專利名稱：無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是由大量布置在監(jiān)測(cè)區(qū)域的靜止或移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的信息進(jìn)行感知、采集、處理和傳輸。低速無線個(gè)域網(wǎng)(LowRate Wireless Personal Area Networks, LR-ffPAN)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要分支，是一種覆蓋范圍相對(duì)較小的無線網(wǎng)絡(luò)，是為實(shí)現(xiàn)活動(dòng)半徑小、業(yè)務(wù)類型豐富、面向特定群體、無線無縫連接而提出的新興無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。能夠有效地解決“最后幾米電纜”的問題，從而將無線聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行到底。其中采用一種節(jié)點(diǎn)裝置作為主控，其他節(jié)點(diǎn)裝置作為從屬的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)率較低、通信距離近、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)、農(nóng)業(yè)等需要進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域。在無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中，從屬節(jié)點(diǎn)裝置通常采用電池供電，且不易更換，因此，節(jié)能問題便是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中的首要問題。一般來講，一種典型的解決方案就是對(duì)節(jié)點(diǎn)使用休眠與喚醒機(jī)制，在多數(shù)情況下使節(jié)點(diǎn)處于低功耗睡眠狀態(tài)，僅在合適的情況下將其喚醒進(jìn)行工作。為此，就需要全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)切換連貫一致，保持一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的操作。不僅如此，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合、測(cè)距定位等協(xié)議和應(yīng)用都依賴于時(shí)間同步。而時(shí)間同步的目的就是使網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)擁有相同的時(shí)間基準(zhǔn)，即不同的節(jié)點(diǎn)可以保持相同的時(shí)鐘，使網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)可以協(xié)同工作。然而，由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立工作的，都有自己的本地時(shí)鐘，且不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器會(huì)因環(huán)境以及老化等因素出現(xiàn)偏差，即使在某一時(shí)刻所有節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘都已達(dá)到同步，在另一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘也會(huì)出現(xiàn)偏差，引起網(wǎng)絡(luò)碰撞、丟包、延時(shí)甚至癱瘓。如圖2所示為晶體振蕩頻率隨溫度變化的曲線，可以用拋物線方程描述如下:y = a (T-T0) 2+b其中，y為晶體在溫度T的頻率偏差Λ f/f0,單位為ppm，即百萬分之一 ；a為拋物線系數(shù)，Ttl為曲線的轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn)，均與選取的晶體有關(guān)，可根據(jù)實(shí)際選擇進(jìn)行計(jì)算；b為晶體在轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn)的頻率偏差。因此，時(shí)間同步就需要盡量消除或減少上述由溫度引起的晶體振蕩器的誤差而導(dǎo)致的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的偏差，然而如何在有限的通信和存儲(chǔ)資源、有限的計(jì)算能力和能量的約束下消除實(shí)時(shí)時(shí)鐘的偏差，在保證網(wǎng)絡(luò)魯棒性的前提下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步就變得非常重要。鑒于無線測(cè)溫網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際需要，現(xiàn)有技術(shù)中的時(shí)間同步方法主要包括以下幾種:
第一種:基于全局的時(shí)間同步。基于全局的時(shí)間同步主要包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(Network Time Protocol,NTP)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)方法,基本思想都是使網(wǎng)絡(luò)保持與世界協(xié)調(diào)時(shí)(Universal Time Coordinated, UTC)同步。其中NTP協(xié)議是在因特網(wǎng)上廣泛使用的目前最成功的一種時(shí)間同步機(jī)制，采用層次型樹型結(jié)構(gòu)，逐級(jí)進(jìn)行同步，然而由于無線網(wǎng)絡(luò)在功耗、計(jì)算能力、體積、存儲(chǔ)空間、帶寬、抗干擾性等方面的限制，使得NTP協(xié)議并不能適用于無線網(wǎng)絡(luò)。GPS方法是通過給每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備GPS模塊來獲得精準(zhǔn)的時(shí)間，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致進(jìn)行同步，但由于GPS信號(hào)穿透性較差、且成本高、體積大、能耗大，使得GPS不能廣泛適用于無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上。