[发明专利]一种无线传感器网络的时钟同步方法、装置、设备和介质

说明书

本申请公开了一种无线传感器网络的时钟同步方法、装置、设备和介质，基于目标节点的时钟参数和量测参数，建立目标节点的系统模型；系统模型用于计算目标节点的频率和偏移；系统模型既考虑了频率也考虑了偏移，提升了时钟同步的稳定性。目标节点为无线传感器网络中所有节点中的任意一个节点。利用加权平均算法，对系统模型以及无线传感器网络对应的权重矩阵进行迭代处理，以确定出无线传感器网络的通用频率和通用偏移。依据通用频率和通用偏移，调整目标节点的频率和偏移。通过加权平均的方法使得中各节点通过不断的迭代方式来使自身在无线传感器网络中的频率和偏移趋近节点间的公认的通用频率和通用偏移，从而使网络时钟达到较高精度的同步。

技术领域

本申请涉及分布式系统技术领域，特别是涉及一种无线传感器网络的时钟同步方法、装置、设备和计算机可读存储介质。

背景技术

自计算机网络和分布式系统出现以来，时钟同步引起了研究人员的浓厚兴趣。时钟同步对于广泛的通信协议和应用程序至关重要。例如数据融合、多路访问控制(MultipleAccess Control，MAC)协议和节点协议等模块都需要一个精准时钟的支持才能正确运行。

时钟同步目的是确保整个网络节点拥有相同的时间概念。然而，受到网络节点资源有限、网络节点硬件不完善的影响，产生了时钟漂移以及节点间通信时消息延迟等问题。同时，考虑到无线节点有限的资源，同步算法需要在高精度与能耗之间做出最佳取舍。尽管网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)基于全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)的高精度同步技术，但是这些协议并不适用于无线传感器网络(WirelessSensor Network，WSN)。究其原因，主要是这些协议中的同步方案将精度作为首要目标。然而，在WSN中还必须考虑其他因素，例如能耗、可扩展性、鲁棒性、收敛速度和非对称链路应用等。

近些年来，无线传感器网络中的时钟同步问题受到了极大的关注，并演变为一个具有相当大的研究兴趣的话题。关于时钟同步的方案包括一种基于时间分配方案来增强时间戳的精度，从而达到提供亚纳秒的时间传输精度，但是该方案带来了信噪比和信道变化率的改变，造成了同步精度下降。另一种方案为了解决观测过程中引入的误差和由于从时钟晶振的不稳定性带来的频率抖动，采用高斯白噪声进行模拟，并用卡尔曼滤波器进行消减，这种方法能够建立稳定的时钟频率模型，降低频率抖动对系统的影响，但是只考虑了时钟频率，忽略了时钟偏移。

可见，如何提升无线传感器网络时钟同步的准确性，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种无线传感器网络的时钟同步方法、装置、设备和计算机可读存储介质，可以提升无线传感器网络时钟同步的准确性。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种无线传感器网络的时钟同步方法，包括：

基于目标节点的时钟参数和量测参数，建立目标节点的系统模型；其中，所述系统模型用于计算目标节点的频率和偏移；所述目标节点为无线传感器网络中所有节点中的任意一个节点；

利用加权平均算法，对所述系统模型以及所述无线传感器网络对应的权重矩阵进行迭代处理，以确定出所述无线传感器网络的通用频率和通用偏移；

依据所述通用频率和通用偏移，调整所述目标节点的频率和偏移。

可选地，所述基于目标节点的时钟参数和量测参数，建立目标节点的系统模型包括：

利用所述目标节点的时钟参数包括的初始时钟频率、时钟初始偏移、目标节点自身的振荡器参数以及设定的采样周期和状态噪声，建立目标节点的频率和偏移对应的状态模型；

利用所述量测参数包括的量测矩阵和量测噪声，建立所述目标节点的量测模型；

将所述目标节点的频率和偏移对应的状态模型以及所述目标节点的量测模型作为所述目标节点的系统模型。