[发明专利]一种基于DPM模型的RB粒子滤波时间同步方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感网络时间同步领域，具体涉及一种基于DPM模型的RB粒子滤波时间同步方法。

背景技术

无线传感网络是由大量传感器节点自组织形成的无线网络，网络中各传感器节点都有自己的本地时钟。由于受晶振器频率偏差、传感器寿命以及外部环境的影响，传感器节点时钟往往存在时钟偏差。无线传感网络要利用时间同步技术来消除节点间的时钟偏差。无线传感网络时间同步是无线传感网络的一项重要支撑技术，是无线传感网络正常工作和应用的基础；无线传感网络自身协议的运以及无线传感网络的数据融合、协同睡眠、定位等应用都需要时间同步的支持。

无线传感网络时间同步主要分成三种模式：基于接收者-接收者的时间同步模式，基于发送者-接收者的单向时间同步模式和基于发送者-接收者的双向时间同步模式。其中，基于发送者-接收者的双向时间同步模式包含了双向时间信息交换机制。双向时间信息交换机制是高精度时间同步方法的基础，是待时间同步的传感器节点获得彼此时间信息的保障。

在基于双向时间信息交换机制的时间同步中，需要时间同步的节点要进行多次时间信息交换，交换过程如图1所示。例如第k次时间信息交换过程是：节点A在时刻T_1,k向节点B发送时间信息，时间信息记录了节点A发送信息的时刻T_1,k；节点B在时刻T_2,k收到时间信息；节点B接收完信息后，在时刻T_3,k向节点A发送时间信息，时间信息中包含T_2,k、T_3,k；节点A在时刻T_4,k接收完节点B发送的时间信息；每次双向时间信息交换得到时间信息数据{T_1,k,T_2,k,T_3,k,T_4,k}。在图1中，d是时间信息在节点A、B间的传播时间，一般d很小，可以忽略；θ_A是节点A的时钟相对节点B时钟的时钟偏差；R_k和M_k分别是节点B和节点A接收时间信息时的不确定时延，且分布未知。正如图1所示，A、B节点进行时间信息交换时，上行链路（由A到B）和下行链路（由B到A）分别存在分布未知的不确定时延R_k和M_k。不确定时延增加了时间同步的难度，影响了时间同步精度。发明内容

针对基于双向时间信息交换机制的无线传感网络时间同步中，不确定时延影响无线传感网络时间同步精度的问题，本发明提出了一种基于DPM模型的RB粒子滤波无线传感网络时间同步方法。本发明的思路是：首先将双向时间信息交换模型等效成动态马尔可夫模型，把双向时间信息交换过程中的不确定时延看作是动态马尔可夫过程的观测噪声，把时钟偏差看成是动态马尔可夫模型的状态变量；然后，利用DPM（Dirichlet process mixture，Dirichlet过程混合）模型描述观测噪声分布；最后，依据观测数据，利用RB粒子滤波（Rao-Blackwellised particle filter）估计出观测噪声分布参数和时钟偏差；最终，消除时钟偏差，实现时间同步。本发明的具体步骤如下：

步骤一：将双向时间信息交换模型等效成动态马尔可夫模型

依据图1，A，B节点进行双向时间信息交换时：