[发明专利]一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网时间同步方法

说明书

本发明请求保护一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网时间同步方法，涉及IPv6无线传感器网络技术领域。该方法包括以下步骤：首先时间参考父节点向邻居节点多播携带时间戳信息的DIO控制报文；待同步节点接收到DIO报文后，根据新设计的时间同步目标函数选取最优时间参考父节点，随后向邻居节点继续多播DIO报文；待同步节点加入网络后，根据收集的多组时间戳信息计算本地与时间参考父节点之间的频率漂移和相位偏移，补偿本地时钟，并计算出与根节点的累计时间偏差且将此作为时间同步目标函数的路由度量之一，为邻居节点选择父节点提供信息参数；最终实现全网的时间同步。本发明能够降低数据包丢失问题，减少时间累计偏差，提高网络可靠性和同步精度。

技术领域

本发明属于IPv6无线传感器网络技术领域，涉及一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网时间同步方法。

背景技术

当今IPv6无线传感器网络技术引起了无数研究组织的关注，这种新兴的网络体系将IPv6技术与无线传感器网络融合在一起，不仅具有海量节点接入网络的扩展能力，还能解决端到端的互通互作问题，应用领域广泛，具有强大的市场竞争力并且会产生巨大的经济效益。

时间同步是IPv6无线传感器网络中最基本、应用最广泛的中间件服务之一。准确稳定的时间估计对于关联调度、数据传输、提高定位精度、提高安全性和改进协调至关重要。相互独立的节点会因为晶振的频率漂移的不同而产生与参考节点的时钟偏移。网络中所有节点的下发和接受命令操作需要在同一个物理时刻进行，因此，需要用统一的时间标准来实现时间同步，良好的时间同步机制才能保证网络中各项工作的实施。

然而时间同步会受链路质量、节点剩余能量等因素影响，导致同步精度降低。因此，需要综合考虑这些因素，提出一些策略来选择最优时间同步父节点；一般的时间同步有专用的时间同步命令帧或者将时间戳放入确认帧中，前者会造成同步开销大，后者若组网稳定后没有报文交互，则不会进行时间同步过程。因此如何降低开销也是目前需要解决的问题；没有加密的报文上的时间戳容易受到恶意篡改，如果被某些节点接收导致整个错误信息扩散，严重的会影响整个网络内的传感器节点的正常时间同步过程，因此还需要考虑到同步过程中的安全问题。传统的时间同步协议在MAC层实现，对于以上问题无法妥善处理，此外，由于传统的时间同步技术不能获取网络的全局信息，无法选择最优的时间同步父节点，从而影响时间同步性能。

本发明提出的一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网时间同步方法，利用RPL组网过程中DIO控制报文的交互，快速估计出频率漂移和相位偏移，以补偿本地时钟，可提高网络的可靠性和时间同步精度，具体解决了：1)由于时间同步会受到链路质量、节点剩余能量、跳数、累计时间偏差等因素的影响从而导致同步精度降低的问题；2)目前专有的时间同步命令帧或者确认帧造成网络能量开销大的问题；3)同步过程中没有加密的报文容易受到恶意攻击与篡改的问题。

因此，本发明的创新点在于将同步协议与路由协议结合起来，将时间同步最优父节点的时间戳信息在网络层封装到RPL控制报文中，在网络层可以掌握整个无线传感器网络的全局信息，从而实现精确的时间同步。但是，所填充的时间戳如果是在网络层封装报文时的时刻，就会出现报文从网络层到MAC层再到发送时增加的信道访问时延，这种不确定的时延将会造成同步精度的下降。因此本发明还设计了一个交错封装时间戳的策略，以提高时间同步精度。

由于在网络层可以充分获取无线传感器网络的全局信息，本发明选择在网络层进行时间同步，在构建或维护路由的同时实现精准的时间同步。因此设计一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网时间同步方法研究具有前沿性和必要性。

发明内容

本发明旨在解决现有技术时间同步过程中高开销、低同步精度和低安全的问题。提出了一种减少报文开销、提高安全性、可靠性的方法。本发明的技术方案如下：

一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网时间同步方法，其包括以下步骤：