專(zhuān)利名稱(chēng)：基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及WSN時(shí)間同步方法領(lǐng)域，具體涉及一種基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)(WSN)時(shí)間同步方法。
背景技術(shù)：
時(shí)間同步是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)，很多傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和方法都需 要統(tǒng)一的時(shí)鐘基準(zhǔn)，如數(shù)據(jù)融合、節(jié)點(diǎn)定位、休眠周期的同步、TDMA定時(shí)等。所以研究一種高 效、精準(zhǔn)的時(shí)間同步方法具有重要的科研意義和實(shí)用價(jià)值。目前常用的同步方法有=RBSS 法、TPSN方法、DMTS方法和FTSP方法等。其中RBS方法是基于單向廣播機(jī)制，它排除了發(fā) 送端對(duì)同步精度的影響，達(dá)到了較高的同步精度，但其計(jì)算量和同步開(kāi)銷(xiāo)較大，能耗較高; TPSN方法基于雙向成對(duì)同步機(jī)制，同步效果較好(RBS同步精度的兩倍)，但能耗也較大，方 法魯棒性較低；而FTSP方法結(jié)合單向廣播機(jī)制和雙向成對(duì)機(jī)制，采用MAC層打時(shí)間戳和線 性回歸補(bǔ)償時(shí)間漂移的方式，達(dá)到了較高的同步精度，更適用于資源受限的傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí) 間同步。FTSP方法采用MAC層時(shí)間戳和線性回歸補(bǔ)償時(shí)間偏移和漂移，降低傳輸延時(shí)的不 確定性，具有較高的同步精度。但它也存在一些問(wèn)題1)對(duì)于密度大的多跳網(wǎng)絡(luò)，采用泛洪廣播發(fā)送同步包，容易引起網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)碰撞，且 同步包中只有小部分會(huì)被利用，大部分同步包被當(dāng)做冗余數(shù)據(jù)包而被拋棄，這樣非常消耗 能量和網(wǎng)絡(luò)資源；2)線性回歸方法易受到異常數(shù)據(jù)點(diǎn)影響，擬合出的回歸曲線不僅不會(huì)提高同步精 度，反而引入更大的誤差，且造成不必要的計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)(WSN)時(shí)間同步方法，對(duì)FTSP的線性回歸方法進(jìn)行改進(jìn)，引入概率統(tǒng)計(jì)論中的參數(shù)估計(jì) 理論，對(duì)樣本((Tpt1), (T2，t2)，...，(Tn，tn))(其中，t為本地時(shí)間，T為全局時(shí)間)進(jìn)行可 信度判斷，消除誤差較大的樣本對(duì)擬合曲線的影響。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，該 基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法步驟為步驟1，上一級(jí)節(jié)點(diǎn)向一被同步節(jié)點(diǎn)發(fā)送帶有消息發(fā)出時(shí)的全局時(shí)間T的時(shí)間同 步消息，被同步節(jié)點(diǎn)從同步消息中獲取全局時(shí)間T并與被同步節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)間t構(gòu)成樣本 對(duì)；步驟2，上級(jí)節(jié)點(diǎn)與被同步節(jié)點(diǎn)進(jìn)行1次以上的發(fā)送與接收時(shí)間同步消息，構(gòu)成本 地時(shí)間線性回歸表的樣本群((T1, ti)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))，其中η為樣本個(gè)數(shù)；步驟3，確定t的概率分布；步驟4，設(shè)置置信度1-α，其中α為小于1大于0的常量；
根據(jù)t概率分布，獲取置信度1- α下，t的置信區(qū)間；步驟5，重復(fù)步驟1)獲取新樣本(Ttl, t0)；判斷最新樣本(Ttl,、)中的、是否在置信區(qū)間內(nèi)，如果是，則(Tytci)可信，加入樣 本群中，以更新洪泛時(shí)間同步協(xié)議中的線性擬合曲線；如果否，則該樣本不可信，拋棄該樣本；不更新洪泛時(shí)間同步協(xié)議中的線性擬合曲 線.
