都是重新根據(jù)STD標準來選擇父節(jié)點的，所以節(jié)點5選取I作為父節(jié)點完成同步。如果在DMTS或者TPSN等具有固定層次拓撲的多跳同步中，雖然協(xié)議具有一些抗毀滅性的措施，但是當(dāng)拓撲發(fā)生強烈變化時，將會直接導(dǎo)致整個同步協(xié)議崩潰。所以，本發(fā)明的同步器能良好的應(yīng)對拓撲的實時變化，適用于節(jié)點弱移動的場合。
[0032]4.抗毀滅性
[0033]如圖4所示，灰色虛線節(jié)點代表損壞節(jié)點。由于節(jié)點較多的損壞導(dǎo)致待同步節(jié)點5的直接上跳節(jié)點都缺失了，不過根據(jù)本發(fā)明的同步器的動態(tài)拓撲特性照樣可以通過1-4-3-7-6-5路徑完成同步。雖然跳數(shù)增加會導(dǎo)致同步誤差變大，但是不至于節(jié)點5被孤立而不能完成同步。若使用固定層次拓撲的同步協(xié)議，則節(jié)點5是不會跟下層節(jié)點6進行同步的，從而使節(jié)點5被孤立而同步失效。
[0034]5.可擴展性
[0035]在固定層次拓撲的時間同步協(xié)議中，往往都是先建立好層次拓撲后再進行時間同步。在這類協(xié)議里，如果增加了一些新節(jié)點則必須重新啟動協(xié)議，先發(fā)包含層次的數(shù)據(jù)包，然后同步，這樣協(xié)議的擴展性就受到限制。而且如果在實際網(wǎng)絡(luò)中運行的協(xié)議要重啟，一般都必須重啟節(jié)點的電源，那這樣在實際大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)上操作是很不現(xiàn)實的，同時會直接影響網(wǎng)絡(luò)的其他服務(wù)的提供。而在本發(fā)明的同步器中同步協(xié)議運行時，新加入的節(jié)點會自動選擇最佳STD的上跳節(jié)點作為父節(jié)點進行同步。如果新加入的節(jié)點數(shù)目較多的話，則可以根據(jù)需要發(fā)起一定次數(shù)的快速同步，使新節(jié)點的時鐘大致的統(tǒng)一到網(wǎng)絡(luò)的標準時間。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明基于頻偏競標和動態(tài)拓撲同步器的根節(jié)點工作示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明基于頻偏競標和動態(tài)拓撲同步器的非根節(jié)點工作示意圖；
[0038]圖3是本發(fā)明基于頻偏競標和動態(tài)拓撲同步器在動態(tài)拓撲中同步過程示意圖；
[0039]圖4是本發(fā)明基于頻偏競標和動態(tài)拓撲同步器的抗毀滅性效果圖；
[0040]圖5是本發(fā)明基于頻偏競標和動態(tài)拓撲同步器快速和慢速同步各跳完成同步延時對比圖；
[0041]圖6是本發(fā)明基于頻偏競標和動態(tài)拓撲同步器的頻偏競標效果對比圖。
【具體實施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0043]本發(fā)明是一種基于頻偏競標及動態(tài)拓撲的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步器，同步時節(jié)點選取時鐘頻率穩(wěn)定且同步跳數(shù)少的父節(jié)點進行同步，達到抑制多跳誤差累積的效果。并采用一種快慢同步結(jié)合的策略，滿足網(wǎng)絡(luò)中對同步精度和收斂時間兩種性能指標的要求。節(jié)點利用跳數(shù)信息動態(tài)選擇父節(jié)點，可以適合動態(tài)拓撲網(wǎng)絡(luò)的時間同步要求，同時具有良好的抗毀滅性和擴展性。
[0044]本發(fā)明智能選路同步器依次經(jīng)過以下步驟:
[0045](I)根節(jié)點發(fā)起同步
[0046]開辟一個單獨的子進程作為服務(wù)端，監(jiān)聽下跳節(jié)點發(fā)來的TPSN同步請求，并及時給予回應(yīng)。主進程使用廣播發(fā)送快速同步包，每發(fā)一次同步包就將同步輪(Synchronizat1n Num，SN)的數(shù)值加I。間隔一個快速同步周期(Fast Per1d，F(xiàn)P)的時間后，判斷同步輪次SN是否大于預(yù)先設(shè)定的快速同步次數(shù)(Fast Num, FN)，如果不成立則繼續(xù)發(fā)送快速同步，如果成立進行慢速同步。當(dāng)快速同步完成后，根節(jié)點就開始發(fā)送慢速同步包開啟頻偏競標過程。
