[发明专利]一种基于线性加权最小二乘法的时间同步方法

摘要

本发明公开了一种基于线性加权最小二乘法的时间同步方法，其包含以下步骤S1、初始化时任意选定一节点作为根节点，广播同步数据包；S2、在约定时间内非根节点未收到同步数据包，则该节点定义自己为根节点；S3、非根节点按线性加权最小二乘法构造拟合直线，得到时钟漂移a和时钟偏移b；S4、根据S3得到的时钟漂移a和时钟偏移b调整本地时钟，与根节点同步后，非根节点同样地广播同步数据包。现有的线性最小二乘法基于观测噪声一致的假设，本发明给予观测噪声小的观测量以较大的权值，使时钟漂移更贴近真实传感器节点的晶振频率变化。

主权项

一种基于线性加权最小二乘法的时间同步方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、初始化时任意选定一节点作为根节点；此根节点周期性地广播同步数据包，同步数据包中包含MAC层的时标TimeStamp、根节点识别标志RootID、同步数据包的序列号SeqNum；其余节点为非根节点，非根节点在根节点记录myRootID中记录自己所属的根节点号，其时标TimeStamp与所属根节点的时标TimeStamp同步；S2、非根节点在网络工作时启动一个超时定时器，若在约定时间内没有收到任何同步数据包，那么超时定时器加1，当超时定时器的值超过预设的值时，该节点定义自己为根节点，也周期性地广播同步数据包；S3、非根节点接收到同步数据包时，必须对来自不同根节点的同步数据包进行过滤，只接受满足特定条件的同步数据包，并更新本地的线性回归表，按线性加权最小二乘法构造拟合直线，得到时钟漂移a和时钟偏移b；S4、非根节点根据S3得到的时钟漂移a和时钟偏移b调整本地时钟，与根节点同步后，非根节点同样地广播同步数据包，其中，时标TimeStamp为同步后本地的时钟值，根节点识别标志RootID保持不变；其中，所述步骤S3中，构造拟合直线的方法是线性最小二乘法，其包含以下步骤：令xi为观测向量，为观测矩阵，θ为M维的被估计量，ni为观测噪声，构造线性观测方程：xi=h^iθ+ni---(1)]]>记X＝[x0 x1 … xL‑1]T为L次的观测向量，对应的观测矩阵记为观测噪声向量N＝[n0 n1 … nL‑1]T，则L次的观测方程为：X＝Hθ+N    (2)令W＝diag(w0,w1,…,wL‑1)为权重矩阵，按照线性最小二乘法计算，得误差函数Jw(θ)：Jw(θ)＝(X‑Hθ)TW(X‑Hθ)   (3)其中，基于线性加权最小二乘算法中每次只用线性回归表中最新的K对时标来进行拟合，构造权重矩阵为：W＝diag(0,…,0,rK‑1,…,r,1)     (4)令xi＝Tsi,hi＝[Tri 1]，θ＝[a b]T，a为时钟漂移，b为时钟偏移，则误差函数转换成：J(θ)=Σi=L-KL-1rL-i-1(Tsi-a×Tri-b)2---(5)]]>其中，Tsi为发送节点第i次同步时发送的时标，Tri为接收节点第i次接收数据包时的本地时标；当∂J∂a=-2Σi=L-KL-1rL-i-1(TsiTri-aTri2-bTri)=0---(6)]]>∂J∂b=-2Σi=L-KL-1rL-i-1(Tsi-aTri-b)=0---(7)]]>时，误差函数J(θ)最小，记可以求得：a=Δ(Ts)Δ(Tr)-Δ(1)Δ(TsTr)Δ(Tr)2-Δ(1)Δ(Tr2)---(8)]]>b=Δ(Ts)Δ(Tr2)-Δ(Tr)Δ(TsTr)Δ(1)Δ(Tr2)-Δ(Tr)2---(9).]]>