第二種:基于廣播時(shí)間同步?；趶V播時(shí)間同步主要包括RBS(ReferenceBroadcast Synchronization)算法、DMTS (Delay Measurement Time Synchronization)算法、TPSN(Timing-Sync Protocol forSenor Networks)算法等。其中RBS算法利用無線廣播信道特性，由第三方周期性地向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送參考廣播，廣播域中的節(jié)點(diǎn)通過本地時(shí)鐘記錄各自的接收時(shí)間，然后交換記錄，得到偏移后進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，缺點(diǎn)是消息交換的次數(shù)多，能耗大，不能實(shí)現(xiàn)與參考節(jié)點(diǎn)的同步；DTMS算法是通過估計(jì)同步信息在傳輸路徑上的延遲來實(shí)現(xiàn)同步，缺點(diǎn)是同步精度低，同步周期算，且擴(kuò)展性差；TPSN算法通過分層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的同步，缺點(diǎn)是計(jì)算量大，能量開銷大。第三種:基于精準(zhǔn)時(shí)鐘芯片同步?；诰珳?zhǔn)時(shí)鐘芯片同步主要是通過對(duì)節(jié)點(diǎn)本地時(shí)鐘的校正來進(jìn)行時(shí)間同步。通常的方案是采用帶溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)由溫度引起的晶體振蕩器的頻率誤差進(jìn)行補(bǔ)償，校正節(jié)點(diǎn)本地時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，然而由于此類芯片的功耗較大不能滿足網(wǎng)絡(luò)低功耗的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)時(shí)鐘的校正以單個(gè)節(jié)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，精度不高，并不能實(shí)現(xiàn)與全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的真正同步。由上述可以知道，由于無線測(cè)溫網(wǎng)工作環(huán)境的限制和網(wǎng)絡(luò)以及節(jié)點(diǎn)的自身因素，使得現(xiàn)有的時(shí)間同步方法對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的適用度不高，且采用現(xiàn)有的時(shí)間同步方法存在精度低、功耗大等缺點(diǎn)。因此，提供一種高精度、低功耗且方便快捷可適用于無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法成為目前亟需解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種高精度、低功耗且方便快捷可適用于無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，包括執(zhí)行以下步驟:步驟一、建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表；步驟二、建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表；步驟三、主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作。優(yōu)選的，所述建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表包括以下步驟；
步驟一、主節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選的晶體振蕩器特點(diǎn)建立以年老化率為周期的初始化同步模式；步驟二、主節(jié)點(diǎn)根據(jù)如圖1所示的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)建立以m為周期的網(wǎng)絡(luò)同步周期，則每個(gè)周期內(nèi)主節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步工作時(shí)間為m/n,從節(jié)點(diǎn)的最大時(shí)間同步工作時(shí)間為m/n ；步驟三、主節(jié)點(diǎn)設(shè)定影響實(shí)時(shí)時(shí)鐘的頻率誤差差值的允許閾值Y ；步驟四、主節(jié)點(diǎn)將由最小二乘法擬合后的采用同一型號(hào)批次的主從節(jié)點(diǎn)晶體振蕩器頻率偏差固有系數(shù)a和Ttl寫入計(jì)算表中；步驟五、主節(jié)點(diǎn)根據(jù)頻率偏差拋物線 方程表示式y(tǒng) = a (T-Ttl)Wb,建立頻率誤差差值計(jì)算模型Ay = yx-yxx,其中丫!￡表示主節(jié)點(diǎn)在第X時(shí)刻的頻率誤差，yxx表示從節(jié)點(diǎn)在第x時(shí)刻的頻率誤差；建立頻率誤差累積代數(shù)和計(jì)算模型Σ Ay= Ayi+Ay2+...+Ayk，g卩計(jì)算前k次網(wǎng)絡(luò)同步自喚醒周期中未進(jìn)行補(bǔ)償發(fā)送的頻率誤差差值的代數(shù)和；建立補(bǔ)償時(shí)間計(jì)算模型At=HiX Σ Ay，式中m為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步補(bǔ)償間隔，即為網(wǎng)絡(luò)同步周期。優(yōu)選的，所述建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表包括以下步驟:步驟一、從節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)同步周期m設(shè)定以m為周期的自喚醒模式；步驟二、從節(jié)點(diǎn)設(shè)定每個(gè)周期內(nèi)自喚醒后的工作時(shí)間為m/2n ；步驟三、從節(jié)點(diǎn)根據(jù)晶體振蕩器的頻率進(jìn)行秒脈沖更新補(bǔ)償操作，首先記錄寫入補(bǔ)償信息的時(shí)間h，判斷補(bǔ)償時(shí)間Λ t的正負(fù)，根據(jù)補(bǔ)償信息Λ t的正負(fù)來判斷從節(jié)點(diǎn)相對(duì)主節(jié)點(diǎn)是超前還是滯后，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。