[发明专利]一种无线网络中移动传感陌生节点入网的时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络中移动传感陌生节点入网的时间同步方法，尤其涉及一种无线网络中移动传感陌生节点融入Zigbee网络的时间同步方法，属于无线传感网通信技术领域。

背景技术

无线传感网技术是一门涉及计算机、微电子、传感器、网络、通信和信号处理等诸多领域的交叉学科。作为无线传感网络的基础构件之一，时间同步服务不仅是无线传感网络各种应用正常运行的必要条件，并且同步精度直接决定了其他服务的质量。

在集中式系统中，由于任何进程或模块都可以从系统唯一的全局时钟中获取时间，因此系统内任何两个事件都有着明确的先后关系。而在分布式系统中，由于物理上的分散性布局，系统无法为彼此间相互独立的模块提供一个统一的时钟，而由各个进程或模块各自维护它们的本地时钟。由于这些本地时钟的计时速率、运行环境存在不一致性，因此即使所有的本地时钟在某一个时刻都被校准，一段时间后，这些本地时钟也会出现失步。为了让这些本地时钟再次达到相同的时间值，必须进行时间同步操作。无线传感网是典型的分布式系统，在该系统内部的各个传感节点之间就需要时间同步操作。

泛在网络的实现，采用一两种无线技术是不可能办到的。它需要将包括WLAN(WiFi)、WMAN(WiMAX)、GSM/CDMA、GPRS、3G、WPAN(Bluetooth、Zigbee、UWB)等在内的不同领域的通信技术相互组合和补充，构建一个多种无线通信和接入模式的架构，能有效地在任何时间连接至任何用户设备。近年来，无线传感网的各种标准竞相发展，其中最具活力和应用前途的是低功耗近距离无线组网通信的Zigbee技术。在相对于UTC的传统时间同步方法中，GPS同步精度可达100ns，用于NTP协议的Internet同步精度在微秒级，而无线传感网络时间同步精度往往在秒级。

基于Zigbee技术的无线传感网各个节点之间相互独立并以无线通信的方式通信，每个节点维护一个计时器，计时信号一般由价廉的晶振提供。由于晶振制造工艺的差别，加上在长时间运行中受到电压、温度以及晶体老化等多种偶然因素的影响，每个晶振的频率很难保持一致，进而导致无线传感网络中节点的计时速率总有偏差，造成了网络节点时间的失步。在无线传感网络中，时间同步不仅是网络各种应用正常运行的必要条件，而且同步精度直接决定其它服务的质量。目前，无线传感网的时间同步主要有3个研究方向：(1)如何设计时间同步协议，使得时间同步精度尽可能高；(2)如何设计满足应用需求的低功耗的时间同步协议，以尽可能地延长网络生命期；(3)如何设计可扩展性强的时间同步协议或算法，以适应不断扩大的网络规模和由此带来的动态性增强。

发明目的

本发明的目的在于提出一种无线传感网络中移动传感陌生节点入网的时间同步方法，针对已有技术中的动态移动传感陌生节点融入既有Zigbee传感网而提出，通过移动传感陌生节点主动接入来提高Zigbee网络的规模扩展和增加网络服务能力，确保移动传感陌生节点和既有Zigbee网络保持一定精度的时间同步，在通信之前完成时间同步处理，以实现通信和数据融合。

本发明提出的无线网络中移动传感陌生节点入网的时间同步方法，包括以下步骤：

(1)当移动传感陌生节点进入Zigbee网络的覆盖区域时，移动传感陌生节点在每个时间周期内与Zigbee网络中最近的节点交互2个初始信息，若2个初始信息交互不成功，则处于就绪状态，若2个初始信息交互成功，则移动传感陌生节点进入时间同步置信度估计；

(2)当移动传感陌生节点时间同步置信度大于90％时，对移动传感陌生节点同步头中的同步帧进行检查，得到移动传感陌生节点的当前时间，并将该当前时间发送至初始信息交互成功的网络节点中的2个节点；该2个网络节点将当前时间发送至Zigbee网络中的簇节点，簇节点将接收的当前时间向Zigbee网络广播；

(3)当移动传感陌生节点时间同步的置信度小于90％时，将移动传感陌生节点与初始信息交互成功的网络节点中的2个节点之间的时间差分别记录为ΔT1、ΔT2，若|ΔT1-ΔT2|＜θ，则使移动传感陌生节点的时钟与Zigbee网络同步，并重新设置移动传感陌生节点中的当前时间，其中θ为设定的容许时间误差；若|ΔT1-ΔT2|＞θ，则移动传感陌生节点在Zigbee网络覆盖范围内继续交互初始信息，直至初始信息交互成功的节点数大于或等于3；以所有初始信息交互成功的节点的当前时间的平均值作为时间同步的基准时间T0，并对移动传感陌生节点的同步帧进行重新设置，移动传感陌生节点对Zigbee网络的所有节点时钟进行时间同步；