專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法。屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的感知節(jié)點組成，節(jié)點間通過無線通信的方式逐跳傳遞信 息，協(xié)作的完成所覆蓋區(qū)域的信息采集任務。節(jié)點采集的信息具有時序性，即用戶需要了 解采集事件發(fā)生的時刻和先后關(guān)系。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常必須支持時間同步，即節(jié) 點具有全局的時鐘。
目前已存在的典型的時間同步技術(shù)包括RBS, DMTS, TPSN和FTSP四種。RBS (Refenence Broadcast SynchronizationX參見 J. Elson， L. Girod and D. Estrin. Fine Grained Network Time Synchronization using refernce Broadcasts. Proc. 5th Symposium on Operating System Design and Implementation (OSDI 2002)， Vol 36， 卯147-163， 2002)稱為參考廣播同步協(xié)議，利用了無線信道的廣播特性， 一個節(jié)點發(fā)送廣 播消息，在同一個廣播范圍內(nèi)的另外兩個節(jié)點會幾乎同時收到，隨后這兩個節(jié)點比較各自 記錄的本地時間就可以實現(xiàn)它們之間的時間同步。DMTS (Delay Measurement Time SynchronizationX參見Ping S. Delay Measurement time synchronization for wireless sensor networks. Intel Re search Berkeley Lab, Jun 2003)稱為延時測量時間同步協(xié)議， 通過廣播和轉(zhuǎn)發(fā)同步消息來完成時間同步，在同步過程中對消息在傳輸路徑上的各種延時 做簡單的估計和補償，以提高時間同步精度。TPSN (Time-sync Protocol for Sensor Network)(參見Ganeriwal S， Kumar R， Srivastava M. B Time-sync Protocol for Sensor Network. Proc 1st Int， 1 Conf on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys 2003)， Los Angels, CA. Nov 5-7, 2003.卯138-149)時間同步協(xié)議類似于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的NTP協(xié) 議，即網(wǎng)絡(luò)采用分層結(jié)構(gòu)，每層節(jié)點和上一級的節(jié)點進行時間同步，在具體的節(jié)點對同步 技術(shù)上，根據(jù)接收和發(fā)送的對稱性，估算節(jié)點間的傳播延時和時鐘偏差。FTSP (Flooding Time Synchronization Protocol)(參見Maroti M， Kusy B， Simon G， Ledeczi A. Flooding time Synchronization in wireless sensor networks. ACM Sensys， 04， Nov 3_5， 2004，Baltinore， Maryland)洪泛時間同步協(xié)議，由匯聚節(jié)點周期廣播同步消息，普通節(jié)點記錄 不同周期的同步消息的發(fā)送時間戳和接收時間戳，通過解回歸方程的方法，計算與根節(jié)點 的時間偏差和頻率偏差，實現(xiàn)全網(wǎng)的同步。