優(yōu)選的，所述主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作包括以下步驟:步驟a:主從節(jié)點(diǎn)以年為周期進(jìn)行初始化；步驟b:從節(jié)點(diǎn)以m為周期進(jìn)行自喚醒，工作m/2n個(gè)時(shí)間周期，向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后進(jìn)入空閑等待模式轉(zhuǎn)步驟h執(zhí)行；步驟c:主節(jié)點(diǎn)進(jìn)入定時(shí)中斷時(shí)間同步工作模式,工作m/n個(gè)時(shí)間周期,接收從節(jié)點(diǎn)以m為周期自喚醒發(fā)送的數(shù)據(jù)信息；步驟d:主節(jié)點(diǎn)根據(jù)從節(jié)點(diǎn)第X時(shí)刻發(fā)送的溫度Txx和自身在第X時(shí)刻測(cè)量的溫度Tx利用頻率誤差差值計(jì)算模型進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，求出Ay ;并求出頻率誤差差值的累積代數(shù)和Σ Ay ；步驟e:主節(jié)點(diǎn)通過比較Σ Ay與設(shè)定頻率誤差差值允許閾值Y的大小來決定是否向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；若I Σ Ay < Y未超過閾值則不發(fā)送數(shù)據(jù)至從節(jié)點(diǎn)，僅將累積誤差差值Σ Δ y帶入下一個(gè)m周期該從節(jié)點(diǎn)的同步計(jì)算中，并等待定時(shí)中斷時(shí)間同步工作時(shí)間m/n到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟c開始執(zhí)行；若I Σ Λ y I > Y超過閾值則轉(zhuǎn)入步驟f繼續(xù)執(zhí)行；步驟f:主節(jié)點(diǎn)根據(jù)補(bǔ)償時(shí)間計(jì)算模型計(jì)算出補(bǔ)償時(shí)間Λ t并發(fā)送至從節(jié)點(diǎn)；步驟g:主節(jié)點(diǎn)在發(fā)送結(jié)束后將累積誤差差值Σ Ay清零處理，并等待定時(shí)中斷時(shí)間同步工作時(shí)間m/n到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟c開始執(zhí)行；步驟h:從節(jié)點(diǎn)判斷在m/2n工作時(shí)間周期內(nèi)是否接收到來自主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)補(bǔ)償信息；若未接收到，則在m/2n工作時(shí)間周期結(jié)束后進(jìn)入掉電模式等待下一個(gè)m周期到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟b開始執(zhí)行；若接收到，則轉(zhuǎn)入步驟i繼續(xù)執(zhí)行；步驟1:從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)操作，根據(jù)秒脈沖更新補(bǔ)償操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的同步；
步驟j:從節(jié)點(diǎn)同步補(bǔ)償結(jié)束后在m/2n工作時(shí)間周期結(jié)束后進(jìn)入掉電模式等待下一個(gè)m周期到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟b開始執(zhí)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:本發(fā)明通過分別建立主從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表，在充分考慮影響節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的主要因素下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的誤差允許條件，進(jìn)行主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步操作。一方面消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘由晶體振蕩器老化率引起的誤差，另一方面消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘由晶體振蕩器頻率誤差引起的誤差，同時(shí)在保證網(wǎng)絡(luò)可靠同步的基礎(chǔ)上盡可能地減少網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)同步，不僅提高了同步的精度，而且也提高了同步效率和網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。進(jìn)一步的，本發(fā)明中主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主要同步操作計(jì)算，從節(jié)點(diǎn)僅進(jìn)行必要的同步操作計(jì)算，同時(shí)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性自喚醒操作與處理有效地減少了空閑偵聽的能耗，而且減少了網(wǎng)絡(luò)碰撞的幾率，采用的秒脈沖更新補(bǔ)償操作運(yùn)算更保證了很高的同步精度。進(jìn)一步的，本發(fā)明的節(jié)能時(shí)間同步不需要用戶的干預(yù)，有著良好的自適應(yīng)性、同步精度和節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可很好的適用于高精度、低功耗的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)中。