一入 ，步驟6，通過(guò)洪泛時(shí)間同步協(xié)議利用線性擬合曲線求取本地節(jié)點(diǎn)相對(duì)與全局時(shí)間 的時(shí)間漂移率和偏移，在每秒的末尾對(duì)本地節(jié)點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償。進(jìn)一步，所述步驟3中，t的 概率分布由下式確定 其中，。服從t分布，Stt為全局時(shí)間T的2階中心距& =I^T-D2 是0的
無(wú)偏估計(jì)，滿(mǎn)足
T的樣本均值，η為本地時(shí)間線性回歸表的樣本群((T^t1)，(T2，t2)，. . .，(Tn, tn))中樣本數(shù)目Q為t的預(yù)測(cè)值，滿(mǎn)足如下關(guān)系
。為時(shí)間漂移率a的估計(jì)值4為時(shí)間偏移b的估計(jì)值；滿(mǎn)足下式
Ti為第i個(gè)τ樣本，ti為第i個(gè)t樣本，？為t的樣本均值； 進(jìn)一步，所述步驟4中，
對(duì)于置信度l-α，其中α為小于1大于0的常量；t的置信區(qū)間為 進(jìn)一步，所述步驟5包括以下步驟步驟5-1 通過(guò)步驟1)獲取新樣本(TQ，t0)；步驟5-2 根據(jù)步驟4)，在置信度1-α下，獲取、的置信區(qū)間為 其中，Z0
？步驟5-3 若、在置信區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)前樣本(Ttl, t0)可信，作為合格樣本加入洪泛 時(shí)間同步協(xié)議的本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表的樣本群((T1, ti)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))，以更新洪 泛時(shí)間同步協(xié)議中的線性擬合曲線；步驟5-4:若、不在置信區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)前樣本(Ttl,、)異常，將其拋棄，不更新洪泛 時(shí)間同步協(xié)議中的線性擬合曲線；進(jìn)一步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為多端網(wǎng)絡(luò)，在步驟1)之前，采用如下步驟進(jìn)行主被動(dòng) 節(jié)點(diǎn)選擇步驟A 節(jié)點(diǎn)分級(jí)步驟A-I 設(shè)網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信最大覆蓋距離為L(zhǎng) ；選定根節(jié)點(diǎn)，設(shè)定其級(jí)別 為0級(jí)；根節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)間同步消息，時(shí)間同步消息中設(shè)置有消息發(fā)送出節(jié)點(diǎn)的級(jí)別，在距離 L內(nèi)接收到時(shí)間同步消息的節(jié)點(diǎn)提取時(shí)間同步消息中節(jié)點(diǎn)級(jí)別；如果該節(jié)點(diǎn)未被分級(jí)或該 節(jié)點(diǎn)級(jí)別大于同步消息中節(jié)點(diǎn)級(jí)別數(shù)加1，則將該節(jié)點(diǎn)的級(jí)別設(shè)置為同步消息中節(jié)點(diǎn)級(jí)別 數(shù)加1，否則該節(jié)點(diǎn)的級(jí)別不變；步驟A-2 新確定級(jí)別的節(jié)點(diǎn)向未確定級(jí)別的節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)間同步消息，按步驟A-I 的方式確定下一級(jí)節(jié)點(diǎn)；步驟A-3 重復(fù)步驟A-2，直到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均被分級(jí)；步驟B:統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)度步驟B-I 所有級(jí)節(jié)點(diǎn)的度D初始為0 ；稱(chēng)上級(jí)節(jié)點(diǎn)的通信最大覆蓋距離L可覆蓋 的下級(jí)節(jié)點(diǎn)隸屬于上級(jí)節(jié)點(diǎn)；上級(jí)節(jié)點(diǎn)包含隸屬于其的下級(jí)節(jié)點(diǎn)；步驟B-2 隸屬于根級(jí)節(jié)點(diǎn)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為根節(jié)點(diǎn)的度；步驟B-3 隸屬于i級(jí)節(jié)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為該級(jí)節(jié)點(diǎn)的度；步驟B-4:統(tǒng)計(jì)隸屬于網(wǎng)絡(luò)中所有級(jí)別內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為該節(jié)點(diǎn)的 度；步驟C 主動(dòng)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇步驟C-I 若i級(jí)某節(jié)點(diǎn)的度為0，將其設(shè)置為被動(dòng)節(jié)點(diǎn)；步驟C-2 若i級(jí)度數(shù)不為0的一個(gè)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)所包含的下級(jí)節(jié)點(diǎn)都隸屬于i級(jí) 的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)為該區(qū)域主動(dòng)節(jié)點(diǎn)，下級(jí)節(jié)點(diǎn)被該區(qū)域主動(dòng)節(jié)點(diǎn)包含的所有i級(jí)節(jié) 點(diǎn)屬于該區(qū)域，為該區(qū)域的被動(dòng)節(jié)點(diǎn)；按此方式劃分所有i級(jí)節(jié)點(diǎn)到不同區(qū)域，確定所有i 級(jí)區(qū)域的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)；