目前時間同步的主要問題是，對于主要考慮局部范圍或者兩個節(jié)點間的時間同步技術(shù) 如RBS， TPSN，通常資源消耗量大，全網(wǎng)級別的同步時間長，收斂慢；對于按層次同步 的時間同步技術(shù)如DMTS，盡管提高了同步速度，但精度較差；對于洪泛轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)如 FTSP，由于需要大量樣本求解回歸方程，收斂較慢且需要耗費大量的CPU計算資源。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)在收斂速度、同步精度和資源消耗等多項技術(shù) 指標上存在的不足，本專利提供了一種收斂快，精度高和資源消耗可控的時間同步技術(shù)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點向全網(wǎng)普通節(jié)點(匯聚節(jié)點以外的節(jié)點)以洪泛的方式廣播下行時 間同步調(diào)整分組，所述普通節(jié)點在收到該時間同步調(diào)整分組后調(diào)整時鐘相位并繼續(xù)廣播本 次下行時間同步調(diào)整分組，逐層深入直至覆蓋全網(wǎng)；所述下行時間同步調(diào)整命令分組包含 逐跳調(diào)整量，發(fā)送時間戳和累計下行延時。逐跳調(diào)整量指的是在下行時間同步調(diào)整分組的 洪泛過程中，每次轉(zhuǎn)發(fā)的接收節(jié)點所作的時間調(diào)整量。預設(shè)的逐跳調(diào)整量可以是O或者已 經(jīng)測定的延時值。下行延時指的是收到下行時間同步調(diào)整分組的節(jié)點，用自身的接收時刻 減去該分組的發(fā)送時刻的差值，而累計下行延時是這些差值在下行洪泛過程中的累計值；
網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點在收到上述下行時間同步調(diào)整分組并調(diào)整時鐘相位后生成上行反饋 分組并按照下行洪泛路徑的相反方向向上一跳節(jié)點發(fā)送該上行反饋分組，節(jié)點在收到該上 行反饋分組后繼續(xù)向更上行普通節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)上行反饋分組，逐層往上直至匯聚節(jié)點；所述上 行反饋分組包含發(fā)送時間戳和累計上行延時，及生成該上行反饋分組的源節(jié)點至匯聚節(jié)點 之間的跳數(shù)和累計下行延時。跳數(shù)指的是普通節(jié)點收到下行時間同步調(diào)整分組時，該分組 被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)；上行延時指的是上行反饋分組中沿著洪泛相反的路徑傳輸過程中，用自身 的接收時刻減去該分組的發(fā)送時刻的差值，而累計上行延時是這些差值在上行路徑中的累 計值；
匯聚節(jié)點根據(jù)其收到的上行反饋分組計算新的逐跳調(diào)整量，并開始新的時間調(diào)整輪次。 進一步，為了優(yōu)化本發(fā)明方法所使用的系統(tǒng)的運行效率，網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點只有部分生成并發(fā)送上行反饋分組。該機制的實現(xiàn)可以有多種方法，比如所述普通節(jié)點在收到下行 時間同步調(diào)整分組并調(diào)整時鐘相位后生成一個隨機數(shù)字，當該數(shù)字低于設(shè)定的閾值時，生 成并發(fā)送上行反饋分組；或當該數(shù)字高于設(shè)定的閾值時，生成并發(fā)送上行反饋分組；所述 的閾值在下行時間同步調(diào)整分組中設(shè)定。
網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點在收到下行時間同步調(diào)整分組時調(diào)整本節(jié)點的時鐘相位和頻率，該 機制的實現(xiàn)同樣可以有多種方法。比如普通節(jié)點計算收到的下行時間同步調(diào)整分組中的發(fā) 送時間戳和逐跳調(diào)整量之和，獲得接收時刻的目標時刻，把本地時鐘調(diào)整到目標時刻即完 成對時鐘相位的調(diào)整；基于兩次下行時間同步調(diào)整分組計算得到的目標時刻的差值和本地 時鐘未調(diào)整前的差值，可以比較本地時鐘相對于標準時鐘的快慢，兩者之商即本地時鐘的 歪斜系數(shù)。在節(jié)點的運行期內(nèi)，節(jié)點的時刻可以由節(jié)點的本地時鐘、本地時鐘的相位調(diào)整 量和節(jié)點時鐘的頻率調(diào)整量共同決定。
