[发明专利]一种时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络是一个分布式系统，由于硬件特性和工作环境的不同，传感器节点的时间往往会偏离标准时间。无线传感器网络中的许多功能和服务是与时间紧密相关的，为保证无线传感器网络正常有序地工作，需要一种有效的时间同步方法对全网节点的时间进行同步。

在一些无线传感器网络应用场景中，需要利用传感器节点的移动性来增大网络的监测范围和能力。另外，为了提高网络的能量利用效率，通常需要采用休眠调度机制来管理节点的工作状态，以减少不必要的能量开销。然而，节点移动或者休眠会破坏网络的连通性，导致部分节点在一些时段内无法与周围节点通信，从而使网络呈现间断性连通的特点。现有的时间同步协议和方法主要针对拓扑结构稳定的传感器网络进行设计，例如RBS（Reference Broadcast Synchronization，）协议、TPSN（Timing-sync Protocol for Sensor Networks，）协议、以及FTPS(Flooding Time Synchronization Protocol，)协议等，均没有考虑节点移动或休眠引起的网络间断性连通问题。在间断性连通的传感器网络中，如果采用现有的时间同步方法进行同步，部分节点可能在同步过程执行期间无法接收网络中的同步信息而失去同步机会。虽然理论上可以通过增大同步过程的执行频率来应对这一问题，但频繁地执行同步过程不仅会大量消耗节点的能量，还会挤占有限的无线信道资源，影响传感器网络的正常工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种时间同步方法，解决间断性连通传感器网络中的时间同步问题，并减少节点能量消耗，节约无线信道资源。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种时间同步方法，应用于间断性连通的无线传感器网络，包括：

在每个同步周期到来时，所述无线传感器网络中的传感器节点进行机会同步;

在所述机会同步的过程截止后，未实现同步的传感器节点进行预测校准来修正自己的时间，以实现同步。

进一步地，上述时间同步方法还可具有以下特点，所述机会同步包括：

所述无线传感器网络中的汇聚节点以设定的同步周期向所述无线传感器网络广播包含自身时间信息的同步信息；

与所述汇聚节点直接或间接连通的传感器节点，接收并根据该传感器节点的前级节点发出的同步信息实现与所述前级节点的时间同步，所述前级节点发出的同步信息包含所述前级节点的时间信息，然后发送包含自身时间信息的同步信息，重复本步骤直至最后一级节点完成时间同步，所述传感器节点的前级节点是指先于所述传感器节点实现同步的传感器节点。

进一步地，上述时间同步方法还可具有以下特点，将所述前级节点称为发送节点，将接收并根据该前级节点发出的同步信息实现与该前级节点时间同步的后级节点称为接收节点，则所述发送节点和所述接收节点之间的同步过程包括：

所述发送节点在检测到信道空闲时向外广播一个仅包含自身身份识别号码的简短控制消息，并记录该简短控制消息发送时刻的本地时间tsend；

所述接收节点接收所述发送节点的简短控制消息并记录接收完毕时刻的本地时间t_receive；

所述发送节点将所述简短控制消息发送时刻的时间t_send写入同步消息中，发送给所述接收节点；

所述接收节点接收所述同步消息并根据其包含的时间信息修正自己的逻辑时间，修正公式为L(t)=L(t)′-(t_receive-t_send-nτ)，其中L(t)′为所述接收节点修正前的逻辑时间，n为所述简短控制消息的比特数，τ为发送单位比特数据的时间。

进一步地，上述时间同步方法还可具有以下特点，所述简短控制消息包含序列号、节点编号；所述同步消息包含序列号、节点编号、简短控制消息的发送时间、本轮同步周期的启动时间、机会同步过程的最大持续时间、同步周期。

进一步地，上述时间同步方法还可具有以下特点，所述机会同步过程中，所述发送节点根据如下步骤确定所述同步消息的发送数量：

将每个同步周期划分为相同长度的时隙，所述前级节点判断本轮机会同步是否超时，若不超时则以P(k)=1-β^k的概率判决当前时隙内是否发送同步消息，其中，β为调节参数，k为当前时隙的序号；

若所述前级节点决定不在当前时隙发送同步消息，则侦听信道的状态直至下一个时隙的到来；