[发明专利]一种基于电压感知的无线传感器网络时间同步方法

权利要求书

1.一种基于电压感知的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，建立电压-偏频关系表

在无线传感器节点实际部署前，对每个传感器节点进行如下操作：

步骤S10，将一个无线传感器节点A_i与计算机连接，并在该传感器节点A_i旁边放置一个可与计算机通信的温度传感器节点B；节点A_i的供电电压初始值为U₀，节点B的供电电压VCC满足U₀＜VCC＜U；其中i是需要部署的无线传感器的编号，1≤i≤N，N是需要部署的无线传感器的个数，U₀和U为常数；

步骤S11，设定节点A_i的数据包发送周期为T，设定节点B的温度采样周期为τ，且节点B采样到的温度数据即时发送给计算机；

步骤S12，节点A_i和节点B同时向计算机发送数据：记节点A_i发送的一组数据包P_i,j到达计算机的时间序列为ARR_i,j，在节点A_i发送该组数据包的时间段内，节点B采集到的温度序列为TMP_i,k，这组温度数据到达计算机的时间序列为ARRT_i,k；其中1≤j≤n_i，1≤k≤nt_i，n_i为P_i,j中数据包的个数，nt_i为TMP_i,k中温度数据的总个数；

步骤S13，每间隔至少2小时，将节点A_i的供电电压值V_m升高M常数，1≤m≤M；当节点A_i的供电电压达到U时，结束节点A_i和节点B向计算机发送数据过程；

步骤S14，按照公式1计算节点A_i的偏频序列SKEW_i,j：

步骤S15，对偏频序列进行滤躁：在温度序列TMP_i,k中，筛选出温度异常的时间段，并将该时间段对应的偏频序列值删除；

步骤S16，将滤躁后的偏频序列SKEW_i,j根据节点A_i的供电电压值进行分段，并对每一个电压值V_m对应的偏频序列求平均值，使节点A_i的每一个电压值V_m对应一个偏频平均值SKEW_m；

步骤S17，将V_m和SKEW_m的对应关系建立电压-偏频关系表并保存在节点A_i中；

步骤二，本地时间更新

将存储有电压-偏频关系表的传感器节点A_i进行实际部署后，按照下面步骤进行本地时间的更新：

步骤S20，节点A_i获取自身当前电压值V，并在自身的电压-偏频关系表中查找与当前电压值V相同的电压值，若查找成功，执行步骤S21，否则执行步骤S22；

步骤S21，将电压-偏频关系表中与当前电压值V对应的偏频值SKEW_m设定为节点A_i当前偏频值SKEW，跳至步骤S23；

步骤S22，节点A_i在电压-偏频关系表中查找与当前电压值V最接近的两个电压值V_H和V_L，以及V_H和V_L对应的偏频值SKEW_H和SKEW_L,其中V_L＜V＜V_H；则节点当前的偏频值SKEW被设定为：

步骤S23，在经过Δt时间后，节点A_i根据以下公式更新自身当前的相偏:

OFFSET₀＝SKEW·Δt+OFFSET(公式3)

公式3中，OFFSET₀为节点A_i更新后的相偏，100s＜Δt＜10000s；Δt为节点A_i时钟的休眠时间，OFFSET为节点A_i当前的相偏；

步骤S24，若节点A_i更新后的相偏OFFSET₀满足：

则节点A_i对自身本地时间进行更新，更新后的本地时间CLOCK₀为：

CLOCK₀＝CLOCK+OFFSET₀(公式5)

在公式4和公式5中，ε为本地时钟周期，CLOCK为更新前的本地时间；

更新完毕后，节点A_i将OFFSET₀清零；

步骤三，时钟再同步

节点A_i对自身本地时间更新后，按照下面的步骤进行时钟再同步：

步骤S30，节点A_i查看计时器，若无需启动再同步过程，则转至步骤二，否则执行步骤S31；

步骤S31，节点A_i启动再同步过程，节点A_i向参考节点R发送同步请求，参考节点R收到请求后，向节点A_i连续发送两个时间戳T_a和T_b，T_a和T_b分别代表两个时间戳被发出时节点R的本地时间；节点A_i在收到时间戳后立即记录自身本地时间T_a′和T_b′，则节点A_i当前偏频值SKEW被修正为：

步骤S32，节点A_i按照下面公式确定再同步过程的时间间隔Δd：

公式7中，d为上次启动再同步周期与当前时间之间的间隔，μ为精度控制参数，drift表示时间的漂移，即：

drift＝(T_a-T_b)-(T_a′-T_b′)(公式8)

节点A_i对计时器设定时钟再同步后，返回步骤S23。