匯聚節(jié)點周期工作；空閑一段時間之后，進入開始同步狀態(tài)，嘗試發(fā)送下行時間同步 調(diào)整分組，發(fā)送成功則進入等待響應狀態(tài)，否則進入空閑狀態(tài)；在等待響應狀態(tài)，匯聚節(jié) 點接收上行反饋分組并儲存，該狀態(tài)持續(xù)一段時間之后，匯聚節(jié)點進入空閑狀態(tài)，處理已 經(jīng)獲得的上行反饋分組并計算逐跳調(diào)整量；匯聚節(jié)點只在開始同步狀態(tài)發(fā)送下行時間同步 調(diào)整分組，只在等待響應狀態(tài)接收上行反饋分組。本發(fā)明匯聚節(jié)點兩次時間同步調(diào)整分組 之間的時間間隔可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況自由控制，其機制如下上行反饋分組包含生成該分組 的源節(jié)點實際發(fā)生的時間調(diào)整量，匯聚節(jié)點根據(jù)其收集到上行反饋分組確定當前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 的同步精度，據(jù)此確定兩次同步操作之間的間隔。同時，上述時間調(diào)整過程可以周期性地 執(zhí)行，也可以基于用戶需要非周期地執(zhí)行。
為了避免網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點在接收到了相同的下行或者上行分組之后重復執(zhí)行操作， 本發(fā)明所有的下行時間同步調(diào)整分組和上行反饋分組均包含唯一的序列號，網(wǎng)絡(luò)中的所有 節(jié)點在收到和已處理的分組具有相同序列號的分組后將其拋棄，不作處理。
更進一步，本發(fā)明發(fā)送節(jié)點在發(fā)送下行時間同步調(diào)整分組時的時間戳字段位于下行時 間同步調(diào)整分組中各字段的最后，并在該分組的無線傳輸開始時更新該時間戳。
網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點均具有唯一的節(jié)點號，所有的下行時間同步調(diào)整分組和上行反饋分 組均包含生成或轉(zhuǎn)發(fā)該分組的節(jié)點的節(jié)點號。本發(fā)明方法的基本原理可用附圖l表示，其中SINK表示匯聚節(jié)點，Hl表示匯聚節(jié)點 的下行普通節(jié)點，H2表示H1的更下行普通節(jié)點。根據(jù)該圖，下行方向的累計下行延時為 Td=(T2-Tl)+(T4-T3)，上行方向的累計上行延時為Tu=(T6-T5)+(T8-T7)。其中Tl、 T8為 SINK時刻，T2、 T3、 T6、 T7為Hl時刻，T4、 T5為H2時刻。經(jīng)計算可得逐跳調(diào)整量d 為上行下行總累計延時除以跳數(shù)的2倍，艮卩d=(Td+Tu)/4=((T2-Tl)+(T4-T3)+ (T6-T5)+(T8-T7))/(2*2)。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1. 時間同步收斂速度快，若已知調(diào)整量，則一次洪泛過程就可以完成全網(wǎng)的時間同 步；若未知調(diào)整量，第一次洪泛過程可以完成全網(wǎng)的粗同步，第二次可以完成全網(wǎng)的時間同 步。
2. 時間同步精度高。本專利的時間同步方法在時間精度上接近或者優(yōu)于TPSN方法。
3. 資源消耗量很低，全網(wǎng)同步僅需要一次下行的洪泛和部分節(jié)點的上行反饋，上行 過程還可以進一步結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)降低通信開銷。協(xié)議簡化，節(jié)點無需僅需保留少量狀態(tài)， 允許節(jié)點休眠，而不會破壞同步狀態(tài)。
4. 擴展性強，無需路由支持，適合于通用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。


圖l為本發(fā)明時間同步方法基本原理示意圖2 (a)為本發(fā)明實施例下行時間同步調(diào)整分組字段內(nèi)容；
(b)為本發(fā)明實施例上行反饋分組字段內(nèi)容； 圖3為本發(fā)明實施例普通節(jié)點的狀態(tài)圖； 圖4為本發(fā)明實施例匯聚節(jié)點的狀態(tài)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述。