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的晶體振蕩頻率隨溫度變化的曲線示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)間同步方法流程示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下敘述中詳細(xì)闡述了本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體方式的限制。正如背景技術(shù)中所描述的，對(duì)于采用同一型號(hào)批次晶體振蕩器的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，影響本地時(shí)鐘偏差的主要因素是晶體振蕩器的誤差引起的，而采用現(xiàn)有的時(shí)間同步技術(shù)存在同步精度低、功耗大、成本高等缺點(diǎn)，不能適用于無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)低功耗高精度的應(yīng)用需要。如圖1所示的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)模型示意圖，包括一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和η個(gè)從節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)通過串行通信相連，采用固定電源供電；從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)通過無線通信相連，采用電池供電。因此，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步就是要保證網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定可靠協(xié)同工作的前提下盡可能地節(jié)約從節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。為此，本發(fā)明提出，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的主要任務(wù)應(yīng)由主節(jié)點(diǎn)完成，從節(jié)點(diǎn)僅完成必要的任務(wù)?？梢韵扔芍鞴?jié)點(diǎn)根據(jù)影響實(shí)時(shí)時(shí)鐘偏差的因素，計(jì)算出一個(gè)周期內(nèi)與從節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘誤差是否在允許范圍內(nèi)，如果在允許范圍內(nèi)則不需要進(jìn)行同步操作，否則將校正信息發(fā)送給從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的同步操作。而為了減少從節(jié)點(diǎn)空閑偵聽的能耗和避免從節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)碰撞現(xiàn)象，從節(jié)點(diǎn)采用周期性自喚醒工作模式，為了保證良好的同步精度，采用秒脈沖更新補(bǔ)償操作。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)間同步方法的流程示意圖，如圖3所示，所述的時(shí)間同步方法包括:步驟Sll:建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表；步驟S12:建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表；步驟S13:主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作。下面將結(jié)合本發(fā)明所給出的實(shí)現(xiàn)方法對(duì)本發(fā)明的時(shí)間同步方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。步驟Sll,建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表。1、在本實(shí)施例中，所述主節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選擇的晶體振蕩器的老化率特點(diǎn)建立以年為周期的初始化同步模式，設(shè)定5年的同步周期模式，每一年進(jìn)行一次初始化同步，從而消除晶體振蕩器因老化帶來的時(shí)鐘誤差，提高時(shí)間同步的精度；2、在本實(shí)施例中，所述主節(jié)點(diǎn)以圖1所示的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，建立以m為周期的網(wǎng)絡(luò)同步周期，則每個(gè)周期內(nèi)主節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步工作時(shí)間為m/n，從節(jié)點(diǎn)是最大時(shí)間同步工作時(shí)間為m/n ；3、在本實(shí)施例中，所述主節(jié)點(diǎn)設(shè)定影響實(shí)時(shí)時(shí)鐘的頻率誤差差值的允許閾值Y ；4、在本實(shí)施例中，所述主節(jié)點(diǎn)將由最小二乘法擬合后的采用同一型號(hào)批次的主從節(jié)點(diǎn)晶體振蕩器頻率偏差固有系數(shù)a和Ttl寫入計(jì)算表中，其中a和Ttl的可按以下操作求出，首先測(cè)量不同溫度T下晶體振蕩器頻率偏差y，然后利用最小二乘法擬合出如圖2所示的晶體振蕩器頻率偏差的拋物線方程y = aCr-1gib，再取某固定溫度帶入即可得出拋物線系數(shù)a和轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn)Ttl ；5、在本實(shí)施例中，所述主節(jié)點(diǎn)根據(jù)頻率偏差拋物線方程表示式y(tǒng) = a (T-Tci) 2+b，建立頻率誤差差值計(jì)算模型Ay = yx-yxx = a (Tx-Txx) (TX+TXX_2T),其中yx表示主節(jié)點(diǎn)在第x時(shí)刻的頻率誤差，Yxx表示從節(jié)點(diǎn)在第X時(shí)刻的頻率誤差，a為晶振頻率誤差的二次系數(shù)，T0為晶振頻率誤差的轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn)，Tx為主節(jié)點(diǎn)在第X時(shí)刻的溫度，Txx為主節(jié)點(diǎn)在第X時(shí)刻的溫度；建立頻率誤差累積代數(shù)和計(jì)算模型Σ Ay= Λ y1+Ay2+...