[發明專利]一種基于多時鐘源的無線傳感器網絡同步方法

在審

• 申請號: 202011311861.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN113079563A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 孫磊;梅永恒;黎洪光;傅綱林;崔世界;王忠鋒;曾鵬;邵帥
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司廣州供電局;中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W84/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明涉及無線傳感器網絡同步技術領域，具體地說是一種基于多時鐘源的無線傳感器網絡同步方法。包括：步驟1，建立以網關為中心的層次化網絡拓撲結構；步驟2，節點在每個同步周期，以層為單位更新同步時鐘源；步驟3，每個節點根據動態選擇的時鐘源，完成與上一層節點的同步；按照步驟2?3重復迭代，實現從網關到最外層節點的全網時間同步。本發明針對無線傳感器網絡應用在多干擾環境下通信效果受影響的問題，采用多時鐘源自適應同步技術，實現復雜環境下無線傳感器網絡的高穩定同步。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡同步技術領域，具體地說是一種基于多時鐘源的無線傳感器網絡同步方法。

背景技術

無線傳感器網絡時間同步技術，在工業自動化、人機協同操作、智能電網等領域都有著廣泛的應用。在工業和電力系統等復雜環境中應用時，由于現場存在大量的電磁噪聲、其他無線設備的射頻干擾，以及特殊環境下高溫高濕和遮擋產生的多徑干擾等影響，使得無線傳感器網絡節點間的通信性能降低，嚴重影響節點間的同步信息報文的交互。

目前，典型的無線傳感器網絡時間同步通常采用固定時間源。一方面，當被選擇的時間源節點出現故障，相應所有子節點都將面臨同步失效的問題；另一方面，對單一時間源同步信息收集，依賴于同步周期和信息采集次數，使得時間同步的恢復時間較長，節點消耗能量更多。因此，需要一種技術手段解決如何在復雜環境情況下，實現無線傳感器網絡穩定同步問題。

發明內容

針對現存的問題，本發明提出了一種基于多時鐘源的無線傳感器網絡同步方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于多時鐘源的無線傳感器網絡同步方法，包括以下步驟：

步驟1，建立以網關為中心的層次化網絡拓撲結構；

步驟2，網絡中的節點在每個同步周期，以層為單位更新同步時鐘源；

步驟3，每個節點根據動態選擇的時鐘源，完成與上一層節點的同步；

如此按照步驟2-3重復迭代，實現從網關到最外層節點的全網時間同步。

所述層次化網絡拓撲結構的建立步驟如下：

步驟1-1，網關上電初始化，向周圍節點發起建立網絡的請求，將自身層數編號設為0；然后周期性廣播同步報文；

步驟1-2，在距離網關一跳范圍內，接收到網關同步報文的節點將節點自身層數編號設為1，然后以相同的周期向下一層節點廣播同步報文；

步驟1-3，下一層節點中，當收到多個節點發出的同步報文時，首先判斷這些節點的層數，以最小層數加1作為自身節點的層數編號，然后繼續廣播同步報文，直至網絡中所有節點依次確定所屬層級，完成網絡拓撲結構的建立。

所述同步報文中同時包含同步時間信息和自身節點的層信息。

所述節點更新同步時鐘源的步驟如下：

步驟2-1，節點采集同步信息表，在指定同步窗口下采用線性回歸方法計算節點間的相位偏移和頻率偏移、獲取同步周期誤差，在下一周期到來之前調整同步周期；

步驟2-2，確定同步周期后，節點在每個同步周期監聽網絡同步信息報文；在子節點收到同步信息報文后，首先判斷同步信息報文發送節點所在層次，如果該層次屬于本地節點的父節點層，則可以使用該同步信息報文進行同步操作；

步驟2-3，當子節點同時收到多個父節點的同步信息報文時，根據通信質量依次排序，存入本地節點的時鐘源列表；

步驟2-4，采用線性回歸算法對列表中的時鐘源進行誤差補償，把校正后的時鐘源作為備用時鐘源；

其中，子節點在每個同步周期都按照上述步驟2-2至2-4進行時鐘源列表的更新。