[發明專利]一種應用于無線傳感器網絡的時鐘同步精簡信息交互方法

有效

• 申請號: 201410093804.0
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN104918319B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 邢志強;曲洪權;張常年;馮良
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 張璐,黃啟行

1.一種應用于無線傳感器網絡的精確時鐘同步精簡信息交互方法，其特征在于，包括以下步驟：

Q1：簇頭側的時鐘是主時鐘，具有參考時鐘的作用，簇頭側的主控單元確定要進行時鐘同步的節點序號，并向該節點側發送同步報文信號，并由FPGA記錄同步報文信號發送的時間戳t1；

Q2：節點側時鐘需要與簇頭側進行時鐘校準，節點側的主控單元接收到同步報文信號，并由FPGA記錄下接收同步報文信號的時間戳t2；

同時，按照IEEE802.15.4協議規范，節點在成功接收報文信號后，向簇頭側發送接收確認報文信號，并由FPGA記錄確認報文信號的發送時間戳t3；

Q3：簇頭側接收到來自節點側的接收確認報文信號，并由FPGA記錄該報文信號的接收時間戳t4；

Q4：簇頭側的主控單元將所記錄的同步報文信號的發送時間戳t1和來自節點側的確認報文信號的接收時間戳t4組合成數據包，發送到節點側；

Q5：節點側的主控單元接收到數據包，發送確認報文信號給簇頭側，同時根據節點側記錄的同步報文信號的接收時間戳t2和確認報文信號的發送時間戳t3，以及從數據包中解析出的t1和t4，直接計算簇頭側與節點側間的路徑時延Delay與簇頭節點間的時鐘偏差Offset，進行本地時鐘校準，其具體的計算方法為：

t2-t1＝Delay+Offset

t4-t3＝Delay-Offset

Delay＝(t2-t1)+(t4-t3)/2

Offset＝(t2-t1)-(t4-t3)/2

Q6：簇頭側、節點側按照步驟Q1-Q5每進行一次時間同步的完整有效信號的形式為：長脈沖、脈沖寬度為T1，脈沖間隔、寬度為T2，短脈沖、脈沖寬度為T3的形式，其中T1、T3的值在同步過程中保持不變，以符合IEEE802.15.4協議規范；

Q7：在上述步驟Q1-Q4過程中，簇頭側的無線傳感器射頻電路提供了發送接收數據的信號指示，可以作為發送接收時間戳指示信號使用，且與同步或確認報文信號相連接的FPGA每當檢測到同步或確認報文信號的信號上升沿，即在寄存器R1中記錄第一個上升沿對應的時鐘值，在寄存器R2中記錄隨后的第二個上升沿的時鐘值；

Q8：在上述步驟Q1-Q4過程中，時間戳的獲取方法為：與同步或確認報文信號相連接的FPGA用固定信號與時間戳指示信號進行相關操作，具體操作按照如下公式進行：

R(n)＝(1/N)Σ[x(m)y(m+n)]，

其中m從0到N-1變化；R(n)為相關值，x(m)，m＝0-N-1，表示固定信號；y(m)為時間戳指示信號；

設定相關檢測門限值RTH，當計算所得的R(n)大于等于所設定門限值RTH時，Q7中寄存器R1和R2中記錄的時鐘值即為相應的時間戳，對于簇頭側，R1中存儲的是t1，R2中存儲的是t4；對于節點側，R1中存儲的是t2，R2中存儲的是t3；

Q9：節點側主控單元利用步驟Q5中計算的時鐘偏差Offset，可以進行實時調整節點本地時鐘，具體調整方法為：Clock新＝clock原+offset。

2.根據權利要求1所述的的一種應用于無線傳感器網絡的時鐘同步精簡信息交互方法，其特征在于，該方法還可以應用于一個簇頭側對應多個節點側進行時鐘校準的實踐場景中。