[发明专利]一种基于FM广播数据系统的时钟校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FM广播数据系统的时钟校准方法，尤其涉及一种基于FM广播数据系统的传感器网络时钟校准方法，属于无线通信领域。

背景技术

传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种典型的分布式系统，该网络中每个节点都具备一定的计算、存储和通信能力，但由于单个节点的工作能力较低，大部分的传感器网络应用都需要多个甚至全网的节点协作才能完成某项任务。在这种情况下，时钟同步往往是节点间能够顺利完成协作的先决条件，例如在动物生活习性监控应用中(Alberto Cerpa，Jeremy Elson，Deborah Estrin，Lewis Girod，Michael Hamilton，and Jerry Zhao.Habitat monitoring：Application driver for wireless communications technology.In Proceedings of the 2001 ACM SIGCOMM Workshop on Data Communications in Latin America and the Caribbean，April 2001.)需要依赖于多个节点先后观测到的动物位置信息计算动物移动的方向以及速度，如果这些节点的时间不一致，将增大速度计算误差，甚至会造成运动方向的误判。

造成节点间的时间不同的主要原因来源于节点上用于计时的晶体振荡器(Crystal Oscillator)，简称为晶振，不同节点的晶振频率略有偏差，例如典型的传感器节点平台Telosb上装备的晶振的时钟漂移在正负30至50ppm(ppm为part per million)，也就是说，两个不同的晶振在极端情况下，其时钟频率只差高达100ppm，即每秒钟相差100us。此外，对于某个特定的晶振，其频率漂移与环境因素有关，根据工作(Christoph Lenzen，Philipp Sommer，Roger Wattenhofer，Optimal Clock Synchronization in Networks，Sensys 2009)测得的结果，Mica2节点上5MHz的晶振其频率漂移每5摄氏度改变约1ppm。由于上述原因，不同节点的时间即使在初始是一致的，随着时间推移也会相差越来越远。

传感器网络中的时钟同步协议的提出正是为了在这种条件下解决节点间时钟的不一致问题，根据不同时钟同步协议的实现方式，可以将已有的工作划分为：基于消息的时间同步和基于全局信号的时间同步。前者将时钟源的时间记录在消息中，在传感器网络内部通过多跳的方式将时钟信息发布给需要同步的节点，其代表有RBS和FTSP；后者则借助某种外在的全局时钟信号，网络中各个节点根据全局时钟信号调整本地时间，其代表有基于GPS或电力线的时钟同步协议。上述两种方法的实现上往往存在较大差异，前者的实现中通常不依赖于外在的条件，传感器网络仅依赖网络内节点间的操作完成整个同步过程，而后者依赖外部信号源，所以节点上往往装备特殊硬件。

已有的时钟同步协议中，基于消息的时钟同步协议依赖控制消息在全网的洪泛来完成全局时钟同步，这个过程消耗大量的节点能量，并且占用稀缺的通信带宽。而基于全局信号的时钟同步能够极大减少节点间通信从而节约带宽和能量消耗，因此这种方法近年来引起了研究人员的广泛关注，但是现有协议存在显著缺陷。例如，GPS模块需要消耗大量的能量，而且只能在户外无遮挡环境下使用；WWVB等大范围广播的时钟信号也仅仅适用于室外信号强度高的区域；基于电力线的时钟同步协议只能覆盖电力线周围的区域，因此只适用于室内或输电线周围。

发明内容

针对已有工作的不足，本发明提出一种基于FM广播数据系统的分布式网络时钟校准方法，所述分布式网络的各节点处于同一FM基站的覆盖范围，其步骤包括：

1)在每个节点上设置FM接收芯片；

2)FM基站向各节点发送RDS广播数据；

3)各节点的FM接收芯片在校准时接收并解析RDS广播数据，生成RDS脉冲信号；

4)各节点根据RDS脉冲信号频率校准本地时钟，实现各节点的时间同步。

所述的方法各节点根据RDS脉冲信号频率与该节点的本地时钟频率的时钟偏斜α来校准本地时钟。

所述的时钟校准方法各节点周期性地校准本地时钟。

所述的时钟校准方法每一次本地时钟的校准过程包括校准时刻和校准周期两部分，所述校准时刻对应该节点的某个RDS硬件中断；在校准周期内该节点的FM接收端的接收芯片处于休眠状态。