[发明专利]针对无线网络的基于IEEE 1588PTP机制的时间同步改进方法

说明书

本发明是一种针对无线网络的基于IEEE 1588 PTP机制的时间同步改进方法。该方法的特征是：在遵从IEEE 1588 PTP时间信息包交换机制的情况下，在时间同步的包交换过程中，侦听并截获其他相邻节点与主节点按照IEEE1588 PTP机制进行交换时的时间信息包，从而实现了一种从‑从同步机制。该方案是对IEEE 1588 PTP主‑从同步的扩展，可以获得更多时间信息，利用从‑从同步机制中所获得的信息冗余，在从节点采用线性回归的方法使得对钟偏移和频率漂移的估计更准确可靠，从而能减弱主从路径不对称，时间戳不够精确因素造成的影响，以在无线网络中实现高精度，高可靠的时间同步。

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种针对无线网络的基于IEEE 1588PTP机制的时间同步改进方法。

背景技术

无线传感网(WSNs，Wireless Sensor Networks)是由大量共同合作的低功耗节点组成的无线网络，每个节点具有有限的计算能力，无线通信能力和感知能力。通过引入控制执行器，无线传感器执行器网络(WSANs，Wireless Sensor Actuator Networks)指具备无线控制执行功能，适合于过程监测与控制的一种特殊无线传感网。由于无线传感执行器网络节点的本地时钟是通过内部晶振中断计数来实现的，由节点初始计时时刻不同和内部晶振的频率偏差变化等，网络中各节点间的时钟不同步。WSAN的时间同步是指使WSAN中所有或部分节点拥有相同的时间基准，就是要把分布在各节点的时钟对准(同步起来)。

时间同步(Time Synchronization)技术是无线传感执行器网络的重要支撑技术。特别的，在工业自动化系统中，自动的工作流程之间的相互协调非常重要，要求相关联的传感器节点能较好执行同步数据采集，相关联的执行器节点能协同一致进行控制操作，因此WSAN对时间同步的精度和可靠性都有更高的要求，高于普通家庭和商用无线网络系统。如多传感器的数据融合，目标定位和监测，分布式波束成型阵列与控制，TDMA通信调度，基于睡眠调度 的电池节能等，都对时间同步较高要求，因此，时间同步在WSAN的诸多应用中特别重要，其重要性体现在三个方面：步决定了数据是否准确有效，决定了控制系统的性能好坏，决定了网络整体性能优劣(如信道利用率，吞吐量，网络生命周期等)。

目前常用的时间同步方法有：NTP方法，RBS方法，TPSN方法和FTSP方法等。其中，网络时间协议(NTP)主要针对传统的基于IP的英特网，是一种典型的主从同步方法，由NTP的客户端(即从时钟)发起，首先向NTP服务器(即主时钟)发送还有本地时间戳T1的同步请求包，服务器收到该请求包后记录下此包接收时间T2。然后服务器在T3时刻向客户端回复响应包，并把T3时间戳附在该响应包中。客户端接收到该响应包时，记录下接收时间戳T4。客户端从该交换中获取的时间戳信息T1，T2，T3和T4就可以计算出主从时钟之间的偏差，从而完成时间调整和同步。RBS是一种针对无线传感器网路提出来的时间同步方法，该方法基于单向广播机制，有效克服了发送端的操作处理延时和媒介访问延迟(如CSMA/CA指数退避算法的延迟)对同步精度的影响，达到了一定的精度，可靠性较高，但其计算量和同步开销较大，能耗较高。TPSN方法基于双向成对的同步机理，同步效果较高，比RBS的精度更高，但对主节点的依赖较大，可靠性受限。而FTSP方法为泛洪广播式时间同步算法，然后基于最小二乘法进行时钟偏移的估计，虽然单向广播使得同步方式简单，但最小二乘法需要大量的广播数据和较高的计算量，因此会耗费较多的通信带宽和计算资源。FTSP方法存在的问题主要是：对于密度大的网络，泛洪广播会在形成大量的广播数据包的突发发送，引起碰撞的几率很高，消耗节点能量和网络资源。