[发明专利]基于无线传感器网络的同步数据采集方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，主要涉及无线通信中同步数据采集方法，具体是一种基于无线传感器网络的同步数据采集方法，可用于无线传感器网络中实现同步数据采集。

背景技术

现在通信中，无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点逐渐成为信息感知研究的热点。传感器网络可实现数据的采集量化、处理融合和传输应用，目前已应用于军事、环境监测、工业控制等领域，无线传感器网络技术被评为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。

时间同步是无线传感器网络应用的重要组成部分，简单的理解就是把各地时间对齐，使各地在同一时刻具有相同的时间计量值。在无线传感网应用中，传感器节点通常需要协调操作共同完成一项复杂的传感任务。例如在目标追踪应用中，传感器节点将传感到的运动目标的位置、时间等信息发送给传感器网络中的首领节点，首领节点在对不同传感器发来的数据进行处理后便可获得目标的移动方向、速度等信息。为了能够正确监测事件发生的次序，传感器节点之间要求实现相对时间同步，比如，在火灾监测等应用中，事件自身的发生时间是相当重要的参数，检测系统要求每个节点维持唯一的全局时间以实现整个网络的时间同步；在TDOA定位算法中，1ns的时间同步偏差将会引入0.3m的定位偏差；而在协作信号检测中，时间同步的偏差会导致节点检测不到不同时间点的信号，进而影响协作信号检测的精确度，因此时间同步是无线传感器网络正常工作的基本保障。无线传感器网络的时间同步实现一般可以分为两种方法：一种是基于节点GPS授时的时间同步，该方法时间同步精度高，一般为纳秒级，但成本较高；另一种是基于节点发送和接收的时间同步，该方法同步精度低，一般为微秒级，但成本较低。在协作信号检测及定位时，需要高精度级的时间同步，大多设计中采用为每个感知节点配备GPS接受模块的方式，利用GPS授时的方式，使各传感器节点与国际协调世界(UTC)同步，并最终实现无线传感器网络各节点之间的时间同步。但由于各感知节点布设环境以及硬件平台的差异性，各感知节点配备的GPS模块工作时，所能使用的卫星链路质量及数量不同，因而，各GPS模块在授时方面存在以下问题：

●各感知节点获取国际协调时间(UTC)的起始点不同；

●GPS授时易受环境影响不定时中断；

●GPS授时秒信息不连续。

这些问题的存在导致各感知节点的时间同步存在误差，会导致协作信号检测出现误时检测而性能下降，进一步会导致定位位置偏差大等结果。无线传感器网络中要获得高精度的时间同步需要解决GPS模块在授时方面存在的问题，以提高检测和定位性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中由于授时方面存在同步时间误差的问题，提供一种计时精确度高，感知节点不需复位，周期性自动时标更新的基于无线传感器网络的同步数据采集方法，并且为无线传感器网络的感知节点配备时标同步模块、时标维护模块、时标修正模块和自更新模块。同步数据采集包括如下步骤：

(1)各感知节点自带的GPS接收模块接收授时信息，将GPS授时信息赋给本地时标，时标同步模块开始工作。感知节点所接收的授时信息是通过对接收的数据包进行解析而得到的UTC。

(2)时标同步模块采用PPS(秒脉冲)和GPS授时信息的三次协调同步的方法对本地时标进行同步，若未完成三次协调同步，则则继续执行步骤(2)，若完成三次协调同步则继续下一步。

(3)感知节点的时标同步模块完成三次协调同步后，认定本地时标为该节点的当前时标，并进行下一步，同时时标维护模块以60MHz的计时频率对当前时标进行维护，维护是以60MHz为周期对秒信息进行加1处理，进而更新分钟信息、小时信息；并且该节点的时间自更新模块开始工作，感知节点在同步状态下正常工作40分钟后自动执行一次自更新，自更新即返回步骤(1)，重新接收GPS授时信息。

(4)时标修正模块对再次收到的GPS授时信息和当前时标进行对比，若时间信息一致，则进行下一步，同时本地时标维护模块继续对当前时标进行维护；若时间信息不一致，则返回步骤(1)，重新接收GPS授时信息。

(5)完成三次协调同步的感知节点将同步信息上传至管理中心，告知管理中心可以下发数据采集指令。

(6)管理中心下发数据采集指令，网关节点广播管理中心指令，感知节点无线接收该指令，并通过SPI口转发至FPGA。

(7)利用FPGA解析数据采集指令，得到管理中心要求的数据采集时间点。