[发明专利]一种基于动态路径和变周期的无线传感器网络同步方法

权利要求书

1.一种基于动态路径和变周期的无线传感器网络同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：分簇；根节点首先发送分簇数据包，节点按照自己的地理位置确定自己的所属的簇，簇内节点相互交换信息，所述信息为剩余能量和节点ID号，选举剩余能量最大的节点为簇头节点，簇头节点广播信息进行声明，直到所有的节点加入簇型结构，分簇完成；

步骤S2：簇头节点同步；根节点发送同步数据包，簇头节点监听邻居簇头节点发来的同步包，收到第一个数据包后，如果是时间同步数据包，则设置定时器开始参考节点优选过程，在定时器到时之前，节点持续接收其他同步数据包到来，比较收到的数据包的性能参数STD，最终选取最优时间性能的节点为同步参考节点，然后利用双向同步消息交换与参考节点进行同步；

步骤S3：簇内节点同步；簇头节点广播同步消息，簇内节点根据收到的同步包计算相偏、频偏和频偏变化率，并把频偏变化率反馈给簇头节点，簇头节点只保留最大的频偏变化率，根据给定的最大同步误差边界值得到下一次同步间隔；

步骤S4：网络扩展；当有新的节点加入到已经运行的网络中时，发送请求包加入最近的簇接收同步消息；当有节点失效时，失效节点为簇内节点对网络没有什么影响，失效节点为簇头节点时，需要在区域内重新选举簇头节点，下一跳的簇头节点可以在接收到的同步信息中筛选其他性能好的同步簇头节点作为参考节点；

所述步骤S3中相偏、频偏、频偏变化率和再同步周期为：要得到节点A相对于参考节点R频偏，需要节点R向节点A发送同步包，参考节点R在t_r和t_r+1时刻分别发送同步包到节点A，节点A在Δt_r+1＝t_r+1-t_r时间段内的时间偏移θ_A(t′_r+1)为：

θ_A(t′_r+1)＝(t_A(t′_r+1)-t_A(t′_r))-(t_r+1-t_r) (1)

那么，节点A相对于参考节点R在Δt_r+1时间段内的频偏为：

同理，由参考节点R在t_r+1和t_r+2时刻发送的同步包可以得到节点A在Δt_r+2＝t_r+2-t_r+1时间段内的频偏为α_A(t′_r+2)；节点A相对于参考节点R在时间段Δt_r+1+Δt_r+2内的频偏变化率为：

在时钟频偏变化的情况下，节点同步误差主要是累积同步误差，已知频偏变化率为同步间隔为Δ，同步误差可以表示为：

簇内节点所允许的最大同步误差为E，由式(3)得到节点中最大的频偏变化率则能够保证精度的最大同步周期T为：

2.根据权利要求1所述的基于动态路径和变周期的无线传感器网络同步方法，其特征在于，步骤S2中STD的具体表达式如下：

STDⁱ＝m*α(F)*β(N)+(1-m)STD^i-1，0≤m≤1.

其中，i是同步轮次，STDⁱ是第i轮次节点的性能标准，α(F)是与本轮节点时钟频偏相关的参数项，β(N)是与该节点距离根节点跳数相关的参数项，m是影响因子，在0到1之间取值。