+Ayk,即計(jì)算前k次網(wǎng)絡(luò)同步自喚醒周期中未進(jìn)行補(bǔ)償發(fā)送的頻率誤差差值的代數(shù)和；建立補(bǔ)償時(shí)間計(jì)算模型At=mX32768X Σ AyX 1/32768 = mX Σ Λ y，式中m為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步補(bǔ)償間隔，即為網(wǎng)絡(luò)同步周期。步驟S12:建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表。1、在本實(shí)施例中，所述從節(jié)點(diǎn)為了有效減少空閑偵聽的能耗，根據(jù)所述主節(jié)點(diǎn)設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)同步周期m，設(shè)定以m為周期的自喚醒模式，即從節(jié)點(diǎn)每隔m周期喚醒一次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與同步工作；2、在本實(shí)施例中，所述從節(jié)點(diǎn)為了避免節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)碰撞導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)崩潰現(xiàn)象，根據(jù)每個(gè)周期內(nèi)可進(jìn)行的最大工作時(shí)間m/n,設(shè)定每次自喚醒后的工作時(shí)間為m/2n ；3、在本實(shí)施例中，所述從節(jié)點(diǎn)為了保證更高的同步精度，采用秒脈沖更新補(bǔ)償操作進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。其中秒脈沖更新補(bǔ)償可按以下操作執(zhí)行，首先記錄寫入補(bǔ)償信息的時(shí)間h，判讀補(bǔ)償時(shí)間At的正負(fù)，若At > 0，則從節(jié)點(diǎn)相對(duì)主節(jié)點(diǎn)是超前，從節(jié)點(diǎn)等待At-t0時(shí)間后再進(jìn)行一次脈沖更新；若At < 0，則從節(jié)點(diǎn)相對(duì)主節(jié)點(diǎn)是滯后，從節(jié)點(diǎn)等待l/f0-At-t0時(shí)間后再進(jìn)行一次脈沖更新。
步驟S13:主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作。在分別建立主從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表后，具體的，需要主從節(jié)點(diǎn)完成相應(yīng)的時(shí)間同步操作,如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例中主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作流程，包括以下步驟:步驟a:主從節(jié)點(diǎn)以年為周期進(jìn)行初始化；步驟b:從節(jié)點(diǎn)以m為周期進(jìn)行自喚醒，工作m/2n個(gè)時(shí)間周期，向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后進(jìn)入空閑等待模式轉(zhuǎn)步驟h執(zhí)行；步驟c:主節(jié)點(diǎn)進(jìn)入定時(shí)中斷時(shí)間同步工作模式,工作m/n個(gè)時(shí)間周期,接收從節(jié)點(diǎn)以m為周期自喚醒發(fā)送的數(shù)據(jù)信息；步驟d:主節(jié)點(diǎn)根據(jù)從節(jié)點(diǎn)第X時(shí)刻發(fā)送的溫度txx和自身在第X時(shí)刻測(cè)量的溫度tx利用頻率誤差差值計(jì)算模型進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，求出Ay ;并求出頻率誤差差值的累積代數(shù)和Σ Ay ；步驟e:主節(jié)點(diǎn)通過比較Σ Ay與設(shè)定頻率誤差差值允許閾值Y的大小來決定是否向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；若I Σ Ay < Y未超過閾值則不發(fā)送數(shù)據(jù)至從節(jié)點(diǎn)，僅將累積誤差差值Σ Δ y帶入下一個(gè)m周期該從節(jié)點(diǎn)的同步計(jì)算中，并等待定時(shí)中斷時(shí)間同步工作時(shí)間m/n到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟c開始執(zhí)行；若I Σ Λ y I > Y超過閾值則轉(zhuǎn)入步驟f繼續(xù)執(zhí)行；步驟f:主節(jié)點(diǎn)根據(jù)補(bǔ)償時(shí)間計(jì)算模型計(jì)算出補(bǔ)償時(shí)間Λ t并發(fā)送至從節(jié)點(diǎn)；步驟g:主節(jié)點(diǎn)在發(fā)送結(jié)束后將累積誤差差值Σ Ay清零處理，并等待定時(shí)中斷時(shí)間同步工作時(shí)間m/n到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟c開始執(zhí)行；步驟h:從節(jié)點(diǎn)判斷在m/2n工作時(shí)間周期內(nèi)是否接收到來自主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)補(bǔ)償信息；若未接收到，則在m/2n工作時(shí)間周期結(jié)束后進(jìn)入掉電模式等待下一個(gè)m周期到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟b開始執(zhí)行；若接收到，則轉(zhuǎn)入步驟i繼續(xù)執(zhí)行；步驟1:從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)操作，根據(jù)秒脈沖更新補(bǔ)償操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的同步；步驟j:從節(jié)點(diǎn)同步補(bǔ)償結(jié)束后在m/2n工作時(shí)間周期結(jié)束后進(jìn)入掉電模式等待下一個(gè)m周期到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟b開始執(zhí)行。