[发明专利]电压自适应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电压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外部时钟同步、本地时间自我校正。本算法在频偏估计时考虑到了节点当前工作电压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，从而解决了由于电压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

一种基于电压感知的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，设置外部时钟同步步骤S10，节点A向参考节点R发送同步请求；步骤S11，参考节点R收到同步请求后，向节点A连续发送两个时间戳Ta和Tb；节点A在收到时间戳时记录自身本地时间Ta′和Tb′，则节点A频偏值f[i]为：其中，f[i]表示第i次外部时钟同步的频偏值，i为自然数，Ta和Tb分别代表两个时间戳被发出时节点R的本地时间；步骤S12，节点A根据以下公式更新自身当前的相偏:若节点A更新后的相偏OFFSET[i]满足：则节点A利用下式对自身本地时间进行更新，更新后的节点的自身本地时间CLOCK0为：CLOCK0＝CLOCK+OFFSET[i]  (公式4)；在公式3中,ε为节点A的本地时钟周期，取ε为30.515μs；CLOCK为更新前的节点A自身本地时间；步骤S13，获取节点A第i次外部时钟同步的电压值V[i]，若其与第i‑1次外部时钟同步节点A的电压值V[i‑1]的差值小于差值阈值,则选择“频偏恒定模型”，跳到步骤2；否则选择“频偏变化模型”，计算电压敏感度：其中，V[i]为第i次外部时钟同步过程中获取的节点A电压值；V[i‑1]为第i‑1次外部时钟同步过程中获取的节点A的电压值；f[i]为第i次外部时钟同步过程中节点A频偏值；f[i‑1]第i‑1次外部时钟同步过程中得到的频偏值；VSF表示第i次外部时钟同步过程中节点A电压敏感度；节点A将相偏OFFSET[i]清零，将计时器清零；步骤2，同步周期调节步骤S20，节点A根据第i次测得的电压值V[i]以及第i‑1次外部同步周期测得的电压值V[i‑1]对第i+1次外部时钟同步周期电压变化速率估计值进行计算：其中，β是权重系数；Δdi为外部时钟同步周期时间间隔，i表示第i次外部时钟同步过程；Ri，Ri‑1分别表示第i次，第i‑1次外部时钟同步周期电压变化的平均变化速率；步骤S21，节点A获取第i次外部时钟同步过程中的相偏值OFFSET[i]，根据对第i+1次外部时钟同步周期电压变化速率估计值估计下一次外部时钟同步周期时间间隔Δdi+1：其中，μ是基于电压的动态调节因子，λ是用来减少两个时钟同步周期中时间漂移的漂移控制因子；步骤3，本地时间自我校正步骤S30，节点A等待自我校正时间Δt，并判断节点A是否为频偏恒定模型，如果是频偏恒定模型，则将节点当前的频偏值更新为步骤1的外部同步过程中获得的节点A的频偏值；如果为频偏变化模型，则获取第n次自我校正周期的节点A的电压值V[n]，根据VSF值以及节点A电压值V[n]更新节点A第n次自我校正周期的频偏值，计算方法如下：α[n]＝α[n‑1]+VSF(V[n]‑V[n‑1])  (公式11)其中，V[n‑1]表示第n‑1次自我校正周期的电压值；α[n‑1]表示第n‑1次自我校正周期同步的频偏值；n为大于1的自然数；步骤S31，节点A根据以下公式更新自身当前的相偏:en＝α[n]·Δt+en‑1  (公式13)其中，en为第n次自我校正周期节点A更新后的相偏，n为大于1的自然数；步骤S32，若节点A更新后的相偏en满足：则节点A对自身本地时间进行更新，更新后的本地时间CLOCK0为：CLOCK0＝CLOCK+en  (公式16)其中，ε为本地时钟周期，取ε为30.515μs，CLOCK为更新前的节点A自身本地时间；步骤S33，根据计时器判断节点A所经历的时间间隔是否等于步骤S21得到的外部同步周期时间间隔Δdi+1，如果是，节点A将相偏en清零，n清零，然后转回步骤1；否则转到步骤S30。