[发明专利]降低网络通信量的无线传感器网络一致性时间同步方法

权利要求书

1.一种降低网络通信量的无线传感器网络一致性时间同步方法，其特征在于：该方法包括：针对无线传感器网络中的簇型网络拓扑结构，采用基于最大一致性时间同步方法来实现节点之间的时钟同步，以使所有节点的逻辑时钟都达到一个共同的全局时钟；

所述的时间同步方法由簇头发起，并将时间同步过程分为三个步骤：

S1：簇内首次时间同步：使用最大一致性时间同步方法，通过四次信息交换实现每个簇的簇头的逻辑时钟同步到其簇内最大逻辑时钟；

S2：簇间时间同步：网络中所有簇头之间进行通信，采用最大一致性时间同步方法进行同步，以使所有簇头节点的时钟同步到网络中的最大逻辑时钟，所有簇头消息的交换都是通过从重叠节点中选出网关节点来负责消息的转发而实现，但该阶段网关节点不与簇头进行一致性时间同步；因此簇间时间同步中所有簇中的普通簇内成员节点都无需通信；

S3：簇内再次时间同步：使用最大一致性时间同步方法，通过两次信息交换实现将每个簇头的逻辑时钟扩散到该簇的所有簇内节点，此时，整个网络中的所有节点的逻辑时钟达到全局一致；

所述步骤S1中，簇内首次时间同步，采用已有的最大一致性时间同步方法进行，首先对于网络中的任意节点i，设置逻辑时钟的斜率补偿参数和偏差补偿参数的初始条件为和每个节点的广播周期为T；同步过程中簇头l＝{1,2,…m}广播消息，簇内节点收到消息后立即回复簇头，两次收到簇内节点的消息后，簇头更新自己的逻辑时钟补偿参数；本步骤只进行两个周期，即簇头和簇内节点只需要进行四次信息交换，每个簇头的逻辑时钟就同步到该簇内最大的逻辑时钟；

所述步骤S2中，簇间时间同步仅是簇头之间同步，所有簇中的普通簇内成员节点都无需通信，具体步骤为：

S21：在执行完步骤S1后，如果簇头节点i本地时钟τ_i(t)＝kT,k∈N⁺，即τ_i(t)的值是周期T的整数倍时，广播其经过步骤S1同步后的本地时钟τ_i(t_k)、时钟斜率的补偿参数和时钟偏差的补偿参数给其簇内网关节点，网关节点收到后将消息转发给簇头节点i的邻居簇头j，此阶段网关节点并不与簇头进行最大一致性同步，只负责消息的转发；

S22：当邻居簇头j收到信息之后，簇头j记录下此时的信息并广播给簇头节点j簇内的网关节点，网关节点收到消息后将消息转发给簇头节点j的邻居簇头；

S23：周期性重复步骤S21和S22若干次，在k≥1时，簇头i具有信息记录＜τ_i(t_k),τ_i(t_k-1),τ_j(t_k),τ_j(t_k-1)＞；

S24：通过公式(1)和(2)计算出相对时钟斜率a_ij和q_ij的值，并通过对比q_ij和1的大小来更新和的参数；该更新完成之后，每个簇的簇头的逻辑时钟都成为了整个网络中的最大的逻辑时钟；

其中，τ_i(t_k)表示第k次广播时节点i的硬件时钟，表示节点i的逻辑时钟斜率补偿参数；τ_j(t_k)表示第k次广播时邻居节点j的硬件时钟，表示邻居节点j的逻辑时钟斜率补偿参数；

S25：簇头节点i删除记录＜τ_i(t_k-1),τ_j(t_k-1)＞，存储＜τ_i(t_k),τ_j(t_k)＞；

所述步骤S3中簇内再次时间同步，具体步骤为：

S31：在执行完步骤S2之后，当簇头l＝{1,2,…m}的本地时钟满足τ_l(t)＝kT,k∈N⁺，簇头l广播它的本地时钟τ_l(t′₀)、时钟斜率的补偿参数和时钟偏差的补偿参数给它的簇内的节点，簇内的节点收到消息后，记录下此时自己的本地时钟τ_i(t′₀)、时钟斜率的补偿参数和时钟偏差的补偿参数

S32：如果簇头l的本地时钟满足τ_l(t)＝(k+1)T,k∈N⁺，簇头l广播其当前的信息给它的簇内的节点，簇内的节点收到消息后，记录下其当前信息此时，簇内的节点i具有信息记录＜τ_l(t′₀),τ_l(t′₁),τ_i(t′₀),τ_i(t′₁)＞；

S33：两次收到簇头广播的消息后，簇内的节点i直接修改逻辑时钟补偿参数此时所有节点的逻辑时钟都达到一个共同的全局时钟，时间同步过程完成。