主被動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇后主動(dòng)節(jié)點(diǎn)從0級(jí)開(kāi)始依次向下級(jí)主動(dòng)節(jié)點(diǎn)按步驟1)至6)進(jìn)行時(shí)間同步；同級(jí)節(jié)點(diǎn)中，各區(qū)域的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)向該區(qū)域的被動(dòng)節(jié)點(diǎn)按步驟1)至6)進(jìn)行時(shí)間同
止
少ο本發(fā)明的有益效果是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN為多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，引入一種分區(qū)域內(nèi) 主動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步消息包傳輸機(jī)制，通過(guò)將節(jié)點(diǎn)分為主動(dòng)節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)方式，時(shí)間同步 消息只由主動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，減少了同步所需的通信開(kāi)銷(xiāo)；對(duì)FTSP的線性回歸方法進(jìn)行改進(jìn)， 對(duì)洪泛時(shí)間同步協(xié)議FTSP利用本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表中η個(gè)樣本((T1,、)，(T2, t2)，...， (Tn, tn))來(lái)估算本地時(shí)間t對(duì)于全局時(shí)間T的線性回歸，引入了參數(shù)估計(jì)理論，確定t概率 分布情況，獲取一定置信度下t的置信區(qū)間，通過(guò)判斷新樣本(Ttl,、)的、是否在置信區(qū)間 來(lái)判斷該樣本是否可信，來(lái)排除本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表樣本((T1,、)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn)) 中異常數(shù)據(jù)，提高了 FTSP線性擬合的精度，達(dá)到了精確的時(shí)間同步。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述圖1為本發(fā)明分層機(jī)制示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述。如圖1所示，以八個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN分層傳輸時(shí)間同步消息為例。一、分級(jí)機(jī)制1)首先對(duì)節(jié)點(diǎn)分級(jí)設(shè)網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信最大覆蓋距離為L(zhǎng) ；選定第零節(jié)點(diǎn)0為根節(jié)點(diǎn)，設(shè)定其級(jí) 別為O級(jí)；第零節(jié)點(diǎn)0廣播時(shí)間同步消息包，在距離L內(nèi)接收到時(shí)間同步消息包的節(jié)點(diǎn)根據(jù) 時(shí)間同步消息包中節(jié)點(diǎn)級(jí)別加1做為本節(jié)點(diǎn)的級(jí)別，在此第一節(jié)點(diǎn)1，第二節(jié)點(diǎn)2，第三節(jié)點(diǎn) 3收到了第零節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步消息包，于是確定其為1級(jí)節(jié)點(diǎn)；第一節(jié)點(diǎn)1，第二節(jié)點(diǎn)2，第三節(jié)點(diǎn)3向未確定級(jí)別的節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)間同步消息包，第 四節(jié)點(diǎn)4、第五節(jié)點(diǎn)5、第六節(jié)點(diǎn)均在第二節(jié)點(diǎn)2和第三節(jié)點(diǎn)3的消息覆蓋距離L內(nèi)，于是可 以受到第二、第三節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步消息，可確定為2級(jí)節(jié)點(diǎn)；第七節(jié)點(diǎn)在第一節(jié)點(diǎn)1的消息覆 蓋距離L內(nèi)，也為2級(jí)節(jié)點(diǎn)；2)統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)度將所有級(jí)節(jié)點(diǎn)的度D初始為0 ；由于第零節(jié)點(diǎn)0的通信最大覆蓋距離L覆蓋了第一至第三節(jié)點(diǎn)，所以第零節(jié)點(diǎn)0 的度為3 ；第一節(jié)點(diǎn)1的通信最大覆蓋距離L只覆蓋了第七節(jié)點(diǎn)，所以其度為1 ；第二節(jié)點(diǎn) 2的通信最大覆蓋距離L覆蓋了第四至第六節(jié)點(diǎn)，其度為3 ；第三節(jié)點(diǎn)3的通信最大覆蓋距 離L只覆蓋了第六節(jié)點(diǎn)，其度為1 ；第四至第七節(jié)點(diǎn)沒(méi)有下級(jí)節(jié)點(diǎn)可覆蓋，所以他們的度均 為0。