[發明專利]無線傳感器網絡時間同步方法

有效

• 申請號: 201210508523.8
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN103052150A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 陳其工;王冠凌;江明;王俊杰
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡時間同步方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks，WSN)是由分布在監測區域內的大量傳感器節點按照無線通信的方式組成的一種自組織網絡。通過節點間的相互協作，將監測區域內的多種環境信息進行采集、處理、融合，并通過主節點路由傳輸到基站，使用戶可以通過衛星或因特網執行查看、控制等操作。

無線傳感器網絡技術具有廣闊的應用前景，在軍事、環境、生物、醫療保健、空間探索、氣候監測、災難救援等領域得到廣泛地應用。時間同步作為無線傳感器網絡的一項重要支撐技術，是無線傳感器網絡非常重要的組成部分。準確的時間同步是實現無線傳感器網絡自身協議的運行、數據融合、時分多址接入(Time?Division?Multiple?Access，TDMA)調度、協同休眠、精準定位等的基礎。無線傳感器網絡用于各種監測領域，其重要作用主要體現在能夠實時采集數據信息，使用戶可以根據數據信息診斷疫情、預防危險和災害，避免因時間延緩和監測不及時造成的損失。

然而，無線傳感器網絡中所有節點都有自己的本地時鐘，且不同節點中的晶體振蕩器頻率存在偏差，在受到溫度、電磁波干擾等因素的影響后，即使某一時刻所有節點都達到時間同步，它們的時間也會逐漸出現偏差，而分布式網絡系統能夠進行協同工作的關鍵就是要節點的時間同步。如網絡中多個節點的溫度數據匯聚和融合需要高精度的時間同步作為保障，否則將大大降低數據之間的關聯性，達不到融合的效果。節點采用協同休眠機制節約能量也需要高精度的時間同步，否則會因時隙混亂而無法完成協同休眠操作。與此同時，對于分布式網絡系統結構的無線傳感器網絡，中心節點具有持續穩定的電源，終端節點卻存在能量受限的問題。這就決定了進行時間同步需要盡量節約能量。因此，無線傳感器網絡對時間同步的要求主要體現在高精度和低功耗。

目前，已經被廣泛應用于無線傳感器網絡的經典時間同步協議主要采用時鐘漂移補償、媒體訪問控制(Media?Access?Control，MAC)層時間戳技術以及雙向報文交換等方法。

如公開號為CN102083183，公開日為2011年6月1日的中國專利文獻公開的一種無線傳感器網絡的相對時間同步的低能耗休眠偵聽方法則通過獲取鄰居節點的同步信息，建立相對同步表，擬合信息后估算時鐘偏移與漂移，實現節點間相對同步并預測接收節點醒來時間，縮短發送前導，節省能量開銷。公開號為CN101883420，公開日為2010年11月10日的中國專利文獻公開的一種無線傳感器網絡時間同步方法通過周期間隔同步、溫斯特法預測校準相結合的方法根據晶振的頻率特性校準邏輯時間來進行同步，降低算法執行頻率、降低同步開銷。

但是，上述的發明方法中都采用預測結果修正自己的邏輯時間，同步精度不高，同時節點需要進行空閑偵聽和大量的計算，不能有效地節約節點的能量，因此在精度和能耗上都不能很好地滿足無線傳感器網絡的特殊要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種無線傳感器網絡時間同步方法，節約網絡節點能耗。

本發明通過以下技術方案實現：

一種無線傳感器網絡的時間同步方法，包括執行以下步驟：

步驟1、建立溫度預測計算時間間隔周期模型；

步驟2、中心節點標準源秒脈沖預測自校準；

步驟3、終端節點依次自喚醒預測同步校準。

優選地，所述建立溫度預測計算時間間隔周期模型包括以下步驟：

步驟1.1、根據如圖3所示的補償前后晶體振蕩器頻率偏差對比曲線圖，建立f(x)與x的關系表，其中晶體振蕩器頻率偏差與溫度關系式為：

f(x)＝a+bx+cx²，

式中f(x)為晶體振蕩器的頻率偏差，a，b，c分別為晶體振蕩器的初始誤差、誤差系數、漂移誤差系數，可根據所選擇的晶體振蕩器得出，x為節點所測的溫度，x的間隔可以設定為0.1℃；

步驟1.2、建立時間偏差Δt計算模型，即計算設定的一個時間間隔周期t₀內的時間偏差，計算公式為：