[發明專利]基于定時響應的工業無線傳感網時鐘頻率偏移估計方法

有效

• 申請號: 201910049042.7
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109936519B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 王恒;鐘楊;余斐
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04J3/06;H04L1/16;H04W52/02;H04W56/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于定時響應的工業無線傳感網時鐘頻率偏移估計方法，屬于無線傳感網技術領域。在該方法中，待同步節點向參考節點發出數據包，參考節點接收到數據包后，根據數據包序列號映射出相應的定時響應時間，經過該時間間隔后回復確認消息，待同步節點和參考節點之間無需交換時間戳信息，經過多次通信交互之后，待同步節點便可估計出節點時鐘之間的相對頻率偏移和固定時延。本發明易于集成到具有時隙機制的工業無線傳感網中，無需單獨收發專門用于時間同步參數估計的報文，只需較小的計算成本便可實現對時鐘頻率偏移的長期跟蹤，減小通信開銷，降低能量消耗；同時，本發明無需在節點間交互時間戳，提高了時間同步參數估計的安全性。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網技術領域，涉及一種適用于工業無線傳感網的定時響應時鐘頻率偏移的估計方法。

背景技術

無線傳感器網由空間分布、廉價、微小的許多傳感器節點組成，其計算、存儲和能源都有限，節點各自運行在自己獨立的時鐘上。由于無線傳感網絡具有部署靈活、成本低廉等特點，在諸多領域已經獲得了廣泛的應用，如工業領域等。傳統的工業網絡大多采用有線的連接方式，其部署靈活性，工業過程的智能化控制都受到了一定的限制。正是基于無線傳感器網的優勢，工業無線傳感器網應運而生，無線的微型傳感器節點被安裝在工業現場的諸多設備上，負責工業環境數據和工業過程數據的采集，大量的傳感器節點協同工作，實現了高效、靈活、智能化的工業過程。復雜的工業現場環境導致工業無線傳感網對可靠性、實時性、低功耗等方面有較高需求，目前已產生了ISA100.11a等專門用于工業現場的無線傳感網標準。

時間同步技術是工業無線傳感網應用的重要支撐技術，在工業無線傳感器網的實際應用中要求不同的節點運行在一個共同的時間尺度上，而時鐘頻率偏移是造成節點間同步誤差的主要因素，因此獲取節點時鐘的頻率偏移參數對工業無線傳感網來說具有重要意義。現有的時鐘頻率偏移估計方法一般需要專門的同步報文，而且需要在傳輸過程中交互時間戳信息，從而造成較大的同步開銷。

針對上述問題，本發明面向具有時隙機制的工業無線傳感網，提出了基于定時響應的相對時鐘頻率估計方法。通過將頻率偏移估計的實施嵌入到普通數據包的發送及確認(ACK)過程中，無需單獨傳輸專門的時間同步報文和時間戳信息便可實現對頻率偏移的長期跟蹤，并避免了時間戳遭受攻擊的可能性，降低了資源受限的工業無線傳感網的同步開銷，提高了同步安全性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于定時響應的工業無線傳感網時鐘頻率偏移估計方法，該方法不需要專門的數據幀在同步的節點間交互時間戳信息，伴隨著網絡數據包傳輸過程節點便可實現對時鐘同步頻率偏移的長期平滑跟蹤，用一種低成本的方式獲取到更為準確的時鐘頻率偏移參數，減少網絡中消息的傳輸量，降低資源受限節點的通信開銷，避免了時間戳消息在時間同步交互過程受到攻擊的潛在可能性，提高了安全性、可靠性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于定時響應的工業無線傳感網時鐘頻率偏移估計方法，在無線傳感網中無需專用于時鐘同步參數估計的通信帶寬來傳遞專用于時間同步的報文，節點間無需時間戳交互。當網絡中任意待同步節點S需要與參考節點R實現同步時，節點間利用單向數據包+ACK的通信方式進行雙向通信。