本實施例采用的硬件節(jié)點的配置為主控制器采用TI公司的MSP430芯片，射頻芯片 采用TI公司的CC2420芯片。主控制器外接時鐘晶振為32768Hz，可提供大約30ps的時鐘精度。本實施例采用的軟件操作系統(tǒng)為TinyOS，版本為2.0。本實施例的硬件和軟件配
置是國際上廣泛使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置。
本實施例采用如附圖2所示的上下行分組內(nèi)容。其中，時間戳采用了 6字節(jié)無符號數(shù)
表示，單位為1/65536秒，約為15ns，可表示的最大時間跨度約為136年。
下行時間同步調(diào)整分組記為TS_DOWN_PACKET，其中的典型字段設(shè)計如下 SEQUENCE表示該下行時間同步調(diào)整分組的序列號，用于唯一標識本次時間同步操
作。連續(xù)兩次的時間同步操作中，序列號保證是不同的。若節(jié)點連續(xù)收到兩次(或以上)
重復序列號的分組，則僅有第一個分組是有效的，其余分組被忽略。
SYSTEM—TIME表示SINK節(jié)點生成該下行時間同步調(diào)整分組的時間；
FEEDBACK—PROB表示反饋概率閾值，是1字節(jié)的無符號數(shù)。各節(jié)點在收到下行時間
同步調(diào)整分組后生成一個均勻分布于
的隨機整數(shù)，若隨機數(shù)嚴格小于本閾值，則該
節(jié)點向上反饋數(shù)據(jù)，否則不執(zhí)行反饋操作。舉例來說，若設(shè)定該閾值為25，則大約有10%
的節(jié)點向上反饋數(shù)據(jù)，可見，通過改變本字段的設(shè)定值，可以在上行的資源消耗量和統(tǒng)計
數(shù)據(jù)量之間進行合理的平衡。
HOP表示該下行時間同步調(diào)整分組被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，或者稱為跳數(shù)，對SINK節(jié)點為O，
直接收到SINK的數(shù)據(jù)的節(jié)點為1，依次類推。在下行洪泛過程中，每次被轉(zhuǎn)發(fā)時該字段
增加1。
RESEND—NODE表示向下行發(fā)送下行時間同步調(diào)整分組的節(jié)點的節(jié)點號；
RESEND—TIME表示向下行發(fā)送下行時間同步調(diào)整分組的節(jié)點的發(fā)送時間， RESEND—TIME被設(shè)計在分組的最后，是為了方便在發(fā)送過程中設(shè)定時間戳的需要。
DELAY—PER—HOP表示逐跳調(diào)整量，收到下行時間同步調(diào)整分組的節(jié)點，應該把自身 的時間設(shè)置為RESEND_TIME+DELAY—PER—HOP; DELAY—PER—HOP的單位為1/65536 秒，最大可表示范圍為1秒。
SUM_DOWNLINK—DELAY表示累計下行延時。
上行分組記為TS_UP—PACKET,其中的典型字段設(shè)計如下
SEQUENCE表示該上行反饋分組的序列號，該序列號和節(jié)點收到的本次下行洪泛命令 的序列號相同，用于唯一標識本次時間同步操作；
FEEDBACK—NODE表示生成上行反饋信息的節(jié)點節(jié)點號，即上行反饋信息的源節(jié)點
號，F(xiàn)EEDBACK—HOP表示上行反饋信息的源節(jié)點的跳數(shù)。
FEEDBACK—ADJUST表示上行反饋源節(jié)點本次的時間調(diào)整量，正數(shù)表明本節(jié)點時間向 前調(diào)整，負數(shù)表示本節(jié)點時間向后調(diào)整，該值反饋到SINK節(jié)點經(jīng)統(tǒng)計分析確定當前網(wǎng)絡(luò)
的同步精度。
SUM—DOWNLINK—DELAY表示上行反饋信息的源節(jié)點處的累計下行延時，
SUM—UPLINK_DELAY表示自上行反饋信息的源節(jié)點沿洪泛路徑的相反方向到達本
節(jié)點時的累計上行延時；該字段原始值為0，也就是說在上行反饋信息的源節(jié)點發(fā)送上行
反饋信息分組時，該字段的設(shè)定值為O。
RESEND一NODE表示上行反饋分組逐跳到達SINK的過程中，實際轉(zhuǎn)發(fā)該分組的節(jié)點
的節(jié)點號；
RESEND一TIME是轉(zhuǎn)發(fā)該分組的節(jié)點的發(fā)送時刻。
