節點采集的數據，經數據融合后，發送到更上層的管理節點。無線傳感網絡不僅具有節點密度高的特點，而且網絡中的節點大多由電池供電，能量有限，因此需要在無線傳感網絡中采用低功耗技術保證網絡長期穩定的運行。

在采用低功耗路由技術的傳感網絡中，各個無線傳感器節點可以長周期性進入休眠狀態以達到降低功耗的目的，但在正常的工作周期和一般的傳感網絡節點是一樣的。在目前的低功耗路由傳感網絡中，可以采用同步方式傳輸數據，在同步方式中低功耗節點不需要發送額外的探測信號，只需要在適當的時間內進行數據傳輸。同步傳感網絡有兩種實現方式：全網同步和局部同步。全網同步是指網絡中各個節點在同一時間開始工作，進行數據傳輸；局部同步是指在網絡的中的各個節點都知道周圍相鄰節點的工作周期，在現有數據需要發送的時候，發送節點會等待接收節點開始工作后再發送數據。這兩種同步方式可以根據網絡的規模大小而分別采用。

低功耗路由網絡有效運行的一個重要條件就是時間同步(TS，Time?Synchronization)，因為該功能是實現傳感器數據傳輸融合、時隙調度、定時觸發的基礎。由于初始時刻傳感器網絡各個節點的計時時刻不同以及內部晶振的頻率偏差，彼此的時鐘并不同步，再加上在網絡運行中還存在一個時間漂移的問題，需要傳感器網絡通過周期性發送同步信息來校正各個節點的時鐘誤差。

傳統無線傳感器網絡時間同步技術可以通過節點間定期單播專門的信標幀來實現。當兩個節點需要進行時間同步操作時，發送節點如果不知道接收節點的工作周期，可以先發出連續的探測幀，一直等到接收節點的應答后再發送特定的時間同步信標幀，其中嵌入包含發送時刻的時間戳和接收節點的地址，接收節點從時間同步信標幀中讀取該幀的發送時刻，利用這個時間信息可估算出收發雙方的時間偏差，通過對時間偏差進行補償，可達到接收方與發送方的時間同步。

這種采用交互同步信標幀將網內節點時鐘調到同一個時鐘基準上的時間同步方法可以適用于節點間兩兩相互同步，即點對點同步，并且兩節點間時間同步結果比較精確的，對于局部同步網絡比較適合。該方法的缺點在于只適用與兩個節點單獨進行，不能適用于多個節點同時同步。同時，時間同步操作中需要發送探測幀以及專門的時間同步信標幀，能量開銷比較大，也需要有單獨的時間來實現這一功能。當網絡規模擴大時，通過這種方式實現的網絡同步需要每對節點之間相互同步后才能達到，這是需要消耗比較長的時間，因此不太適用于大規模傳感器網絡。

傳感器網絡還可以通過發送廣播形式達到節點間的時間同步。這種同步方式是由協調器節點或者路由節點在全網或者局部網絡內發布廣播包，其中包含當前時鐘讀數的同步信令。廣播域內的節點接收到同步信令后，利用本地時鐘記錄信令的到達時刻，然后估算出與協調器節點或者路由節點的時間偏移。通過對時間偏差進行補償，調整自己的邏輯時鐘值，以達到全網或者局部網絡中的各個節點和協調器節點時間同步。當網絡規模擴大后，每個節點在接收到全網同步廣播包后，將打上自己的時間戳后，轉發到下一層節點，這樣隨著廣播包層層轉發下去，不同層的節點間也可以和協調器形成時間同步。

通過周期性進行全網廣播可以快速實現所有節點的全網同步，最適用于沒有休眠節點的傳感器網絡，但是也可以在低功耗路由網絡中使用。這種同步方式不僅協調器節點可以采用，其余的節點也可以適用。當任意一個節點需要改變自己工作周期時，只需要向周邊的節點廣播自己新的工作周期，讓周圍相鄰節點了解自己的工作周期即可繼續與之保持同步。不過這種廣播方式需要在周邊的全部節點都處于工作方式中，才能發送自己新的時間同步信息廣播。

通過周期性進行全網廣播形式進行節點間的時間同步需要專門的時間來完成，所需要的時間雖然比點對點的同步操作所需時間少，但是時間和能量開銷仍然比較大，影響網絡使用壽命。特別在低功耗路由網絡中，需要等待周圍相鄰節點全部醒來后才能進行同步廣播，網絡同步的速度較慢。而且在全網進行廣播的時候，由于廣播包的轉發中的延時容易引起節點本地時鐘漂移現象，隨著網絡規模擴大，網絡時間同步精度將逐步降低。

發明內容