[0047](2)非根節(jié)點快速同步
[0048]開辟一個單獨的子進程作為服務(wù)端，監(jiān)聽下跳節(jié)點發(fā)來的TPSN同步請求，并及時給予回應(yīng)。主進程開設(shè)一個服務(wù)端，監(jiān)聽廣播發(fā)來的同步包。收到第一個數(shù)據(jù)包后，如果是快速同步數(shù)據(jù)包，而且同步輪次值比上一輪的值大，則進行快速同步，即立刻選定這個節(jié)點為父節(jié)點。
[0049](3)非根節(jié)點慢速同步
[0050]如果本輪次收到的第一個數(shù)據(jù)包是慢速同步包，開啟慢速同步過程。記錄下該數(shù)據(jù)包并計算出其STD的值。啟動定時器，設(shè)定超時時間(Time Out，TO)的數(shù)值。繼續(xù)監(jiān)聽其他節(jié)點可能發(fā)來的廣播包。如果收到新的慢速同步包后，計算其STD的值，然后跟記錄的本輪次的STD相比較。如果比記錄值大，則丟棄。如果比記錄的小，則用新數(shù)據(jù)包更新記錄消息。判斷定時器是否到時，沒到時則繼續(xù)監(jiān)聽，到時則發(fā)起類TPSN同步。慢速同步中選擇記錄的STD值最小的節(jié)點為父節(jié)點。
[0051](4)類TPSN單跳范圍同步
[0052]當(dāng)待同步節(jié)點選定父節(jié)點后，關(guān)閉同步數(shù)據(jù)包的監(jiān)聽；向父節(jié)點發(fā)起類TPSN的同步請求；父節(jié)點收到同步請求后及時回應(yīng)消息。待同步節(jié)點利用本次同步過程記錄的4個時間值，計算出時間偏差和延時，并進行本地時鐘的校正；然后向其他節(jié)點發(fā)出同步包。
[0053](5)網(wǎng)絡(luò)的擴展
[0054]當(dāng)有新的節(jié)點加入到已經(jīng)運行的網(wǎng)絡(luò)中時，他們可以根據(jù)競標標準STD自動選擇最佳的上跳節(jié)點為父節(jié)點進行同步，而不需要重新啟動整個網(wǎng)絡(luò)的同步協(xié)議；如果加入的節(jié)點數(shù)據(jù)較多，則可以讓根節(jié)點發(fā)起一定次數(shù)的快速同步，使新節(jié)點的時鐘大致的統(tǒng)一到網(wǎng)絡(luò)的標準時間。
[0055]最后應(yīng)需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳的實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于頻偏競標及動態(tài)拓撲的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步器，其特征在于:提出了一種網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分簇機制，該機制通過減少節(jié)點的同步跳數(shù)來有效的減少同步誤差累積，然后節(jié)點選取時鐘頻率穩(wěn)定且同步跳數(shù)少的父節(jié)點進行同步，進一步抑制誤差的多跳累積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻偏競標及動態(tài)拓撲的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步器，其特征在于:采用一種快慢同步結(jié)合的策略滿足網(wǎng)絡(luò)中對同步精度和收斂時間兩種性能指標的要求，快速同步犧牲一定的精度來達到較短的同步收斂時間，慢速同步則通過延長收斂時間達到較高的同步精度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于頻偏競標及動態(tài)拓撲的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步器，其特征在于:節(jié)點利用跳數(shù)信息動態(tài)選擇父節(jié)點，可以適合動態(tài)拓撲網(wǎng)絡(luò)的時間同步要求，允許傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在同步過程中進行弱移動，節(jié)點動態(tài)選擇父節(jié)點同時使網(wǎng)絡(luò)具有良好的抗毀滅性和擴展性。