3)主動(dòng)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇
第四至第七節(jié)點(diǎn)的度為0，將其設(shè)置為被動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在圖1中用空心圓表示；第三節(jié)點(diǎn)3覆蓋的下游第六節(jié)點(diǎn)被第二節(jié)點(diǎn)覆蓋，因此設(shè)置第二節(jié)點(diǎn)與第三節(jié)點(diǎn) 為1級(jí)節(jié)點(diǎn)第1區(qū)域；3級(jí)節(jié)點(diǎn)中的第七節(jié)點(diǎn)只被第一節(jié)點(diǎn)1覆蓋，因此設(shè)置第一節(jié)點(diǎn)獨(dú)立 為1級(jí)節(jié)點(diǎn)第2區(qū)域。1級(jí)節(jié)點(diǎn)第1區(qū)域中第二節(jié)點(diǎn)2度在該區(qū)域內(nèi)最大，因此第二節(jié)2為主動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在 圖中用實(shí)心圓表示。1級(jí)節(jié)點(diǎn)第2區(qū)域中，第一節(jié)點(diǎn)1為主動(dòng)節(jié)點(diǎn)。4)時(shí)間同步消息發(fā)送主動(dòng)節(jié)點(diǎn)從0級(jí)開(kāi)始依次向下級(jí)主動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步消息，在圖1中，時(shí)間同步 消息從第零節(jié)點(diǎn)0發(fā)出，經(jīng)第二節(jié)點(diǎn)2發(fā)向第四至第五節(jié)點(diǎn)，經(jīng)第一節(jié)點(diǎn)1發(fā)向第七接點(diǎn)。同一級(jí)節(jié)點(diǎn)2向本級(jí)節(jié)點(diǎn)3發(fā)出時(shí)間同步消息。二、上級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)下級(jí)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步完成多節(jié)點(diǎn)間的分級(jí)后，將由上級(jí)節(jié)點(diǎn)向下級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步消息進(jìn)行時(shí)間同 步，各區(qū)域的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)向該區(qū)域的被動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步消息進(jìn)行時(shí)間同步；現(xiàn)有技術(shù)的 FTSP方法采用一元線性回歸來(lái)估計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)間漂移率和偏移，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。節(jié)點(diǎn)收到上 一級(jí)發(fā)出的同步消息數(shù)據(jù)后，構(gòu)造本地時(shí)間全局時(shí)間Ti數(shù)據(jù)對(duì)，經(jīng)過(guò)N次信息交換，構(gòu) 造本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表((T1,、)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))。將線性回歸表中數(shù)據(jù)代入公式 (2)、(3)估算時(shí)間漂移率^和時(shí)間偏移6 式(1)為本地時(shí)間與全局時(shí)間關(guān)系。(2)、(3)中，Tpti分別為第i次同步周期的 全局時(shí)間和本地時(shí)間，T、/為全局時(shí)間和本地時(shí)間的樣本均值；通過(guò)計(jì)算時(shí)間漂移率和 偏移后，在每秒的末尾對(duì)節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償。而考慮到一定時(shí)間范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)晶振頻率 是穩(wěn)定的，則本地時(shí)間與全局時(shí)間成線性關(guān)系。通過(guò)構(gòu)造最佳擬合曲線，在誤差允許的范圍 內(nèi)，可以通過(guò)該曲線關(guān)系直接計(jì)算某一時(shí)刻本地時(shí)間與全局時(shí)間誤差，從而減少了同步消 息的發(fā)送次數(shù)，降低了節(jié)點(diǎn)能量消耗。