[发明专利]一种应用于无线传感器网络的时钟同步精简信息交互方法

摘要

本发明提供了一种应用于无线传感器网络的时钟同步精简信息交互方法，包括簇头侧发送消息并记录时间戳t1，节点侧接收到消息并记录下时间戳t2；由节点侧发送反馈并记录时间戳t3；簇头侧接收反馈消息并记录时间戳t4；簇头侧将时间戳t1和t4组合成数据包，发送到节点侧；节点侧根据时间戳t2和t3，以及从数据包中解析出的t1和t4，计算时钟偏差Offset，进行本地时钟校准，方法简单，极大的减少同步时间，便于实现的同时，结合IEEE1588精确时钟同步协议和IEEE802.15.4无线传感器网络协议，每一次时间同步过程中至少省略2个消息发送及接收时间，可靠性高，提高了工作效率。

主权项

一种应用于无线传感器网络的精确时钟同步精简信息交互方法，其特征在于，包括以下步骤：Q1：簇头侧的时钟是主时钟，具有参考时钟的作用，簇头侧的主控单元确定要进行时钟同步的节点序号，并向该节点侧发送同步报文信号，并由FPGA记录同步报文信号发送的时间戳t1；Q2：节点侧时钟需要与簇头侧进行时钟校准，节点侧的主控单元接收到同步报文信号，并由FPGA记录下接收同步报文信号的时间戳t2；同时，按照IEEE802.15.4协议规范，节点在成功接收报文信号后，向簇头侧发送接收确认报文信号，并由FPGA记录确认报文信号的发送时间戳t3；Q3：簇头侧接收到来自节点侧的接收确认报文信号，并由FPGA记录该报文信号的接收时间戳t4；Q4：簇头侧的主控单元将所记录的同步报文信号的发送时间戳t1和来自节点侧的确认报文信号的接收时间戳t4组合成数据包，发送到节点侧；Q5：节点侧的主控单元接收到数据包，发送确认报文信号给簇头侧，同时根据节点侧记录的同步报文信号的接收时间戳t2和确认报文信号的发送时间戳t3，以及从数据包中解析出的t1和t4，直接计算簇头侧与节点侧间的路径时延Delay与簇头节点间的时钟偏差Offset，进行本地时钟校准，其具体的计算方法为：t2‑t1＝Delay+Offsett4‑t3＝Delay‑OffsetDelay＝(t2‑t1)+(t4‑t3)/2Offset＝(t2‑t1)‑(t4‑t3)/2Q6：簇头侧、节点侧按照步骤Q1‑Q5每进行一次时间同步的完整有效信号的形式为：长脉冲、脉冲宽度为T1，脉冲间隔、宽度为T2，短脉冲、脉冲宽度为T3的形式，其中T1、T3的值在同步过程中保持不变，以符合IEEE802.15.4协议规范；Q7：在上述步骤Q1‑Q4过程中，簇头侧的无线传感器射频电路提供了发送接收数据的信号指示，可以作为发送接收时间戳指示信号使用，且与同步或确认报文信号相连接的FPGA每当检测到同步或确认报文信号的信号上升沿，即在寄存器R1中记录第一个上升沿对应的时钟值，在寄存器R2中记录随后的第二个上升沿的时钟值；Q8：在上述步骤Q1‑Q4过程中，时间戳的获取方法为：与同步或确认报文信号相连接的FPGA用固定信号与时间戳指示信号进行相关操作，具体操作按照如下公式进行：R(n)＝(1/N)Σ[x(m)y(m+n)]，其中m从0到N‑1变化；R(n)为相关值，x(m)，m＝0‑N‑1，表示固定信号；y(m)为时间戳指示信号；设定相关检测门限值RTH，当计算所得的R(n)大于等于所设定门限值RTH时，Q7中寄存器R1和R2中记录的时钟值即为相应的时间戳，对于簇头侧，R1中存储的是t1，R2中存储的是t4；对于节点侧，R1中存储的是t2，R2中存储的是t3；Q9：节点侧主控单元利用步骤Q5中计算的时钟偏差Offset，可以进行实时调整节点本地时钟，具体调整方法为：Clock新＝clock原+offset。