[发明专利]无线传感器网络时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由分布在监测区域内的大量传感器节点按照无线通信的方式组成的一种自组织网络。通过节点间的相互协作，将监测区域内的多种环境信息进行采集、处理、融合，并通过主节点路由传输到基站，使用户可以通过卫星或因特网执行查看、控制等操作。

无线传感器网络技术具有广阔的应用前景，在军事、环境、生物、医疗保健、空间探索、气候监测、灾难救援等领域得到广泛地应用。时间同步作为无线传感器网络的一项重要支撑技术，是无线传感器网络非常重要的组成部分。准确的时间同步是实现无线传感器网络自身协议的运行、数据融合、时分多址接入(Time Division Multiple Access，TDMA)调度、协同休眠、精准定位等的基础。无线传感器网络用于各种监测领域，其重要作用主要体现在能够实时采集数据信息，使用户可以根据数据信息诊断疫情、预防危险和灾害，避免因时间延缓和监测不及时造成的损失。

然而，无线传感器网络中所有节点都有自己的本地时钟，且不同节点中的晶体振荡器频率存在偏差，在受到温度、电磁波干扰等因素的影响后，即使某一时刻所有节点都达到时间同步，它们的时间也会逐渐出现偏差，而分布式网络系统能够进行协同工作的关键就是要节点的时间同步。如网络中多个节点的温度数据汇聚和融合需要高精度的时间同步作为保障，否则将大大降低数据之间的关联性，达不到融合的效果。节点采用协同休眠机制节约能量也需要高精度的时间同步，否则会因时隙混乱而无法完成协同休眠操作。与此同时，对于分布式网络系统结构的无线传感器网络，中心节点具有持续稳定的电源，终端节点却存在能量受限的问题。这就决定了进行时间同步需要尽量节约能量。因此，无线传感器网络对时间同步的要求主要体现在高精度和低功耗。

目前，已经被广泛应用于无线传感器网络的经典时间同步协议主要采用时钟漂移补偿、媒体访问控制(Media Access Control，MAC)层时间戳技术以及双向报文交换等方法。

如公开号为CN102083183，公开日为2011年6月1日的中国专利文献公开的一种无线传感器网络的相对时间同步的低能耗休眠侦听方法则通过获取邻居节点的同步信息，建立相对同步表，拟合信息后估算时钟偏移与漂移，实现节点间相对同步并预测接收节点醒来时间，缩短发送前导，节省能量开销。公开号为CN101883420，公开日为2010年11月10日的中国专利文献公开的一种无线传感器网络时间同步方法通过周期间隔同步、温斯特法预测校准相结合的方法根据晶振的频率特性校准逻辑时间来进行同步，降低算法执行频率、降低同步开销。

但是，上述的发明方法中都采用预测结果修正自己的逻辑时间，同步精度不高，同时节点需要进行空闲侦听和大量的计算，不能有效地节约节点的能量，因此在精度和能耗上都不能很好地满足无线传感器网络的特殊要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络时间同步方法，节约网络节点能耗。

本发明通过以下技术方案实现：

一种无线传感器网络的时间同步方法，包括执行以下步骤：

步骤1、建立温度预测计算时间间隔周期模型；

步骤2、中心节点标准源秒脉冲预测自校准；

步骤3、终端节点依次自唤醒预测同步校准。

优选地，所述建立温度预测计算时间间隔周期模型包括以下步骤：

步骤1.1、根据如图3所示的补偿前后晶体振荡器频率偏差对比曲线图，建立f(x)与x的关系表，其中晶体振荡器频率偏差与温度关系式为：

f(x)＝a+bx+cx²，

式中f(x)为晶体振荡器的频率偏差，a，b，c分别为晶体振荡器的初始误差、误差系数、漂移误差系数，可根据所选择的晶体振荡器得出，x为节点所测的温度，x的间隔可以设定为0.1℃；

步骤1.2、建立时间偏差Δt计算模型，即计算设定的一个时间间隔周期t₀内的时间偏差，计算公式为：