但該線性回歸方法易受到異常數(shù)據(jù)點(diǎn)影響，一旦樣本((T1,、)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，擬合出的回歸曲線不僅不會(huì)提高同步精度，反而引入更大的誤差。因 此，在FTSP方法的基礎(chǔ)上，提出((Tpt1), (T2，t2)，...，(Tn，tn))樣本的優(yōu)化方法將有助于 提高線性擬合的精度。本發(fā)明引入tQ的置信區(qū)間估計(jì)來(lái)判斷樣本((T1,、)，(T2, t2)，· · ·，(Tn, tn))的可 信性，從而實(shí)現(xiàn)了((T1, ti)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))樣本的優(yōu)化剔除。首先，確定t的概率 分布；其次，設(shè)置置信度1-α，根據(jù)t概率分布，獲取置信度ι-α下，t的置信區(qū)間(α為小 于1的常數(shù))；最后，判斷最新樣本(T0, t0)中的、是否在置信區(qū)間內(nèi)，如果是，則(T0, t0) 可信，加入本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表((Tpt1), (T2，t2)，...，(Tn，tn))中，如果否，則該樣本不可
9
，拋棄該樣本。其具體步驟為1)設(shè)t是被同步節(jié)點(diǎn)收到全局時(shí)間T發(fā)出的同步消息時(shí)對(duì)應(yīng)的本地時(shí)間，((T1, ti)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))為η個(gè)時(shí)間預(yù)測(cè)樣本將其作為FTSP協(xié)議中的本地節(jié)點(diǎn)線性回 歸表，依據(jù)FTSP協(xié)議的節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步模型，t與T滿(mǎn)足線性擬合，如下

t = aT+b+ ε，ε Ν(0，σ 2) (4)
ε服從正態(tài)分布，a為時(shí)間漂移，b為時(shí)間偏移^為t的預(yù)測(cè)值，滿(mǎn)足如下關(guān)系
η η η
t =aT + b(5)
其中；為a的估計(jì)值，g為b的估計(jì)值，由下式求得
YiTi-TXtl-I) a =
=1
Yj(TI-T)7
(6)
Π - O b = t-aT
(7)
t =
/=1
(8)
(9)
Ti為第i個(gè)T樣本，ti為第i個(gè)t樣本，T為T(mén)的樣本均值，t為t的樣本均值 2)由(5)式，在ε服從正態(tài)分布時(shí)，；服從正態(tài)分布 t ~ N{aT + b,
1 (T-T)
—+-
AZlS y γ ‘
2
^2)
(10)
STT為全局時(shí)間T的2階中心距& =藝(7； -O2
3)由式(4)和(10)推出
Z -卜 N{Q., 由式(11)有
Γ t-t
,ι (Τ - TT
1 + —+ -
η S·
TT
σ2)
(11 )σ.
譯，1)
(12)
,1 (T-T)2 1 + - +
η S,
ττ
10

4)被同步節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間t的殘差平方和為
α = Σα-ο2 = Σα-h2
=/=I
殘差平方和Qe與無(wú)偏估計(jì) 的關(guān)系為
(13)
^2 Qe
(7 =
η — 2
(14)
其中，(？2是ο 2的無(wú)偏估計(jì)
由(14)式可知，殘差平方和(^與σ 2的商服從分布卡方分布
a
σ2
Z2 (η-2)
(15)
將式(14)代入式(15)有
(η-2) 2
σ
Z2 (η-2)
(16)
由χ2分布、正態(tài)分布與t分布之間關(guān)系
T =
X其中 X N(0,1)，Y χ 2 (η)
(17)由式(12)服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，式(15)服從X2分布，將其帶入(17)式得到估計(jì)
誤差Z — ？服從t分布為
(18)
S " 5)給定的置信度區(qū)間l-α，有
得t的預(yù)測(cè)區(qū)間為
本(τ0， t
若選擇t的置信度為0. 99時(shí)，查表知ta/2 (n-2)為2. 896 ；同時(shí)，獲取的當(dāng)前時(shí)間樣 )，由(5)式有 =2τ0+ > .將;^和Ttl代入預(yù)測(cè)區(qū)間(20)則t的預(yù)測(cè)區(qū)間近似為
,iO ( 0-2.9σ, 0 + 2.9σ)
11
(21)
6)判斷當(dāng)前本地時(shí)間、是否在預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)；若在預(yù)測(cè)區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)前樣本(Tytci)可信，作為合格樣本加入FTSP方法的本地節(jié) 點(diǎn)線性回歸表，以更新FTSP方法中如式(5)所述的線性擬合曲線；若不在區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)前樣 本(Tytci)異常，將其拋棄。