[發明專利]一種適用于復雜環境的無線傳感器網絡的時間同步方法

在審

• 申請號: 201610167188.8
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105682216A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 華鋼;顧博文;徐永剛;尹洪勝;李珂;王永星
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W84/18
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

1.一種適用于復雜環境的無線傳感器網絡的時間同步方法，其特征在于，包括以下步 驟：

S1、上位計算機通過網絡將時間同步命令傳輸給協調器節點，保證協同工作的所有協 調器節點的時間同步；

S2、所述協調器節點根據上位計算機給出的時間同步信息調整自身的本地時鐘，保證 自身時鐘和協同工作的所有協調器節點一致；

S3、協調器節點向路由節點廣播時間同步幀，對路由節點進行時間同步；

S4、所述路由節點根據協調器節點給定的時間同步幀中的信息進行時間同步；

S5、所述路由節點完成時間同步后繼續向網絡中廣播擴散時間同步幀，使得其他未完 成時間同步的路由節點都能夠得到時間同步。

2.根據權利要求1所述的一種適用于復雜環境的無線傳感器網絡的時間同步方法，其 特征在于，所述的步驟S1中協調器節點和上位計算機的部署結構為星型網絡結構，所述上 位計算機通過通信環網和通信網關接入無線傳感器網絡協調器節點。

3.根據權利要求1或2中所述的復雜環境的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在 于，所述的步驟S2中具體步驟如下：

所述協調器節點收到所述上位計算機發送的時間同步命令之后攜帶上自身的節點信 息立即回復給上位計算機，當協調器節點收到時間同步信息之后，提取出其中的時間信息 T_CM，并用T_CM修正自身系統時間，當修正完成之后向上位計算機宣告修正成功，當前上位計 算機-協調器時間同步結束。

4.根據權利要求1或2中所述的復雜環境的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在 于，所述的步驟S3中具體步驟如下：

無線傳感器網絡中的所述協調器節點按照設定的周期廣播發送時間同步幀，該幀包含 時間戳、跳數記錄、同步周期、冗余檢驗；該周期為同步周期N，為無線傳感器網絡中設定的 專用于時間同步的時間點，即當前同步完成之后，下一次同步的時間點，路由節點在收到該 時間同步幀中的下一次同步時間點信息，在下一次同步之前做好時間同步的準備。

5.根據權利要求1或2中所述的復雜環境的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在 于，所述的步驟S4中的具體步驟如下：

所述路由節點在接收到時間同步幀時，會獲取幀內的信息和信號強度值RSSI，所述路 由節點要根據信號強度值RSSI和經過的路由跳數計算從發送端發送到達接收端處理所需 要的延遲時間T_LA，并且將時間同步幀中的時間戳和延遲時間結合，并且和收到時間同步幀 的路由節點本地的時間進行比較，若出現偏差則根據偏差的大小采用線性回歸的方法進行 調整；

調整的方法如下：收到時間同步幀的路由節點收到的時間同步幀時間戳T₁、本地時間 T₂，先根據到達延遲時間T_LA，對T₁進行修正得到修正時間T_M；修正時間T_M和本地時間T₂形成 一個時間對（T_M,T₂），對（T_M,T₂）時間對進行計算，得到一個每分鐘的時間偏差T_D，在每分鐘時 刻T₂后加上T_D來確保接下來的時間的準確性，并且時間對（T_M,T₂）會根據環境變化而變化， 保證在環境發生重大變化的時候能夠保證時間的準確性，最后將當前的本地時間T₂調整為 T_M；

若到達周期時間內，節點未收到時間同步幀，則節點繼續按照上一次時間同步得到的T_D進行每分鐘的時間偏差修正。

6.根據權利要求1或2中所述的復雜環境的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在 于，所述的步驟S5中的具體步驟如下：

收到時間同步幀的路由節點在完成時間同步后，關閉自身時間同步幀的接收，當前周 期內不再接收來自其他任何節點的時間同步幀，并根據當前本地時間寫入時間同步幀，并 將根據收到的時間同步幀中的路由跳數k加1得到新的路由跳數，形成該節點自己的時間同 步幀，并立刻廣播發送，在發送完畢之后，宣告該節點自身時間同步完成，直到約定的下一 次同步時間到來時，再開啟時間同步程序；

周圍廣播域中的其他節點在收到該廣播信息時，若尚未關閉時間同步，則需根據該時 間同步幀中的信息進行時間同步。