[发明专利]一种无线传感器网络时间同步方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种低复杂度的无线传感器网络时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络是传感器技术、微机电系统(MEMS)技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和网络通信技术等相结合的新型信息获取和处理技术。它是一种基于数据获取的应用型分布式、高密度、动态链接的无线网络体系，由大规模的分布在不同地理空间位置上，具有一定定位能力、无线通信能力、数据处理能力的传感器节点通过自组织的方式构成。这种传感器网络能够以协作的方式实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测目标的温度、光强度、噪声、压力、运动物体大小、速度和方向等信息，并以自组织无线多跳中继的方式将信息传送到至监控中心，从而实现随时获取目标区域的信息。

时钟同步是无线传感器网络的一项关键支撑技术，传感器数据融合、标记数据采集时间、时分多址接入、传感器协同休眠和定位等均要求网络中所有节点的时间保持同步。无线传感器网络各个节点存在不同步现象主要有以下几个原因：(1)传感器网络中节点的本地时钟依靠自身晶振中断计数实现，而晶振自身制造工艺存在差异，外界温度、电压变化，晶振老化等因素造成晶振工作不稳定和不准确；(2)无线收发延迟存在不确定性；(3)节点初始计时时刻不相同。

时间同步算法主要分为三类：(1)基于接受者和接受者交互的时间同步，代表算法有参考广播同步算法(RBS)，以及自适应参考广播同步算法(Adaptive RBS)等；(2)基于发送者的时间同步机制，代表算法有延迟测量时间同步算法(DMTS)，洪泛时间同步算法(FTSP)等；(3)基于发送者和接受者双向的时间同步机制，代表算法有传感器网络时间同步协议(TPSN)等。

RBS在接受者之间进行同步排除了发送方对同步精度的影响。第三方节点广播若干次同步信令，广播域内各节点利用本地时钟记录信令的到达时刻，然后各接受节点之间交互时间记录，进而两两校准时钟。采用了最小方差线性拟合方法估计了相位差和频率偏差。但需要多次分组交换，计算复杂度高，网络流量开销大，能耗较大。

DMTS算法结合链路层打时间戳和时延估计等技术，消除了发送时延和接入时延的影响，算法简单，通信开销小，不需要信息往返，只需要一个广播分组就可同步单跳广播的所有节点，缺点是同步精度较低。

TPSN算法采用典型的两次消息交换取得一对节点间的时间同步，待同步节点向基准节点发送同步请求包，基准节点回馈包含当前时间的同步包，待同步节点估算时延并校准时钟。TPSN同步精度不会随节点数目和跳数增加而降低，主要针对全局时间同步，但进行一次全局同步有较大的能量消耗，一旦根节点失效，就要重新选择根节点并重新分级和同步阶段的处理，增大了系统开销。此外，TPSN算法没有对时钟的频差进行估计，这使得它需要频繁同步，再一次增大了系统的计算和能量开销。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种无线传感器网络时间同步方法，计算复杂度低，能量开销小。

一种无线传感器网络时间同步方法，按照如下步骤进行：

(1)主节点A向待同步节点B连续发送两次广播信标，广播信标包含同步字节、前导码字节和数据字节，数据字节包含有启动时间戳，启动时间戳是主节点A每次发送广播信标开始时的本地逻辑时间；

(2)当待同步节点B在第二次接收广播信标接束时，对其本地逻辑时间进行瞬时值修正：