[发明专利]一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统

说明书

本发明提供了一种应用于无线传感网的无误差累积的时钟同步系统，该系统包括时钟同步算法和智能体设备。智能体设备是时钟同步算法的载体，时钟同步算法运行于智能体设备中。时钟同步算法包括：相对斜率估计算法、斜率补偿算法、相位补偿算法、时延补偿算法、虚拟时钟产生算法；智能体设备包括：数据收发模块、收发时间戳标记模块、内核控制模块、算法计算模块、同步授时模块。本发明很好地压制了传输时延对时钟同步精度的影响，实现了多个智能体设备之间的时钟同步，具有同步精度高、误差不累积、计算量小、设备之间程序耦合度低等优点，采用同步秒脉冲和同步虚拟时间同时输出的方式提供授时服务，使得本套系统实用性很强，应用服务范围更广。

所属领域

本发明属于时钟同步技术领域，具体涉及一种无线传感网中智能体设备之间的无误差累积的时钟同步系统。

背景技术

无线传感网是一种典型的分布式网络系统，是具有交叉学科性质的军民两用的战略高技术。它广泛应用于国防军事、环境监测、电力系统调度、交通管理和灾害预测等领域，具有巨大的应用潜力和发展空间。对于无线传感网的众多基本功能，如事件时序判断、目标定位、数据融合、网络协同休眠等，都需要在全局公共时钟下完成。公共时钟的同步精度越高，网络的整体性能就越好。所以时钟同步是该类网络的一项基本支撑技术，甚至是众多实际应用与关键技术实施的先决条件。

时钟同步就是通过设计相应的协议和同步算法，对智能体设备的本地时钟进行校准，以使网络中所有设备都拥有一个全局的公共时钟。早在无线传感网出现之前，时钟同步问题就已被广泛研究，其中经典的解决方案有GPS授时法和基于IEEE1588协议的授时法。GPS授时法虽然具有同步精度高，覆盖范围广等优点，但它易受外界环境的影响而导致失锁。当GPS失锁后，同步精度只有毫秒级甚至更差，这显然不能满足无线传感网对时钟同步精度的要求。再就是GPS授时法功耗较高，每个智能体设备都要安装GPS接收器，这不适用于低功耗的无线传感网。还有就是对于一些智能体设备，它需要极强的隐蔽性，当采用GPS法授时时，该智能体设备就容易被暴露，所以GPS授时法的应用受到限制。基于IEEE1588协议的授时法，它对智能体设备的本地时钟的相位有进行补偿，但对本地时钟的斜率没有进行补偿，这使得时钟同步精度差，且同步效果不稳定。再就是该方法虽然补偿了传输时延，但也成倍增加了智能体设备发送数据包的次数，甚至还需要多次应答，增加了智能体设备之间的程序耦合度，使得网络通信效率变得很低。