[发明专利]一种无线传感器网络时间同步性能评估方法及系统

说明书

本发明提供一种无线传感器网络时间同步性能评估方法及系统，能够对各节点的时间同步过程所获取的系统时钟的准确性进行评估。方法包括：根据获取到的各节点的系统时钟的计数值，对节点同步后的系统时钟的振荡周期及初始相位进行约束，得到各节点的系统同步的振荡周期及初始相位的最优估计；根据得到的振荡周期及初始相位的最优估计，对各节点的时间同步性能进行评估。系统包括：多个节点和外部评估单元；由外部评估单元向各节点发出请求；各节点在收到请求后，经历一段较短且无法避免和难以准确测量的响应延时后，由外部评估单元收集各节点的响应并利用该时间同步性能评估方法对各节点同步后的时钟性能进行评价。本发明适用于通信技术领域。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种无线传感器网络时间同步性能评估方法及系统。

背景技术

一般来说，一个微处理器的时钟包括时钟源和累加定时触发两个组成部分。时间同步是一种根据节点之间的时钟偏差去调整节点自身的系统时钟，令系统时钟与全局时钟相同，以使所有节点达到同步的方法。当微处理器作为时间同步的节点时，理论上，只有当所有节点的时钟源的频率和初始相位都相同时，节点之间的系统时钟才不存在偏差，所有节点才能保持同步。实际上，当晶振作为微处理器的时钟源时，由于晶振会受到生产工艺及各种外在环境因素的影响，其频率和相位并不是固定不变的。所以微处理器的系统时钟必须定期的进行同步调整，才能使所有节点保持同步。

对于同步后的节点，与同步前不同的是，同步后的时钟源不再是原始的晶振时钟源了，而是在原始晶振时钟源的基础上添加了一个软件的调整，同步后节点系统时钟的计数值的增加等价于有一个虚拟的软件晶振在震荡。理论上，该虚拟晶振对所有节点都具有相同的频率和初始相位，然而，实际上由于原始晶振存在的不稳定性和系统时钟偏移设置精度的有限性，导致该虚拟晶振的频率和初始相位是一个变化的值。所以，同步后各节点的系统时钟的频率和初始相位也存在差异，节点之间存在同步误差。

如本专利中所述，当外部的评估单元向节点请求节点的内部时间，该内部时间是同步后的系统时间，(所谓系统时间，是同步后，所有的节点应该具有的相互一致的共同时间)，该系统时间的相关计算参数通常存储于节点的寄存器，无法直接获得；节点收到请求后，节点中的微处理器立刻计算自身的内部存储的系统时间，并送到外部评估单元，但即使是“立刻”处理，节点在送出内部时间时必然已经经历了一段小的、难以测量的短延时，这段延时会影响评估精度。本专利的目标实质上在降低这段不确定的短延时的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络时间同步性能评估方法及系统，以解决现有时间同步评估技术所存在的难以降低所述不确定短延时的影响，而使评估精度存在较大误差的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无线传感器网络时间同步性能评估方法，包括：

获取不同评估时刻各节点的系统时钟的计数值；

根据不同评估时刻各节点的系统时钟的计数值，利用数学规划手段对节点同步后的系统时钟的振荡周期及初始相位进行约束，得到各节点的系统同步的振荡周期及初始相位的最优估计；

根据得到的系统同步的振荡周期及初始相位的最优估计，对各节点的时间同步性能进行评估。

进一步地，所述获取不同评估时刻各节点的系统时钟的计数值包括：

接收读指示信号，读取各节点的系统时钟的计数值；

获取各节点的评估时间，所述各节点的评估时间表示为：

t_j＝τ_j⁽ⁱ⁾+(n_j⁽ⁱ⁾T⁽ⁱ⁾+θ⁽ⁱ⁾)