[发明专利]一种基于三级无线传感网的时间同步架构及时间同步方法

权利要求书

1.一种基于三级无线传感网的时间同步方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：参考节点按照时间同步周期T发送时间同步指令，包括：

步骤1.1：设定参考节点信道的发送保护时间间隙，发送保护时间间隙是指时间同步指令发送前50ms到发送后50ms之间的时间范围；

步骤1.2：判断参考节点信道是否处于发送保护时间间隙内，当处于发送保护时间间隙内则执行步骤1.3，若不处于发送保护时间间隙，则参考节点发送时间同步指令之外的其他指令，并重复步骤1.2；

步骤1.3：参考节点的核心单元按照时间同步周期T的间隔发送时间同步指令，时间同步周期T＝2^N秒，N＝1，2，3，……；

步骤2：转发中继接收时间同步指令；

步骤2.1：判断转发中继是否接收到指令，若接收到指令，执行步骤2.2；若没有接收到指令，执行步骤2.1；

步骤2.2：判断接收到的指令是否为时间同步指令，若是，则执行步骤3，若不是，则执行该其它指令，并执行步骤2.2；

步骤3：转发中继进行延时测量，所述延时记为DELAY，DELAY为转发节点接收到时间同步指令时到其处理完时间同步指令的用时；

步骤4：转发中继分别对各自接收的时间同步指令帧结构进行重组，并在各自设定的发送延时时刻转发帧重组后的时间同步指令；

步骤5：采集节点各终端接收时间同步指令；

步骤5.1：判断采集节点各终端是否接收到指令，若接收到指令，执行步骤5.2，若没有接收到指令，执行步骤5.1；

步骤5.2：判断采集节点各终端接收的指令是否为时间同步指令，若是，执行步骤5.3；若不是，执行该其它指令，并执行步骤5.2；

步骤5.3：判断时间同步指令的来源，当时间同步指令来自于转发节点，执行步骤5.4；当时间同步指令来自于参考节点时，则判断采集节点各终端是否工作在只接收参考节点指令的模式，若是，则执行步骤6，若不是，则不响应该指令，并重复步骤5.3；

步骤5.4：判断采集节点各终端是否工作在只接收转发节点指令的模式，若是，执行步骤5.5，若不是则不响应该指令，并返回步骤5.3；

步骤5.5：判断采集节点各终端接收的时间同步指令ID和其所在区域ID是否一致，若一致，执行步骤6，若不一致，不响应该指令，并执行步骤5.5；

步骤6：采集节点各终端进行延时补偿；

步骤7：采集节点各终端对本地晶振时钟进行校准；

步骤7.1：当采集节点终端收到时间同步指令后，锁存本地晶振的计数值CNT，并重新开始计数；

步骤7.2：计算每次时间同步指令到达时，每个终端本地晶振的计数偏差TimDiff：

TimDiff＝CT-CNT，

其中CT为本地晶振在理想情况下，一个时间同步周期T内的理想计数值；

步骤7.3：将时间同步周期T分为2^m等份，得到t＝T/2^m；

步骤7.4：对下一个时间同步周期内的本地时间每间隔时间t进行一次补偿，进行第n次时间补偿时对应的时间补偿值为：comp＝n*(TimDiff/2^m)，其中1≤n≤2^m；

步骤7.5：考虑到各种延时补偿，校准后的终端本地晶振时间为：

time_out＝syn_time+n*TimDiff/2^m+delay，

syn_time为本地晶振计数值，delay为采集节点终端接收时间同步指令的延时，当时间同步指令来源于参考节点，delay＝Delay1；当时间同步指令来源于转发节点的转发中继，delay＝Delay2，其中，Delay1为参考节点发送延时、参考节点到采集节点的传播延时和采集节点处理延时之和；Delay2为参考节点发送延时、参考节点到转发节点传播延时、转发节点的处理延时、转发节点发送延时、转发节点到采集节点的传播延时和采集节点处理延时之和；步骤8：采集节点输出高精度的时间信息。

2.根据权利要求1所述基于三级无线传感网的时间同步方法，特征在于，所述步骤1中的时间同步指令包括：帧类型、同步周期和同步次数；所述步骤4中进行帧结构重组后的时间同步指令包括：帧类型、同步周期、同步次数、延时DELAY和转发中继的ID。

3.根据权利要求1所述基于三级无线传感网的时间同步方法，特征在于，所述步骤6中采集节点终端进行相应延时补偿的方法为：采集节点终端根据接收的时间同步指令帧中的ID号，确定该ID号对应的转发中继的发送延时，之后将该发送延时补偿到对应的时间同步指令中。