[发明专利]一种低功耗无线传感器网络时间同步方法

权利要求书

1.一种低功耗的无线传感器时间同步方法，其特征在于：

(1)周期性同步信息发送，利用控制包携带同步信息；

(2)当接收者接收到同步包后，按照时间校准原理，根据时间戳信息校准自己时间；

(3)三种时间校正方法在线估计无线传感器网络中节点间的同步包时延ΔT并进行校正；

(4)以局部同步实现全网同步的同步机制，仅需父子节点进行同步。

2.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络时间同步方法，其特征在于：控制包的包尾打上时间戳，可以节省用于时间同步的能耗，同步包只需在MAC层的包尾添加9个字节，包括：TYPE为标志位，表明是否需要同步；SenderAddr为发送者地址，接收者据此判断是否为其父节点，从而决定是否需要与其同步；TAR和count为时间戳，表明发送节点当前系统时间。

3.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络时间同步方法，其特征在于：当接收者接收到同步包后，可以根据时间戳信息校准自己时间，节点时间由TAR、TACCR1和count唯一确定，通过保证两个节点的这三对参数一致，可以实现时间同步，其校准原理如下：

假设节点1和2节点要实现时间同步，节点1为时间基准节点(父节点)，节点2为待同步节点(子节点)，校准原理如下：

TAR₂＝TAR₁+ΔT           3-1

TACCR1₂＝TAR₂+(INTERVAL-TAR₂％INTERVAL)          3-2

count2=count1+(TAR2INTERVAL-TAR1INTERVAL)---3-3]]>

TAR₁和count₁都可以直接从同步包中提取出来，INTERVAL是常量，因此只有一个未知量ΔT。

4.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络时间同步方法，其特征在于：提出3种估计方法对无线传感器网络中节点间的同步包时延ΔT进行在线估计：

(1)定值校正法

定值校正法的校准公式如公式(3-4)所示：

t₂＝t₁+ΔT                          3-4

其中，t₁是参考节点的时间，ΔT是同步时延校正参数，t₂是校正之后的时间；

(2)跟踪校正法

跟踪校正法的校正公式如公式(3-5)所示：

t_2，n＝t_1，ｎ+(t′_2，ｎ-1-t_1，n-1)            3-5

其中，下标n，n-1表示采样时刻，下表1，2表示节点号，t_1，n，t_1，n-1分别表示参考节点在当前时刻和前一时刻的时间，t′_2，n-1是同步节点在前一时刻校正之前的时间，t_2，n是同步节点在校正之后的时间；

(3)小区间均值校正法

ΔT在短时间小区间内较为稳定，而在长时间大区间内呈周期性变化。于是可以用该小区间内的平均值来估计当前ΔT，小区间均值校正法能有效减小在小区间内的同步时延波动。5、根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络时间同步方法，其特征在于：在数据采集树中，所有的数据交换都是在父节点-子节点对中进行，每一个节点都只与其父节点同步，通过树形拓扑以局部同步实现全网同步，同步方式按以下方式处理：

(1)网络在初始化时会建立一个以SINK节点为根节点的数据采集树；

(2)SINK节点周期性地发送包含时间戳的BEACON包；

(3)子结点在收到BEACON包后解析出时间戳，并按照公式(3-1～3-3)校准自己的时钟；

(4)每个节点在完成同步(亦即入网)后也会按照SINK节点的方式广播BEACON包，以方便新节点的加入；

(5)新节点加入时会首先侦听一段时间，收集到邻居节点的BEACON后会选取一个父节点，并与之同步，从而完成入网；

(6)当拓扑发生变化时，掉网的节点会首先侦听一段时间，重新选择父节点，并完成同步入网。