本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)間同步裝置的工作過程，可以參見上述的時(shí)間同步方法進(jìn)行。綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案至少有如下有益效果:本發(fā)明通過分別建立主從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表，在充分考慮影響節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的主要因素下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的誤差允許條件，進(jìn)行主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步操作。一方面消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘由晶體振蕩器老化率引起的誤差，另一方面消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘由晶體振蕩器頻率誤差引起的誤差，同時(shí)在保證網(wǎng)絡(luò)可靠同步的基礎(chǔ)上盡可能地減少網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)同步，不僅提聞了同步的精度，而且提聞了同步效率，提聞了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。進(jìn)一步的，本發(fā)明中主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主要同步操作計(jì)算，從節(jié)點(diǎn)僅進(jìn)行必要的同步操作計(jì)算，同時(shí)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性自喚醒操作與處理有效地減少了空閑偵聽的能耗，而且減少了網(wǎng)絡(luò)碰撞的幾率，采用的秒脈沖更新補(bǔ)償操作運(yùn)算更是可以保證很高的同步精度。進(jìn)一步地，本發(fā)明的節(jié)能時(shí)間同步不需要用戶的干預(yù)，有著良好的自適應(yīng)性、同步精度和節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可很好的適用于高精度、低功耗的無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)中。以上所述的本發(fā)明的具體實(shí)施例，僅是對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方面和有益效果進(jìn)行的詳細(xì)說明，但并不是用來限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)與修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換和改進(jìn)等，均在本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，包括如下步驟: 步驟一，建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表； 步驟二，建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表； 步驟三，主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，其特征在于，所述建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表包括以下步驟: 步驟一，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選的晶體振蕩器特點(diǎn)建立以年老化率為周期的初始化同步模式； 步驟二，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)建立以m為周期的網(wǎng)絡(luò)同步周期，每個(gè)周期內(nèi)主節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步工作時(shí)間為m/n，從節(jié)點(diǎn)的最大時(shí)間同步工作時(shí)間為m/n ； 步驟三，主節(jié)點(diǎn)設(shè)定影響實(shí)時(shí)時(shí)鐘的頻率誤差差值的允許閾值Y ； 步驟四，主節(jié)點(diǎn)將由最小二乘法擬合后的采用同一型號(hào)批次的主從節(jié)點(diǎn)晶體振蕩器頻率偏差固有系數(shù)a和Ttl寫入計(jì)算表中； 步驟五，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)頻率偏差拋物線方程表示式y(tǒng) = a (T-Ttl)Wb,建立頻率誤差差值計(jì)算模型Ay = yx-yxx,其中yx表示主節(jié)點(diǎn)在第x時(shí)刻的頻率誤差，yxx表示從節(jié)點(diǎn)在第x時(shí)刻的頻率誤差；建立頻率誤差累積代數(shù)和計(jì)算模型Σ Ay= Ay1+Ay2+...+Ayk,即計(jì)算前k次網(wǎng)絡(luò)同步自喚醒周期中未進(jìn)行補(bǔ)償發(fā)送的頻率誤差差值的代數(shù)和；建立補(bǔ)償時(shí)間計(jì)算模型At=mX Σ Ay，式中m為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步補(bǔ)償間隔，即為網(wǎng)絡(luò)同步周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所 述的無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，其特征在于，所述建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表包括以下步驟: 步驟一、從節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)同步周期m設(shè)定以m為周期的自喚醒模式； 步驟二、從節(jié)點(diǎn)設(shè)定每個(gè)周期內(nèi)自喚醒后的工作時(shí)間為m/2n ； 