[发明专利]一种无线传感网络的硬件同步方法及同步系统

摘要

本发明公开了一种无线传感网络的硬件同步方法。该方法采用跨层设计的软硬件结合方式，从无线通信模块的协议栈底层中提取相关信号作为同步信号，触发硬件电路时钟调节模块锁存或调节时间，再结合软件管理，完成了整个无线传感网络的硬件同步功能。与传统的无线传感网络的软件同步技术相比，该方法无需修改同步协议，方便开发；同时有效避免了上层协议和软件带来的不确定时延，在保持低功耗、低成本的情况下，提高了同步精度。本发明同时公开了一种基于此方法的无线传感网络的硬件同步系统，由XBeePro无线通信模块、CPLD硬件电路时钟模块和MCU软件管理模块配合完成同步功能。系统同步精度可达101μs级，能满足大多数无线分布式测量的要求。

主权项

一种无线传感网络的硬件同步方法，其特征在于该同步方法的实现涉及三个相互联系部分：无线通信模块的跨层设计、硬件电路时钟调节模块和软件管理设计；无线传感网络的硬件同步方法的实现过程是将从节点时间与主节点时间调整一致，具体实现步骤包括：第1、将主节点配置为自发自收模式，主节点广播同步信号，主节点和从节点都接收主节点广播的同步信号；第2、主节点底层协议接收到主节点广播的同步信号后，产生标志脉冲；主节点无线通信模块的跨层设计将这一标志脉冲传递给主节点硬件电路时钟调节模块，触发主节点硬件电路时钟调节模块记录触发时刻的主节点时间；第3、从节点底层协议接收到主节点广播的同步信号后，产生标志脉冲；从节点无线通信模块的跨层设计将这一标志脉冲传递给从节点硬件电路时钟调节模块，触发从节点硬件电路时钟调节模块启动计时；第4、主节点广播步骤2中所记录的主节点时间；第5、从节点接收主节点广播的主节点时间，从节点硬件电路时钟调节模块锁存接收到的主节点时间；第6、从节点软件管理设计启动时间调节功能，从节点的硬件电路时钟调节模块将步骤3中所述的从节点的计时时间，加上步骤5中所述的锁存的主节点时间，作为从节点时间，调节从节点时间，最终将整个网络的从节点时间与主节点时间调整一致；其中，主节点无线通信模块的跨层设计将主节点无线通信模块底层协议接收同步信号后产生的标志脉冲，传递给主节点硬件电路时钟调节模块；从节点无线通信模块的跨层设计将从节点无线通信模块底层协议接收同步信号后产生的标志脉冲，传递给从节点硬件电路时钟调节模块；主节点硬件电路时钟调节模块实现在标志脉冲触发下，记录触发时刻的主节点时间功能；从节点硬件电路时钟调节模块实现在标志脉冲触发下，启动计时、锁存接收到的主节点时间、调节从节点时间功能；主节点软件管理设计实现主节点配置为自发自收模式、广播同步信号和广播主节点时间；从节点软件管理设计实现接收主节点时间和启动时间调节功能。