[发明专利]一种基于温度感知的无线传感器网络时间同步方法

摘要

本发明公开了一种基于温度感知的无线传感器网络时间同步方法，该方法包括的步骤有敏感度因子确定、敏感度因子间隔确定、本地时间更新。本算法在频偏估计时考虑到了节点当前环境温度变化对节点频偏造成的影响，提高了频偏估计的精度。同时，由于该算法在时间同步的过程中主要依赖本地信息，大大减少了信息传输次数，从而很大程度上降低了能耗，并且减少了由信息逐层传输带来的误差累积。最后，由于该算法对信息传输的依赖较低，从而解决了野外环境下由于恶劣天气以及节点位置动态变化等造成的通信不稳定的问题。

主权项

一种基于温度感知的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于：记R为无线传感器网络中的参考节点，N为除参考节点之外的任意一个传感器节点，网络初始化后，节点N重复执行以下周期，该周期包括步骤一至步骤三：步骤一，敏感度因子确定步骤S10，节点N向参考节点R发送时间同步请求数据包；步骤S11，节点R在收到时间同步请求数据包后，向节点N依次返回四个应答数据包：M0,M1,M2,M3，每个数据包中记录发送该数据包时时刻节点R的本地时间，分别为time(R)0～time(R)3；M0与M1、M2与M3间隔时间均为1s；M1与M2间隔时间为10min；步骤S12，节点N在接收到数据包M0～M3的同时，记录自己的本地时间time0～time3以及节点N当前所处的环境温度temp0～temp3；步骤S13，节点N对其在time1以及time3的频偏skew1以及skew3进行计算：步骤S14，节点N根据频偏及温度信息对当前敏感度因子TSF值进行计算：公式2中，Temp为标准温度，取值为25℃；步骤二，敏感度因子间隔确定步骤S20，节点N获取此刻所处环境温度T1，节点N上一周期该时刻所处环境温度为Tpre，则节点N的温度变化率DT为：公式3中，dpre为上一周期步骤S22获得的敏感度因子间隔d的值；步骤S21，节点N计算当前累积误差值error：步骤S22，节点N对敏感度因子间隔d进行设定，方法为：公式5中，μ＝150～900μs，λ＝0.6～1.4℃，dstd＝20min；步骤S23，节点N设置当前频偏值skew为skew3，Δt时长后转入步骤S31，100s＜Δt＜10000s；步骤三，本地时间更新步骤S30，节点N获取其此刻所处环境温度T2，根据步骤S14计算的敏感度因子TSF对节点当前频偏进行计算：skew＝TSF·(T‑Temp)2    (公式6)上式中，T表示时间；步骤S31，节点N计算当前的相偏：公式7中，skewpre为上一周期步骤S23或步骤S30获得的当前频偏值，offsetpre为上一周期步骤S31计算出的当前相偏值；步骤S32，若节点N的当前相偏满足：则节点N对自身本地时间进行更新，更新后的本地时间clock为：clock＝clockpre+offset   (公式9)在公式8和公式9中，ε为本地时钟周期，clockpre为更新前的本地时间；更新完毕后，节点N将offsetpre清零；步骤S33，节点N查看计时器，若时长d未到时，则休眠Δt时长后转至步骤S30；否则，完成本周期，转入步骤S10开始执行下一周期。