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修 改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和 變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，其特征在于該基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法步驟為步驟1，上一級(jí)節(jié)點(diǎn)向一被同步節(jié)點(diǎn)發(fā)送帶有消息發(fā)出時(shí)的全局時(shí)間T的時(shí)間同步消息，被同步節(jié)點(diǎn)從同步消息中獲取全局時(shí)間T并與被同步節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)間t構(gòu)成樣本對(duì)；步驟2，上級(jí)節(jié)點(diǎn)與被同步節(jié)點(diǎn)進(jìn)行1次以上的發(fā)送與接收時(shí)間同步消息，構(gòu)成本地時(shí)間線性回歸表的樣本群((T1，t1)，(T2，t2)，...，(Tn，tn))，其中n為樣本個(gè)數(shù)；步驟3，確定t的概率分布；步驟4，設(shè)置置信度1 α，其中α為小于1大于0的常量；根據(jù)t概率分布，獲取置信度1 α下，t的置信區(qū)間；步驟5，重復(fù)步驟1)獲取新樣本(T0，t0)；判斷最新樣本(T0，t0)中的t0是否在置信區(qū)間內(nèi)，如果是，則(T0，t0)可信，加入樣本群中，以更新洪泛時(shí)間同步協(xié)議中的線性擬合曲線；如果否，則該樣本不可信，拋棄該樣本；不更新洪泛時(shí)間同步協(xié)議中的線性擬合曲線；步驟6，通過(guò)洪泛時(shí)間同步協(xié)議利用線性擬合曲線求取本地節(jié)點(diǎn)相對(duì)與全局時(shí)間的時(shí)間漂移率和偏移，在每秒的末尾對(duì)本地節(jié)點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償。
2.如權(quán)利要求1所述的基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，其特征在于 所述步驟3中，t的概率分布由下式確定t -t_ Μ 1 (Τ -Τ )(J1 1 + — + -t{n-T),η Srr其中，。服從t分布，Stt為全局時(shí)間T的2階中心距—Ο2是0的無(wú)偏 t -t；σ估計(jì)，滿(mǎn)足“ηwηηQe=Y^it -t)2- bfa1η — 2T為T(mén)的樣本均值，η為本地時(shí)間線性回歸表的樣本群((T1,、)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn)) 中樣本數(shù)目； 為t的預(yù)測(cè)值，滿(mǎn)足如下關(guān)系η η ηt = αΤ -λ-b；為時(shí)間漂移率a的估計(jì)值，g為時(shí)間偏移b的估計(jì)值；滿(mǎn)足下式α = ^-Σ(τ,-τγ.,Cfl ^ι "Σ-I /= 一一η To ι Ε-, Ti為第i個(gè)T樣本，ti為第i個(gè)t樣本， 為t的樣本均值。
3.如權(quán)利要求2所述的基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，其特征在于 所述步驟4中，對(duì)于置信度l-α，其中α為小于1大于0的常量；t的置信區(qū)間為
4.如權(quán)利要求3所述的基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，其特征在于 所述步驟5包括以下步驟步驟5-1 通過(guò)步驟1)獲取新樣本(Ttl, t0)；步驟5-2 根據(jù)步驟4)，在置信度l-α下，獲取、的置信區(qū)間為 其中， 步驟5-3 若、在置信區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)前樣本(Ttl, t0)可信，作為合格樣本加入洪泛時(shí)間 同步協(xié)議的本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表的樣本群((T1,、)，(T2, t2)，. . .，(Tn, tn))，以更新洪泛時(shí) 間同步協(xié)議中的線性擬合曲線；步驟5-4:若、不在置信區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)前樣本(Ttl,、)異常，將其拋棄，不更新洪泛時(shí)間 同步協(xié)議中的線性擬合曲線。
5.如權(quán)利要求1至4所述的基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，其特征在 于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為多端網(wǎng)絡(luò)，在步驟1)之前，采用如下步驟進(jìn)行主被動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇 步驟A 節(jié)點(diǎn)分級(jí)步驟A-I 設(shè)網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信最大覆蓋距離為L(zhǎng) ；選定根節(jié)點(diǎn)，設(shè)定其級(jí)別為0 級(jí)；根節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)間同步消息，時(shí)間同步消息中設(shè)置有消息發(fā)送出節(jié)點(diǎn)的級(jí)別，在距離L內(nèi) 接收到時(shí)間同步消息的節(jié)點(diǎn)提取時(shí)間同步消息中節(jié)點(diǎn)級(jí)別；如果該節(jié)點(diǎn)未被分級(jí)或該節(jié)點(diǎn) 