[发明专利]无线传感器网络中的时间同步方法及系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及无线传感器网络技术，特别是涉及一种无线传感器网络中的时间同步方法及系统。

【背景技术】

时间同步是无线传感器网络中的最基本需求，无线传感器网络中所使用的大多协议和应用都需要进行时间同步，例如数据融合、测距定位、压缩感知、低功耗MAC协议、路由协议、协作传输和处理等均需要实现时间的同步。传统的时间同步方法中通常仅注重于同步精度的提高，而未对网络环境中所存在的复杂环境条件对时间同步过程带来的影响进行深入研究。传统的时间同步过程中通常采用泛洪时间同步协议(Flooding Time Synchronization Protocol，简称FTSP)来实现无线传感器网络中的时间同步。

泛洪时间同步协议是一种全网时间同步的方法，在泛洪协议中周期性地选举出一个编号最小的节点作为根节点，即网络中的其它节点均与根节点进行时间同步。无线传感器网络执行时间同步时各个节点广播自己的数据包竞选根节点，编号最小的节点获胜成为根节点。在选举出根节点后，根节点在无线传感器网络中广播同步数据包，其他节点接收到同步数据包括后实现与根节点的同步。而未在根节点通信范围内的节点则只能够通过多跳的方式与根节点同步。在根节点失效时无线传感器网络中的各个节点又重新开始竞选根节点。

无线传感器网络所使用的泛洪时间同步协议等时间同步方法在进行时间同步时往往需要建立一个基于全网的树形或层次形结构，并且在网络中专门为同步而设置特殊的根节点或参考节点，这将带来额外的能量消耗。

由此可知，在无线传感器网络中针对时间同步所提出的时间同步方法在实验的过程具备非常理想的实验精度，但是在应用于现实中的无线传感器网络时存在着每一节点大量消耗能量的缺陷，尤其是在与其它应用结合时每一节点的能量消耗就变得非常大了。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能降低网络能量消耗的无线传感器网络中的时间同步方法。

此外，还有必要提供一种能降低网络能量消耗的无线传感器网络中的时间同步系统。

一种无线传感器网络中的时间同步方法，包括如下步骤：

生成同步数据包，并在所述同步数据包中标记发送时间戳；

向子节点传输所述同步数据包；

接收所述同步数据包，并在所述同步数据包中标记接收时间戳；

根据所述同步数据包中发送时间戳和接收时间戳对所述子节点补偿时钟飘移。

优选地，所述在所述同步数据包中标记所述时间戳的步骤为：

检测传输信道是否处于空闲状态，若是，则从访问控制层获取发送时间；

根据获取到的发送时间生成发送时间戳；

将所述生成的发送时间戳标记于所述同步数据包中。

优选地，所述向子节点传输所述同步数据包的步骤为：

发送所述同步数据包中的包头；

待所述包头发送完毕之后从访问控制层获取时间；

根据所述获取到的时间修改所述包头对应的同步数据包中所述标记的发送时间戳；

传输所述修改了标记的发送时间戳的同步数据包。

优选地，所述接收所述同步数据包的步骤之后还包括：

判断所述同步数据包中的同步序号是否大于所述子节点中存储的同步序号，若是，则进入所述在所述同步数据包中标记所述接收时间戳的步骤。

优选地，所述根据所述同步数据包中发送时间戳和接收时间戳对所述子节点补偿时钟飘移的步骤为：

通过同步数据包的字节长度以及发射速率之商得到字节校准时间；

根据所述同步数据包中接收时间戳、发送时间戳以及字节校准时间得到时钟偏移量；

对所述时钟偏移量以及子节点所处时间进行最小二乘法直线拟和得到线性回归直线；

根据所述线性回归直线对所述子节点进行时钟飘移补偿。

优选地，所述根据所述同步数据包中接收时间戳、发送时间戳以字节校准时间得到时钟偏移量的步骤之后还包括：

将所述时钟偏移量存储于所述子节点的历史数据中；

所述方法还包括：

当未接收到同步数据包时从子节点的历史数据中获取存储的时钟偏移量，并根据所述存储的时钟偏移量对所述子节点补偿时钟飘移。

优选地，所述根据所述同步数据包中发送时间戳和接收时间戳对所述子节点补偿时钟飘移的步骤之前还包括：

从接收到的同步数据包中获取标记的发送时间戳和接收时间戳，并通过所述接收时间戳和发送时间戳之差得到时钟变化量；

计算所述时钟变化量与变化均值之间的差值；