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于頻偏競標及動態(tài)拓撲的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步器，其特征在于:具體經(jīng)過以下步驟: (1)根節(jié)點發(fā)起同步 同步開始時，由根節(jié)點根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)定同步數(shù)據(jù)包的類型為快速同步或者慢速同步，同時設(shè)定同步輪次和同步跳數(shù)等參數(shù)信息，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)出，啟動定時器，經(jīng)過一個同步周期的間隔后再次發(fā)起下一輪同步，同時監(jiān)聽并回應(yīng)下跳節(jié)點發(fā)來的同步請求； (2)非根節(jié)點快速同步 非根節(jié)點在同步開始時監(jiān)聽其他節(jié)點發(fā)來的同步數(shù)據(jù)包，收到第一個數(shù)據(jù)包后，如果是快速同步數(shù)據(jù)包，而且同步輪次值比上一輪的值大，則進行快速同步，即立刻選定這個節(jié)點為父節(jié)點； (3)非根節(jié)點慢速同步 非根節(jié)點監(jiān)聽其他節(jié)點發(fā)來的同步數(shù)據(jù)包，收到第一個同步輪次值比上一輪的值大的數(shù)據(jù)包后，如果是慢速同步數(shù)據(jù)包，則進行慢速同步，設(shè)定定時器開啟頻偏競標過程，在定時器到時之前，節(jié)點一直監(jiān)聽是否有其他同步數(shù)據(jù)包到來，對收到的數(shù)據(jù)包計算其競標標準STD，最終選取具有最小競標標準STD的節(jié)點為父節(jié)點； (4)類TPSN單跳范圍同步 當(dāng)待同步節(jié)點選定父節(jié)點后，關(guān)閉同步數(shù)據(jù)包的監(jiān)聽，向父節(jié)點發(fā)起類TPSN的同步請求，父節(jié)點收到同步請求后及時回應(yīng)消息，待同步節(jié)點利用本次同步過程記錄的4個時間值，計算出時間偏差和延時，并進行本地時鐘的校正，然后向其他節(jié)點發(fā)出同步包； (5)網(wǎng)絡(luò)的擴展 當(dāng)有新的節(jié)點加入到已經(jīng)運行的網(wǎng)絡(luò)中時，他們可以根據(jù)競標標準STD自動選擇最佳的上跳節(jié)點為父節(jié)點進行同步，而不需要重新啟動整個網(wǎng)絡(luò)的同步協(xié)議，如果加入的節(jié)點數(shù)目較多，貝1J可以讓根節(jié)點發(fā)起一定次數(shù)的快速同步，使新節(jié)點的時鐘大致的統(tǒng)一到網(wǎng)絡(luò)的標準時間。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種基于頻偏競標及動態(tài)拓撲的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步器。通過采用網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分簇機制來減少節(jié)點同步跳數(shù)后，節(jié)點選取時鐘頻率穩(wěn)定且同步跳數(shù)少的父節(jié)點進行同步，達到抑制多跳誤差累積的效果；并采用一種快慢同步結(jié)合的策略滿足網(wǎng)絡(luò)中對同步精度和收斂時間兩種性能指標的要求；節(jié)點利用跳數(shù)信息動態(tài)選擇父節(jié)點，可以適合動態(tài)拓撲網(wǎng)絡(luò)的時間同步要求，同時具有良好的抗毀滅性和擴展性；網(wǎng)絡(luò)中單跳范圍內(nèi)的節(jié)點間的同步采用類似TPSN雙向同步思想，消除了同步過程中的傳輸延時，達到高同步精度。
【IPC分類】H04W56/00, H04W40/02, H04W84/18
【公開號】CN105025568
【申請?zhí)枴緾N201510334182
【發(fā)明人】董恩清, 黃振強, 袁瑗, 高翔
【申請人】山東大學(xué)（威海）
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月16日