[发明专利]一种无线传感器网络的时间同步方法及装置

权利要求书

1.一种无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，包括：

创建分层的无线传感器网络；

设上层节点j向其所有下层节点i发送报文的发送时间为τ_j[t'_k]；设下层节点在本地接收报文的接收时间为τ_i[t_k]，则下层节点i根据发送时间τ_j[t'_k]和接收时间τ_i[t_k]计算与上层节点j的时钟偏移估计值

然后根据相邻两次的时钟偏移估计值，计算时钟偏移率估计值

所述时钟偏移估计值

所述时钟偏移率估计值

其中，θ_ij[k]为下层节点i与上层节点j的时间偏移真实值，其中，α_ij[l]为时间段τ[l]内的瞬时时钟偏移率，θ_ij[0]为初始时钟偏移，为时间段内的干扰噪声；d_ij[k]为时间报文在传递过程中的链路时延，α_ij[k]为时钟偏移率的真实值；

计算时钟状态转移系数，并根据计算的时钟偏移估计值和时钟偏移率估计值计算观测系数；

根据上一时刻时钟状态和时钟状态转移系数预测当前时钟状态，并根据时钟状态参数估计值和观测系数对预测的当前时钟状态进行更新；

根据更新的当前时钟状态对下层节点和上层节点进行时间同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，创建分层的无线传感器网络，具体包括：

时间源节点周期性广播包含自身分层信息的报文；

收到时间源节点发出的报文的节点，根据分层信息设置自身层号，然后继续向其它节点广播包含自身分层信息的报文，直到形成分层的无线传感器网络结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，计算时钟状态转移系数，具体为：

设时钟状态转移系数为F，根据X[k]＝F·X[k-1]+ω[k]得到F；

其中，X[k]＝[θ_ij[k] α_ij[k]]^T，X[k]中的θ_ij[k]为时钟偏移状态转移表达式，α_ij[k]是时钟偏移率的状态转移表达式，ω[k]＝[ω_θ[k] ω_α[k]]^T，ω[k]～N(0,Q)，Q为状态转移过程噪声的协方差矩阵；

θ_ij[k]状态转移表达式为：θ_ij[k]＝θ_ij[k-1]+α_ij[k-1]τ[k-1]+ω_θ[k]，ω_θ[k]为时钟偏移的高斯干扰噪声，服从正态分布θ为时钟偏移；

α_ij[k]状态转移表达式为：α_ij[k]＝α_ij[k-1]+ω_α[k]，ω_α[k]为时钟偏移率的高斯干扰噪声，服从正态分布α为时钟偏移率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据计算的时钟状态参数估计值计算观测系数，具体为：

设观测系数为H，根据Z[k]＝Η·X[k]+v[k]得到H；

其中，v[k]～N(0,R)，R为时钟状态观测噪声的协方差矩阵；

其中，为时钟偏移的观测噪声，服从正态分布d为链路时延，为时钟偏移估计值；

为时钟偏移率的观测噪声，服从正态分布其中，T＝τ[k]。