[發明專利]基于AODV路由協議的無線傳感器網絡按需時鐘同步方法

有效

• 申請號: 201410711128.9
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104540212B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 郭為民;唐耀華;白焰
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種基于AODV路由協議的無線傳感器網絡按需時鐘同步方法，其特征在于：包括以下步驟：

A：首先在AODV路由協議的原始數據結構中增加新的數據項，包括如下部分：

A1：在路由表項中增加變量σ作為源節點和目的節點之間的時鐘偏差估計，σ的類型為雙精度浮點型；

A2：在路由表項中增加變量D作為源節點和目的節點之間的傳輸延時估計，D的類型為雙精度浮點類型；

A3：在路由表項中增加變量f作為源節點和目的節點是否完成同步的標志，f的類型為布爾型；

其中，所述的路由表項為保存有源節點到目的節點的路徑信息的數據結構；所述的源節點是指發送數據的傳感器節點，同時作為待完成時鐘同步的傳感器節點；所述的目的節點為接收數據的傳感器節點，同時作為具有標準時鐘的傳感器節點；

B：在原始AODV協議定義的命令分組的基礎上，增加時鐘同步功能需求的字段，包括如下部分：

B1：在原有的路徑發現命令RREQ分組定義的基礎上，增加源節點的本地時鐘標記字段Source Time Stamp，Source Time Stamp的數據類型為雙精度浮點類型；

B2：在原有的路徑響應命令RREP分組定義的基礎上，增加前向傳輸時延字段ForwardTransmission Delay，Forward Transmission Delay的數據類型為雙精度浮點類型；

B3：在原有的路徑響應命令RREP分組定義的基礎上，增加目的節點的本地時鐘標記字段Destination Time Stamp，Destination Time Stamp的數據類型為雙精度浮點類型；

其中，所述的AODV協議定義的命令分組是指AODV協議為完成源節點到目的節點之間的路徑發現過程以及路徑維護過程定義的數據包的類型，包括RREQ分組和RREP分組；

C：基于步驟A和步驟B定義的新的數據結構，進行時鐘同步算法的執行；

C1：源節點在本地時鐘讀數為T₁時刻構建RREQ命令，并令RREQ命令的Source TimeStamp字段等于T₁，而后，源節點廣播發送RREQ命令，在網絡中搜尋目的節點；

C2：由于步驟C1中源節點廣播發送RREQ命令，所以，RREQ命令分為兩種情況被接收：一種是：中間節點；另一種是：目的節點；所述的中間節點是指網絡中除源節點和目的節點之外的其他傳感器節點；

C2.1：當中間節點接收到來自源節點發送的RREQ命令時，首先判斷在規定的時間間隔內是否為首次接收來自源節點的RREQ命令；

若中間節點接收過來自源節點的RREQ命令，則立即丟棄該RREQ命令；

若中間節點未接收過來自源節點的RREQ命令，則建立到該源節點的反向路由，并設置路由表項中變量f的值為FALSE，表明該中間節點雖然與源節點之間建立了可用路徑，但未實現與該源節點的時鐘同步，而后中間節點繼續廣播該RREQ命令；

C2.2：當目的節點接收到來自源節點的RREQ命令時，首先根據本地時鐘記錄目的節點接收到RREQ命令的時刻為T₂；而后建立目的節點到源節點的反向路由，并設置路由表項中變量f的值為FALSE；表明目的節點雖然建立了到源節點的路徑，但未實現與源節點的時鐘同步；最后目的節點在本地時鐘讀數為T₃的時刻構建RREP命令并發送至源節點，在構建RREP命令的過程中，令RREP命令的Forward Transmission Delay字段等于T₂-T₁，Destination Time Stamp字段等于T₃；

C3：源節點在本地時鐘讀數為T₄的時刻接收到來自目的節點的RREP命令時；

C3.1：首先建立到目的節點的路由，將路徑信息寫入相應的路由表項；

C3.2：根據公式⑴推導出源節點和目的節點之間的時鐘偏差估計σ和源節點和目的節點之間的傳輸時延估計D，時鐘偏差估計σ如公式⑵，傳輸時延估計D如公式⑶所示，公式⑴如下：

推導出的公式⑵如下：

推導出的公式⑶如下：

C3.3：將時鐘偏差估計σ和傳輸時延估計D寫入路由表項，并設置路由表項中變量f的值為TRUE；表明源節點到目的節點的時鐘同步參數有效；

C4：令T表示源節點的本地時鐘，s(T)表示源節點相對于目的節點校準后的時鐘；由公式⑴可知，s(T)可以表示為T的一次函數，如公式⑷；當需要傳輸數據時，執行時鐘校準函數公式⑷，實現源節點到目的節點的時鐘同步，時間戳由公式⑷實現；公式⑷如下：

s(T)＝T+σ+D ⑷

D：當中間節點在T₂時刻接收到來自源節點的RREQ命令，假設此時該中間節點已經包含了到目的節點的路徑信息以及時鐘同步參數σ和D時，對步驟C的時鐘同步算法進行開銷優化；

D1：依據步驟B2和步驟B3所述RREP命令中包含有前向傳輸時延字段ForwardTransmission Delay和目的節點的本地時鐘標記字段Destination Time Stamp，因此可以利用中間節點與目的節點的時鐘同步參數σ和D進行計算，得出源節點到目的節點的前向傳輸時延字段Forward Transmission Delay和本地時鐘標記字段Destination Time Stamp，計算方法依據公式(5)和公式(6)；

FTD＝T₂-T₁+D+σ ⑸

DTS＝T₃+D+σ ⑹

D2：中間節點在本地節點時鐘讀數T₃的時刻發送RREP命令至源節點；

D3：源節點在本地節點時鐘讀數T₄的時刻接收來自中間節點的RREP命令，建立到目的節點的路徑，并依據公式(2)和公式(3)計算與目的節點的時鐘同步參數σ和D，從而實現與目的節點的時鐘同步，并達到時鐘同步算法的開銷優化。