[发明专利]一种基于时分空分复用的无线传感网时间同步的方法

说明书

本发明公开了一种基于时分空分复用的无线传感网时间同步的方法，包括两个阶段：基于空时分思想的无碰撞同步关系建立阶段和高精度点对多点时间同步算法阶段，本发明通过在复杂空间布局的无线传感网中快速建立起一套无碰撞的时间同步传输关系，进而采用现有的快速时间同步方法，对全网节点进行时间同步，方法通过在时间同步传输建立阶段损耗一定的时间成本，换来同步阶段的高效进行，其总体方法复杂度低，速度高效，解决了传统时间同步算法在复杂空间布局中消息碰撞引起的时间同步精度下降、时间同步失败的问题。

技术领域

本发明涉及无线传感网络领域，更具体地，涉及一种基于时分空分复用的无线传感网时间同步的方法。

背景技术

传统的时间同步算法基本是在理想条件下的进行空间上分层或者依托于分簇的基础上进行的同步，并未考虑“隐藏终端”引起的消息碰撞导致的通信失效的情况。实际上，在大规模节点场景下，由于隐藏终端的存在，消息碰撞，会导致时间同步失效，这大大制约了时间同步精度和时间同步方法的效率。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种基于时分空分复用的无线传感网时间同步的方法，解决上述在无线传感网络中在大规模节点场景下，由于隐藏终端的存在，消息碰撞，会导致时间同步失效的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于时分空分复用的无线传感网时间同步的方法，所述方法包括两个阶段：S1：基于空时分思想的无碰撞同步关系建立阶段和S2：高精度点对多点时间同步算法阶段，具体过程如下：

S1：空时分思想的无碰撞同步关系建立阶段包括：S1.1：邻居探索、竞争订阅思想建立初步无碰撞同步关系、S1.2：节点角色选择机制、S1.3：转发节点优化选择策略、S1.4：时隙分配及节拍控制机制、S1.5：时分优化策略；

基于空时分思想的无碰撞同步关系建立过程中包含三类节点状态：

红态节点是所有节点的初始状态，代表没有确立父子关系，等待进行同步关系建立操作的节点；

黄态节点是指进入同步关系建立的状态中，已经确认了自己的父节点，但尚未确立节点角色，即还没确认自己是否需要拥有子节点的节点；

绿态节点是指同步关系已经建立完成，并且节点角色确认完成的节点；

S1.1：邻居探索、竞争订阅思想建立初步无碰撞同步关系

基于邻居探索、竞争订阅思想建立初步无碰撞同步关系包括邻居探索阶段和竞争订阅阶段；

所述邻居探索阶段是黄态父节点搜索周围红色邻居节点信息的阶段；首先黄态节点开启定时器，然后发起邻居探索信息；红态邻居节点收到搜索请求后，反馈自身节点ID；黄态节点存储反馈信息，并统计个数为SET1；定时器时间到达后，进入节点进入下一个阶段；

所述竞争订阅阶段，是黄态节点与周围红态邻居节点进行签订父子关系的阶段；首先黄态节点在进入竞争订阅阶段后，打开定时器，向周围红态邻居节点发起签订请求，红态节点受到请求后，打开定时器，存储到父节点列表中；在定时器结束前，选择一个节点作为自己的父节点，并发送应答响应；当黄态节点收到红态邻居节点的签订响应后，存储记录，定时器到达后累积总数计为SET2；

S1.2：节点角色选择机制

节点角色选择机制包含三种角色：根节点、转发节点、接受节点；

所述根节点是STDM的发起节点也是全网的节拍控制节点，根节点只有一个，直接指定；根节点是全网的起始节点，负责启动同步关系建立算法，启动全网的时间同步算法，并作为节拍器，负责全网同步关系建立阶段的节拍控制，和时间同步阶段的节拍控制；