[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

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡時間同步技術領域，特別是涉及一種適用于復雜環境 的無線傳感器網絡的時間同步方法。

背景技術

隨著無線物聯網的快速發展，無線傳感器網絡應用規模不斷擴大，從原有的幾個 節點擴展到現在的幾百個節點；無線傳感器應用環境日益多樣化。鑒于無線傳感器網絡具 有自組織、可以部署在危險區域的特性。在煤礦井下工作面、采空區等一些特定的場合的運 用變得越來越多，作用也越來越大了。由于一些復雜環境空間受限，無線傳感器節點只能與 附近節點通信，并且其部署環境的險惡，一旦部署完畢，不可能重新更換和進行能量補充， 這就對無線傳感器網絡的能耗和通信可靠性要求很高。為節能系統在完成數據采集工作 后，要求所有傳感器和路由節點進入休眠狀態，因此只有傳感器在下次采樣時刻同步蘇 醒，才有可能保證自組網和數據采集的成功。這就對無線傳感器網絡時間同步方法提出了 很高的要求。

隨著無線傳感器網絡的擴展，節點的數量的增多，需要管理和保持好數量巨大的 節點，需要所有節點保持在時間上的同步，從而保證所有數據上傳在時間上的統一性和有 效性，并能夠對使得整個無線傳感器網絡減少不必要的偵聽和額外的能量消耗，從節能和 保持工作時間的角度講，提高時間同步方法的功能和效率對于無線傳感器網絡的能量開支 也是非常必要的。

發明內容

鑒于以上情況必須提供一種低成本、低能量開銷、高精度的復雜環境的無線傳感 器網絡時間同步方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：提供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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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；