[发明专利]一种无线传感器网络的时间同步方法及装置

说明书

本申请公开了一种无线传感器网络的时间同步方法，包括：创建分层的无线传感器网络；根据上层节点向下层节点发送报文的发送时间和下层节点在本地接收报文的接收时间计算时钟状态参数估计值；计算时钟状态转移系数，并根据计算的时钟状态参数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。本申请实现了分层的无线传感器网络的高精度时间同步。

技术领域

本申请涉及一种无线传感器网络的时间同步方法及装置，属于无线传感器网络领域。

背景技术

在无线传感器网络的实际应用中，传感器节点采集的数据都是与时间紧密相关的。同时，节点定位、数据融合、TDMA调度、协同睡眠等技术都需要网络的时间同步。但由于硬件特性和工作环境的影响，传感器节点的本地时间往往会偏离标准时间，因此为了保证网络正常有序的进行，保持时间同步对无线传感器网络的广泛应用具有重要的意义。

在无线传感器网络中，传感器节点的计时单元通常包含一个晶振和一个计数寄存器，晶振每输出一个震荡脉冲，寄存器的计数值就累加一次，通过读取寄存器的计数值并按一定的换算关系就能计算出传感器节点的硬件时间。然后，发送者在同步报文中嵌入其本地时间发送给接收者，接收者在接收到该报文后，根据报文的发送时间和接收时间，调整本地时钟的时钟偏移和时钟偏移率，以实现无线传感器网络的时间同步。

但是无线传感器网络一般都长时间地部署在恶劣的、无人值守的室外环境中，环境温度和传感器节点电压的变化对晶振的稳定性影响较大，且外界电磁环境干扰通信链路的稳定性，因此，影响无线传感器网络时间同步精度的因素主要包括报文传输时延的噪声和晶振计时噪声。现有技术中通过假设报文传输时延服从特定的高斯分布、指数分布等，然后利用极大似然估计、贝叶斯估计等方法来进行时钟参数的估计，实现时间同步，但是这些方法均忽略了时钟计时过程本身自带的噪声干扰；还有利用Kalman Filter对晶振计时过程中的噪声进行过滤的方法，虽然可以获得更高精度的时间同步，但是在建立时钟模型时通常假设固定的通信链路时延，而忽略了链路噪声干扰。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种无线传感器网络的时间同步方法，可以实现分层的无线传感器网络的高精度时间同步。

一种无线传感器网络的时间同步方法，包括：

创建分层的无线传感器网络；

根据上层节点向下层节点发送报文的发送时间和下层节点在本地接收报文的接收时间计算时钟状态参数估计值；

计算时钟状态转移系数，并根据计算的时钟状态参数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。

其中，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。