本實施例具體的下行洪泛流程為，匯聚節(jié)點廣播下行時間調(diào)整命令分組，其中包含序 列號、反饋概率閾值、逐跳調(diào)整量和下行累計延時(設(shè)置為0)、跳數(shù)(設(shè)置為O)和發(fā)送時間 戳。節(jié)點收到該命令后首先調(diào)整自身時間；隨后計算下行延時并和分組中的累計下行延時 的值相加，得到新的下行累計延時；計算節(jié)點自身的跳數(shù)為分組中的跳數(shù)值加1;最后以 更新后的下行累計延時、跳數(shù)和新的發(fā)送時間戳繼續(xù)廣播(其余字段維持不變)，直至覆 蓋全網(wǎng)。
具體的上行反饋流程為，節(jié)點收到時間調(diào)整分組后根據(jù)反饋概率做出獨立的隨機決策， 若決策表明應向匯聚節(jié)點反饋數(shù)據(jù)分組，則啟動上行反饋分組發(fā)送流程，否則不啟動上行 反饋分組發(fā)送流程。無論節(jié)點是否啟動上行反饋分組發(fā)送流程，其均承擔轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點上 行反饋分組的責任。節(jié)點發(fā)送的上行反饋分組包括本次的源節(jié)點時間調(diào)整量、跳數(shù)、節(jié)點 處的下行累計延時、原始的上行累計延時(設(shè)置為O)和發(fā)送時間戳。節(jié)點的上行反饋分組沿 洪泛方向的相反路徑發(fā)送。收到上行反饋分組的節(jié)點更新上行累計延時和發(fā)送時間戳，其 余字段保持不變，繼續(xù)沿洪泛方向的相反路徑轉(zhuǎn)發(fā)分組直至到達匯聚節(jié)點。
在普通節(jié)點內(nèi)部，存儲了一系列和時間同步有關(guān)的狀態(tài)。影響節(jié)點狀態(tài)的事件包括兩 類，即收到下行時間同步調(diào)整分組事件和收到上行反饋分組事件。附圖3表示了普通節(jié)點 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。節(jié)點始終處于單一的工作狀態(tài)，僅依據(jù)接收的分組更新內(nèi)部狀態(tài)變量。該設(shè) 計實現(xiàn)簡單，降低了協(xié)議交互的復雜度。具體來說，節(jié)點的時間調(diào)整過程包括兩個內(nèi)容，即相位的校準和頻率的校準，均在收到下行時間同步命令分組的時候執(zhí)行。具體的調(diào)整方 式可以根據(jù)節(jié)點主控制器的運算速度和存儲空間及功率消耗決定。本實施例采用了一種比 較簡單實用的調(diào)整方法。節(jié)點存儲了一個本地時間值，該時間完全由本地的晶振脈沖累計 得到?？紤]到節(jié)點時鐘的相位和頻率不準確，實際的節(jié)點時刻由公式(I)得到
TNow = (TNodeNow-TNodeBase)*TNodeSkew + TBase
公式(I)
其中TNow是節(jié)點矯正后的時間，TNodeNow是節(jié)點的本地時間，TNodeSkew是時間 的歪斜系數(shù)(對標準時鐘為1) ， TNodeBase和TBase是上次時間同步調(diào)整時刻的節(jié)點本 地時間和調(diào)整的目標時間。
節(jié)點收到下行調(diào)整命令后，首先進行時間頻率的矯正設(shè)當前的本地時刻為 TNodeNow，待調(diào)整到的目標時間T=RESEND—TIME+ DELAY—PER—HOP,則歪斜系數(shù)為 TNodeSkew=(T-TBase)/(TNodeNow-TNodeBase)。重新設(shè)置TNodeBase為節(jié)點的本地時刻， 重新設(shè)置TBase為調(diào)整的目標時刻即RESEND—TIME+ DELAY—PER_HOP。此后本地時間 的計算按照參數(shù)更新后的公式(I)進行計算。
節(jié)點收到下行調(diào)整命令并完成頻率和相位矯正后，再計算下行延時和累計下行延時。