級(jí)別大于同步消息中節(jié)點(diǎn)級(jí)別數(shù)加1，則將該節(jié)點(diǎn)的級(jí)別設(shè)置為同步消息中節(jié)點(diǎn)級(jí)別數(shù)加 1，否則該節(jié)點(diǎn)的級(jí)別不變；步驟A-2 新確定級(jí)別的節(jié)點(diǎn)向未確定級(jí)別的節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)間同步消息，按步驟A-I的方 式確定下一級(jí)節(jié)點(diǎn)；步驟A-3 重復(fù)步驟A-2，直到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均被分級(jí)； 步驟B:統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)度步驟B-I 所有級(jí)節(jié)點(diǎn)的度D初始為0 ；稱(chēng)上級(jí)節(jié)點(diǎn)的通信最大覆蓋距離L可覆蓋的下 級(jí)節(jié)點(diǎn)隸屬于上級(jí)節(jié)點(diǎn)；上級(jí)節(jié)點(diǎn)包含隸屬于其的下級(jí)節(jié)點(diǎn)； 步驟B-2 隸屬于根級(jí)節(jié)點(diǎn)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為根節(jié)點(diǎn)的度； 步驟B-3 隸屬于i級(jí)節(jié)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為該級(jí)節(jié)點(diǎn)的度；步驟B-4 統(tǒng)計(jì)隸屬于網(wǎng)絡(luò)中所有級(jí)別內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的下級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為該節(jié)點(diǎn)的度；步驟C 主動(dòng)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇步驟C-I 若i級(jí)某節(jié)點(diǎn)的度為0，將其設(shè)置為被動(dòng)節(jié)點(diǎn)；步驟C-2 若i級(jí)度數(shù)不為0的一個(gè)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)所包含的下級(jí)節(jié)點(diǎn)都隸屬于i級(jí)的一 個(gè)節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)為該區(qū)域主動(dòng)節(jié)點(diǎn)，下級(jí)節(jié)點(diǎn)被該區(qū)域主動(dòng)節(jié)點(diǎn)包含的所有i級(jí)節(jié)點(diǎn)屬 于該區(qū)域，為該區(qū)域的被動(dòng)節(jié)點(diǎn)；按此方式劃分所有i級(jí)節(jié)點(diǎn)到不同區(qū)域，確定所有i級(jí)區(qū) 域的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)； 主被動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇后主動(dòng)節(jié)點(diǎn)從0級(jí)開(kāi)始依次向下級(jí)主動(dòng)節(jié)點(diǎn)按步驟1)至6)進(jìn)行時(shí)間同步； 同級(jí)節(jié)點(diǎn)中，各區(qū)域的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)向該區(qū)域的被動(dòng)節(jié)點(diǎn)按步驟1)至6)進(jìn)行時(shí)間同步。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于線性擬合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方法，對(duì)洪泛時(shí)間同步協(xié)議FTSP方法進(jìn)行改進(jìn)，為了減小異常數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)時(shí)間同步精度的影響，引入了參數(shù)估計(jì)理論，確定t概率分布情況，獲取一定置信度下t的置信區(qū)間，通過(guò)判斷新樣本(T0，t0)的t0是否在置信區(qū)間來(lái)判斷該樣本是否可信，從而排除本地節(jié)點(diǎn)線性回歸表((T1，t1)，(T2，t2)，...，(Tn，tn))中異常數(shù)據(jù)對(duì)回歸曲線的影響，提高了FTSP線性擬合的精度。引入分區(qū)域內(nèi)設(shè)置主動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步消息的傳輸機(jī)制，將節(jié)點(diǎn)分為主動(dòng)節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)，時(shí)間同步消息只由主動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，減少了同步所需的通信開(kāi)銷(xiāo)。
文檔編號(hào)H04W56/00GK101917759SQ20101023202
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者卓豫, 李聲飛 申請(qǐng)人:重慶康如來(lái)科技有限公司