[發明專利]一種基于SFD捕獲機制的泛洪式時間同步方法

有效

• 申請號: 201710142012.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106992829B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 陳洪濤;劉亞東;盛戈皞;江秀臣;劉琦
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;上海交通大學;華東電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04W56/00
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之;周乃鑫

本發明公開了一種基于SFD捕獲機制的泛洪式時間同步方法，包含：采用CC2530節點的SFD捕獲機制來獲取協調器與各個終端節點發送和接收數據包的時標，且在預同步階段中引入統計SFD延遲的參考節點，在同步階段采用最小二乘法對各個終端節點所采集的時標數據進行線性擬合求取時標漂移和時標偏移，并調整本地時標，實現微秒級的同步精度。

技術領域

本發明涉及一種基于SFD捕獲機制的時間同步機制，具體涉及一種基于SFD捕獲機制的泛洪式時間同步方法。

背景技術

無線傳感器網絡是在集成電路、嵌入式系統、通信技術發展下應運而生的一種測控網絡。無線傳感器由大量的無線傳感器節點組成，這些節點被分布在需要監測的區域，以自組織的方式組網，形成一定的拓撲結構，協同完成特定功能。傳感器節點監測的數據信號在單跳或多跳的傳輸后被匯聚節點接收，由工作人員對接收到的數據進行分析和處理。在變電站的帶電檢測和故障定位中，無線傳感器節點被安裝在待監測的設備處，監控設備運行中的關鍵參數，然后將搜集的電流信號進行融合分析。數據信息的融合需要傳感器網絡有一個統一的時間標準。時間同步技術即是使整個無線傳感器網絡保持同一個時間標準的技術，它是一個分布式系統中的各個節點協同工作的最基本的支撐技術.不同的應用對時間同步的精度、范圍、壽命、能量等有著不同的要求。在變電站的故障定位中，時間同步的精度直接影響到定位的準確性，雖然已經存在很多用在網絡通信中的高精度的時間同步算法，然而，跟傳統的通信網絡不同的是，無線傳感器網絡中，傳感器節點的計算能力和能量是有限的，很多傳統的時間同步機制并不適用，所以對適合無線傳感器網絡的特性的高精度的時間同步機制的研究成為近年來的研究熱點。

現有的時間同步算法有參照發送同步協議(RBS)，雙向成對同步協議(TPSN)，泛洪式時間同步協議(FTSP)等，以及基于這些算法的一些改進算法。FTSP是一種基于發送者和接收者間的單向時間同步協議，節點通過發送來將節點的本地時間傳給接收節點。相對于其他算法，FTSP算法更適用于對精度要求高的系統中。傳統的FTSP算法一般采用在MAC層打時標的方法來避免發送延遲和接收處理延遲。然而只有當信道是空閑的，消息在物理層才能進行發送,所以節點需要一個等待信道空閑的時間。在Zigbee協議中，MAC層采用載波監聽多點接入/避讓機制(CSMA/CA機制)來避免沖突。發送消息之前有通用通信適配器檢測(CCA檢測)，而CCA的檢測周期為128μs。如果檢測到此時信道正在被使用，那么將會采用退避算法，等待一段時間后重新進行CCA檢測。檢測的周期數是不確定的，這使得訪問延時不能事先估計和避免，影響到了時間同步的精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于幀首定界符(Start Frame Delimiter，簡稱SFD)捕獲機制的泛洪式時間同步方法，通過利用SFD捕獲機制在物理層獲取時標，采用CC2530節點的SFD捕獲機制來獲取發送和接收數據包時的時標，采用最小二乘法對時間進行線性擬合求取時標漂移和時標偏移，并調整本地時標，減少時標獲取過程的不確定因素對同步精度帶來的影響，實現微秒級的同步精度的目的。

為了實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種基于SFD捕獲機制的泛洪式時間同步方法，包含以下過程：預同步階段與同步階段。所述預同步階段進一步包含：

協調器發送第一個數據包，同時在本地記錄SFD信號跳變時的時標T_ia，多個終端節點中的每個終端節點收到第一個數據包后在本地記錄SFD信號跳變的時標T_ja；

協調器發送第二個數據包，所述第二個數據包內包含發送第一個數據包時記錄的時標T_ia，每個所述終端節點收到第二個數據包后分別根據T_ia和T_ja計算出該終端節點和協調器的時標偏差，

Δ＝T_ia-T_ja