附圖4表示了匯聚節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，通常情況下匯聚節(jié)點處于"空閑態(tài)"，并啟動定 時器。當定時器時間到，進入"開始同步"態(tài)，此時嘗試發(fā)送下行時間調(diào)整命令，若命令 發(fā)送成功，則轉(zhuǎn)入"等待響應"狀態(tài)，否則轉(zhuǎn)入"空閑態(tài)"。在"等待響應"狀態(tài)，節(jié)點 接收上行反饋分組，并儲存數(shù)據(jù)，同時設(shè)定超時定時器。若定時器超時，則不再接收上行 反饋分組，同時根據(jù)已經(jīng)獲得的上行反饋分組計算新的逐跳調(diào)整量，即計算上行累計延時 和下行累計延時之和，并除以上行反饋信息的源節(jié)點的跳數(shù)的兩倍，作為新的逐跳調(diào)整量， 若未收到任何反饋結(jié)果，則維持逐跳調(diào)整量不變。此后轉(zhuǎn)入"空閑態(tài)"，直到新一輪的調(diào) 整操作。
匯聚節(jié)點可以根據(jù)上行反饋分組中源節(jié)點的時間調(diào)整量判定全網(wǎng)的時間同步效果，可 以據(jù)此改變或者不改變時間調(diào)整操作的周期。本實施例采用上行反饋分組中最大的源節(jié)點 的時間調(diào)整量作為同步效果的判斷標準。若當前網(wǎng)絡(luò)的同步效果較差，則縮短兩次同步操 作的間隔；若當前網(wǎng)絡(luò)的同步效果較好，則延長兩次同步操作的間隔。兩次同步操作的間隔應不低于設(shè)定的下限，亦不高于設(shè)定的上限。
匯聚節(jié)點同時可以根據(jù)反饋結(jié)果的數(shù)量判定是否需要調(diào)整或者不調(diào)整反饋概率。
本實施例中下行分組含有匯聚節(jié)點的發(fā)送時刻，它的主要作用是防止意外的錯誤，即 節(jié)點若根據(jù)上一跳的發(fā)送時間戳和逐跳調(diào)整量計算的時間和匯聚節(jié)點發(fā)送時刻有明顯不 合理的差異，則應以匯聚節(jié)點的發(fā)送時刻為準。
本例采用的射頻芯片CC2420在分組通過無線發(fā)送的過程中，會在引腳SFD上給出高 電平信號，此時可以引發(fā)主控制器中斷，以允許用戶在該瞬間修改分組內(nèi)容(一般來說是 更新時間戳)，這樣能使得時間戳更精確，可以有效的降低時間同步誤差。由于主控制器 處理能力有限，發(fā)送時間戳位于數(shù)據(jù)分組的尾部，可以為主控制器的處理計算留出更多的 時間。
權(quán)利要求
1. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，包含網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點向全網(wǎng)普通節(jié)點以洪泛的方式廣播下行時間同步調(diào)整分組，所述普通節(jié)點在收到該時間同步調(diào)整分組后調(diào)整時鐘相位并繼續(xù)廣播本次下行時間同步調(diào)整分組，逐層深入直至覆蓋全網(wǎng)；所述下行時間同步調(diào)整命令分組包含逐跳調(diào)整量，發(fā)送時間戳和累計下行延時；網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點在收到上述下行時間同步調(diào)整分組并調(diào)整時鐘相位后生成上行反饋分組并按照下行洪泛路徑的相反方向向上一跳節(jié)點發(fā)送該上行反饋分組，節(jié)點在收到該上行反饋分組后繼續(xù)向更上行普通節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)上行反饋分組，逐層往上直至匯聚節(jié)點；所述上行反饋分組包含發(fā)送時間戳和累計上行延時，及生成該上行反饋分組的源節(jié)點至匯聚節(jié)點之間的跳數(shù)和累計下行延時；匯聚節(jié)點根據(jù)其收到的上行反饋分組計算新的逐跳調(diào)整量，并開始新的時間調(diào)整輪次。
2. 如權(quán)利要求I所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)中的普 通節(jié)點只有部分生成并發(fā)送上行反饋分組。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)中的普 通節(jié)點在收到下行時間同步調(diào)整分組并調(diào)整時鐘相位后生成一個隨機數(shù)字，當該數(shù)字低于 設(shè)定的閾值時，生成并發(fā)送上行反饋分組；或當該數(shù)字高于設(shè)定的閾值時，生成并發(fā)送上 行反饋分組；所述的閾值在下行時間同步調(diào)整分組中設(shè)定。