[发明专利]无线传感器网络的时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的时间同步方法。属于无线传感器网络通信技术领域。

背景技术

无线传感器网络是由大量的感知节点组成，节点间通过无线通信的方式逐跳传递信息，协作的完成所覆盖区域的信息采集任务。节点采集的信息具有时序性，即用户需要了解采集事件发生的时刻和先后关系。因此，无线传感器网络通常必须支持时间同步，即节点具有全局的时钟。

目前已存在的典型的时间同步技术包括RBS，DMTS，TPSN和FTSP四种。RBS(Refenence Broadcast Synchronization)(参见J.Elson，L.Girod and D.Estrin.FineGrained Network Time Synchronization using refernce Broadcasts.Proc.5thSymposium on Operating System Design and Implementation(OSDI 2002)，Vol 36，pp147-163，2002)称为参考广播同步协议，利用了无线信道的广播特性，一个节点发送广播消息，在同一个广播范围内的另外两个节点会几乎同时收到，随后这两个节点比较各自记录的本地时间就可以实现它们之间的时间同步。DMTS(Delay Measurement TimeSynchronization)(参见Ping S.Delay Measurement time synchronization for wirelesssensor networks.Intel Research Berkeley Lab，Jun 2003)称为延时测量时间同步协议，通过广播和转发同步消息来完成时间同步，在同步过程中对消息在传输路径上的各种延时做简单的估计和补偿，以提高时间同步精度。TPSN(Time-sync Protocol for SensorNetwork)(参见Ganeriwal S，Kumar R，Srivastava M.B Time-sync Protocol for SensorNetwork.Proc 1st Int’1 Conf on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys 2003)，Los Angels，CA.Nov 5-7，2003.pp138-149)时间同步协议类似于传统互联网的NTP协议，即网络采用分层结构，每层节点和上一级的节点进行时间同步，在具体的节点对同步技术上，根据接收和发送的对称性，估算节点间的传播延时和时钟偏差。FTSP(FloodingTime Synchronization Protocol)(参见Maroti M，Kusy B，Simon G，Ledeczi A.Flooding timeSynchronization in wireless sensor networks.ACM Sensys’04，Nov 3-5，2004，Baltinore，Maryland)洪泛时间同步协议，由汇聚节点周期广播同步消息，普通节点记录不同周期的同步消息的发送时间戳和接收时间戳，通过解回归方程的方法，计算与根节点的时间偏差和频率偏差，实现全网的同步。

目前时间同步的主要问题是，对于主要考虑局部范围或者两个节点间的时间同步技术如RBS，TPSN，通常资源消耗量大，全网级别的同步时间长，收敛慢；对于按层次同步的时间同步技术如DMTS，尽管提高了同步速度，但精度较差；对于洪泛转发的技术如FTSP，由于需要大量样本求解回归方程，收敛较慢且需要耗费大量的CPU计算资源。

发明内容

针对目前无线传感器网络时间同步技术在收敛速度、同步精度和资源消耗等多项技术指标上存在的不足，本专利提供了一种收敛快，精度高和资源消耗可控的时间同步技术。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

网络中的汇聚节点向全网普通节点(汇聚节点以外的节点)以洪泛的方式广播下行时间同步调整分组，所述普通节点在收到该时间同步调整分组后调整时钟相位并继续广播本次下行时间同步调整分组，逐层深入直至覆盖全网；所述下行时间同步调整命令分组包含逐跳调整量，发送时间戳和累计下行延时。逐跳调整量指的是在下行时间同步调整分组的洪泛过程中，每次转发的接收节点所作的时间调整量。预设的逐跳调整量可以是0或者已经测定的延时值。下行延时指的是收到下行时间同步调整分组的节点，用自身的接收时刻减去该分组的发送时刻的差值，而累计下行延时是这些差值在下行洪泛过程中的累计值；