[发明专利]一种无线传感器网络事件触发一致性时钟同步方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络事件触发一致性时钟同步方法，研究具有随机拓扑网络的时钟同步，并考虑节点间的传输延迟和丢包情况。本发明仅在特定事件发生时，即网络节点本次状态与上次发送时状态之差大于触发阀值时，进行同步信息的广播，网络同步信息量少；网络节点更新状态时仅需要输入邻居节点的本地时间，节点间广播的同步信息仅包含一表示节点本地时间的整数，信息包长度小；考虑传输延迟和丢包对同步性能的影响，给出传输延迟和丢包情况下的状态更新方法；一致性控制器的调整参数仅与节点自身的入度有关，无需维护网络拓扑结构。本发明还通过数值仿真给出了传输延迟和丢包率的上界。

主权项

一种无线传感器网络事件触发一致性时钟同步方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1‑1：设无线传感器网络的节点个数为N，第i个节点(i＝1,2,...,N)在t时刻计数器值为cⁱ(t)，t₀时刻计数值为cⁱ(t₀)，按照计算节点i的本地时间，且通过速率补偿量αⁱ(t)补偿节点i的频率偏移其中τⁱ(t₀)为节点i在t₀时刻的本地时间、和fⁱ(t)分别为时钟晶振的标称频率和实际频率，且假定频率偏移rⁱ(t)为一常数，记为rⁱ；步骤1‑2：在时，节点i(i＝1,2,...,N)按照状态调整公式：$x_1^i\left(t\right)=x_1^i\left(t_{\mathrm{up}}^i\left(k\right)\right)+x_2^i\left(t_{\mathrm{up}}^i\left(k\right)\right)(c^i\left(t\right)-c^i\left(t_{\mathrm{up}}^i\left(k\right)\right))$$x_2^i\left(t\right)=x_2^i\left(t_{\mathrm{up}}^i\left(k\right)\right)$调整状态和其中和分别为节点i的本地时间τⁱ(t)和频率补偿量αⁱ(tⁱ)，和为节点i的第k和k+1个调整时刻；步骤1‑3：$t_{\mathrm{tx}}^i\left(k\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\inf \left\{t\right|x_1^i\left(t\right)\≥\mathrm{kT},|x_1^i\left(t\right)-x_1^i\left(t_{\mathrm{tx}}^{i-}\right))|>=c_{a}T\}$或$t_{\mathrm{tx}}^i\left(k\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\inf \left\{t\right|x_1^i\left(t\right)\≥\mathrm{kT},|x_2^i\left(t\right)-x_2^i\left(t_{\mathrm{tx}}^{i-}\right))|>=c_b\},$即节点i的本地时间第一次大于或等于kT且状态与上次发送时状态之差满足或时，节点i将状态广播给输出邻居节点，其中T为网络的同步周期；步骤1‑4：节点i接收输入邻居节点广播的状态变量记节点j的发送时刻为节点i在时刻接收到假定不存在传输延迟，即$t_{\mathrm{rx}}^{\mathrm{ij}}\left(k\right)=t_{\mathrm{tx}}^i\left(k\right);$步骤1‑5：在接收所有邻居节点的后，节点i确定更新时间按照状态更新公式：$x_1^i\left(t_{\mathrm{up}}^i\left(k\right)\right)=x_1^i\left(t_{\mathrm{up}}^{i-}\left(k\right)\right)+c_1\underset{j\∈N_{\mathrm{in}}^i}{\mathrm{\Σ}}{k}_{\mathrm{ij}}(x_1^j\left(t_{\mathrm{tx}}^j\left(k\right)\right)-x_1^i\left(t_{\mathrm{tx}}^j\left(k\right)\right))$$x_2^i\left(t_{\mathrm{up}}^i\left(k\right)\right)=x_2^i\left(t_{\mathrm{up}}^{i-}\left(k\right)\right)+c_2\underset{j\∈N_{\mathrm{in}}^i}{\mathrm{\Σ}}{k}_{\mathrm{ij}}(x_1^j\left(t_{\mathrm{tx}}^j\left(k\right)\right)-x_1^i\left(t_{\mathrm{tx}}^j\left(k\right)\right))$更新状态和其中c₁和c₂为同步控制参数、k_ij为节点i与j间的权重系数、为更新时刻前的瞬间，其中c₁＝0.5，c₂＝0.5/(f_max×T)，(i,j)∈E,i≠j则$k_{\mathrm{ij}}=1/d_{\mathrm{in}}^i,$否则k_ij＝0；步骤1‑6：跳到步骤1‑1循环执行一致性同步。