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)中的普 通節(jié)點在收到下行時間同步調(diào)整分組時調(diào)整時鐘頻率。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)中的普 通節(jié)點在收到下行時間同步調(diào)整分組后根據(jù)上一個時間調(diào)整輪次中本節(jié)點在時鐘相位調(diào) 整前后的時間和本次時鐘相位調(diào)整前后的時間計算本地時鐘的歪斜系數(shù)，以矯正本地時鐘 頻率。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，匯聚節(jié)點周 期工作；空閑一段時間之后，進入開始同步狀態(tài)，嘗試發(fā)送下行時間同步調(diào)整分組，發(fā)送成功則進入等待響應狀態(tài)，否則進入空閑狀態(tài)；在等待響應狀態(tài)，匯聚節(jié)點接收上行反饋 分組并儲存，該狀態(tài)持續(xù)一段時間之后，匯聚節(jié)點進入空閑狀態(tài)，處理已經(jīng)獲得的上行反 饋分組并計算逐跳調(diào)整量；匯聚節(jié)點只在開始同步狀態(tài)發(fā)送下行時間同步調(diào)整分組，只在 等待響應狀態(tài)接收上行反饋分組。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，上行反饋分 組包含生成該分組的源節(jié)點實際發(fā)生的時間調(diào)整量，匯聚節(jié)點根據(jù)其收集到上行反饋分組 確定當前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的同步精度，據(jù)此確定兩次同步操作之間的間隔。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，所有的下行 時間同步調(diào)整分組和上行反饋分組均包含唯一的序列號，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點在收到和己處 理的分組具有相同序列號的分組后將其拋棄，不作處理。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，發(fā)送節(jié)點在 發(fā)送下行時間同步調(diào)整分組時的時間戳字段位于下行時間同步調(diào)整分組中各字段的最后， 并在該分組的無線傳輸開始時更新該時間戳。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)中的所 有節(jié)點均具有唯一的節(jié)點號，所有的下行時間同步調(diào)整分組和上行反饋分組均包含生成或轉(zhuǎn)發(fā)該分組的節(jié)點的節(jié)點號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法。屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明技術(shù)方案概述如下網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點向全網(wǎng)普通節(jié)點以洪泛的方式廣播包含逐跳調(diào)整量，發(fā)送時間戳和累計下行延時的下行時間同步調(diào)整分組；普通節(jié)點在收到上述分組并調(diào)整時間后按照一定的概率生成上行反饋分組并按照下行洪泛路徑的相反方向向上發(fā)送該上行反饋分組直至匯聚節(jié)點；該分組包含發(fā)送時間戳和累計上行延時，及源節(jié)點至匯聚節(jié)點之間的跳數(shù)和累計下行延時；匯聚節(jié)點根據(jù)其收到的上行反饋分組計算新的逐跳調(diào)整量，并開始新的時間調(diào)整輪次。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有收斂快，精度高，擴展性強和資源消耗可控的優(yōu)勢。
文檔編號H04L7/02GK101471766SQ20071030458
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者周新運, 孫玉硯, 皇甫偉, 堅 舒 申請人:中國科學院軟件研究所