步驟三、從節(jié)點(diǎn)根據(jù)晶體振蕩器的頻率進(jìn)行秒脈沖更新補(bǔ)償操作，首先記錄寫入補(bǔ)償信息的時(shí)間&，判斷補(bǔ)償時(shí)間At的正負(fù)，根據(jù)補(bǔ)償信息At的正負(fù)來判斷從節(jié)點(diǎn)相對(duì)主節(jié)點(diǎn)是超前還是滯后，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，其特征在于，所述主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作包括以下步驟: 步驟a，主從節(jié)點(diǎn)以年為周期進(jìn)行初始化； 步驟b，從節(jié)點(diǎn)以m為周期進(jìn)行自喚醒，工作m/2n個(gè)時(shí)間周期，向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后進(jìn)入空閑等待模式轉(zhuǎn)步驟h執(zhí)行； 步驟c,主節(jié)點(diǎn)進(jìn)入定時(shí)中斷時(shí)間同步工作模式，工作m/n個(gè)時(shí)間周期,接收從節(jié)點(diǎn)以m為周期自喚醒發(fā)送的數(shù)據(jù)信息； 步驟d，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)從節(jié)點(diǎn)第X時(shí)刻發(fā)送的溫度Txx和自身在第X時(shí)刻測(cè)量的溫度Tx利用頻率誤差差值計(jì)算模型進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，求出Ay ;并求出頻率誤差差值的累積代數(shù)和Σ Ay ； 步驟e，主節(jié)點(diǎn)通過比較Σ Δ y與設(shè)定頻率誤差差值允許閾值Y的大小來決定是否向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；若I Σ Ay < Y未超過閾值則不發(fā)送數(shù)據(jù)至從節(jié)點(diǎn)，僅將累積誤差差值Σ Ay帶入下一個(gè)m周期該從節(jié)點(diǎn)的同步計(jì)算中，并等待定時(shí)中斷時(shí)間同步工作時(shí)間m/n到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟c開始執(zhí)行；若I Σ Ay >Y超過閾值則轉(zhuǎn)入步驟f繼續(xù)執(zhí)行；步驟f，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)補(bǔ)償時(shí)間計(jì)算模型計(jì)算出補(bǔ)償時(shí)間At并發(fā)送至從節(jié)點(diǎn)； 步驟g，主節(jié)點(diǎn)在發(fā)送結(jié)束后將累積誤差差值Σ Ay清零處理，并等待定時(shí)中斷時(shí)間同步工作時(shí)間m/n到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟c開始執(zhí)行； 步驟h，從節(jié)點(diǎn)判斷在m/2n工作時(shí)間周期內(nèi)是否接收到來自主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)補(bǔ)償信息；若未接收到，則在m/2n工作時(shí)間周期結(jié)束后進(jìn)入掉電模式等待下一個(gè)m周期到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟b開始執(zhí)行；若接收到，則轉(zhuǎn)入步驟i繼續(xù)執(zhí)行； 步驟i，從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)操作，根據(jù)秒脈沖更新補(bǔ)償操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的同步； 步驟j，從節(jié)點(diǎn)同步補(bǔ) 償結(jié)束后在m/2n工作時(shí)間周期結(jié)束后進(jìn)入掉電模式等待下一個(gè)m周期到達(dá)后轉(zhuǎn)步驟b開始執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，其特征在于，所述建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表包括以下步驟: 步驟一、從節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)同步周期m設(shè)定以m為周期的自喚醒模式； 步驟二、從節(jié)點(diǎn)設(shè)定每個(gè)周期內(nèi)自喚醒后的工作時(shí)間為m/2n ； 步驟三、從節(jié)點(diǎn)根據(jù)晶體振蕩器的頻率進(jìn)行秒脈沖更新補(bǔ)償操作，首先記錄寫入補(bǔ)償信息的時(shí)間&，判斷補(bǔ)償時(shí)間At的正負(fù)，根據(jù)補(bǔ)償信息At的正負(fù)來判斷從節(jié)點(diǎn)相對(duì)主節(jié)點(diǎn)是超前還是滯后，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法，包括執(zhí)行以下步驟步驟一，建立主節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表；步驟二，建立從節(jié)點(diǎn)相對(duì)同步計(jì)算表；步驟三，主從節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步操作。本發(fā)明一方面消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘由晶體振蕩器老化率引起的誤差，另一方面消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘由晶體振蕩器頻率誤差引起的誤差，同時(shí)在保證網(wǎng)絡(luò)可靠同步的基礎(chǔ)上盡可能地減少網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)同步，不僅提高了同步的精度，而且提高了同步效率，提高了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，是一種精度高、功低耗、方便快捷、可適用于無線測(cè)溫網(wǎng)的節(jié)能時(shí)間同步方法。
文檔編號(hào)H04W56/00GK103096458SQ20131002130
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者陳鵬, 劉力 申請(qǐng)人:陳鵬