[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

本发明属于无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络的时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由大量的传感器节点组成，通常部署在无人值守的监测区域内，以自组织协作方式获知监测信息，并将处理后的信息发送给终端用户，WSN已经广泛应用于军事、工业、农业以及医疗等众多领域。

在WSN中，不同的节点都有自己的本地时间，由于不同节点的晶体振荡器频率存在偏差(频率偏差)，并且随着温度、电压、空气压力等变化以及振荡器老化，也会引起振荡器的固有频率出现漂移(频率漂移)。因此时间同步机制是WSN中不可或缺的组成部分，而且WSN还有如下特征：有限的电池能量、存储空间以及带宽等限制，导致传统的时间同步算法不适合WSN系统。

典型的用于WSN的时间同步算法主要包括RBS(Reference Broadcast Synchronization)、TPSN(Time Protocol for Sensor Networks)、FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol)以及DMTS(Delay Measurement Time Synchronization)等。RBS不考虑发送时延与访问时延，得到较高的同步精度，但是算法的时间复杂度高，能耗大；TPSN甚至排除了接收时间的不确定性，精度可达几百微秒，但是能量开销大，适合于对时间精度要求较高的稳定网络；FTPS采用线性回归算法得到很高的同步精度，适合于军事场合；DMTS牺牲了部分时间同步精度换取较低的计算复杂度和能耗，适合于对时间精度要求不高的系统。

然而对于一个有固定拓扑结构的稳定网络，其能耗与算法复杂度有严格的限制，所述网络中的传感器子节点(从节点，Slave Node)需要周期性地向汇聚节点(主节点，Master Node)发送监测到的信息，但是由于各个传感器节点的振荡器存在频率偏差与漂移，从节点需要周期性地将时间同步到主节点，考虑到主节点对能耗的要求，所以应该尽可能地减少时间同步的频率。对于这种应用场合，现有上述的典型时间同步算法就很难满足。

发明内容

本发明提出了一种无线传感器网络的时间同步方法。该方法可以使得无线传感器网络系统能够适应不同的通信环境，有效地利用通信资源，同时大幅度地降低了节点的同步频率与能耗。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

本发明提供了一种无线传感器网络的时间同步方法，包括：

正常工作模式下，从节点以一定的工作周期向主节点发送监测数据，主节点接收并处理来自多个从节点的数据；

各节点在同步周期结束后，进入时间同步模式；

时间同步模式下，主节点向从节点广播校准同步信息，从节点接收到校准同步信息后，将本地相对时钟同步到主节点时钟，并利用信息中的校准步长，校准自己的时钟计数；

节点时间同步过程结束，则进入正常工作模式，

所述正常工作模式下，主节点在单个工作周期内，若没有接收到系统中所有从节点的监测数据，则认为接收失败，记录一个同步周期内主节点接收失败的次数Rx_Fail_Cnt，并根据该次数调整下一个同步周期T_{SYN_PER}的大小。

优选的，在上述无线传感器网络的时间同步方法，在同步周期的最后一个工作周期，计算接收失败率Rx_Fail_Ratio＝Rx_Fail_Cnt/T_{SYN_PER}，并根据所述接收失败率动态调整同步周期T_{SYN_PER}，其计算公式如下，