[发明专利]分布式无线传感网时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式无线传感器网络时间同步方法，特别是一种分布式的，高精度和高稳定性的时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络是当前研究的热点问题。此类网络由大量的分布式节点组成，节点间以自组织的方式进行相互通信，可获取周围环境中的各种实时信息。此类网络具有随机布设，覆盖广泛的特点，关系国家军事安全，企业测控，环境评估等方方面面。

时间同步是无线传感网的重要基础技术，可服务于多种传感网高层应用。基于分布式架构的无线传感网时间同步是当前研究的热点问题。一方面，组成传感网的节点之间多为分布式架构，当前研究的诸多分布式算法皆可应用于无线传感器网络。另一方面，采用分布式架构可以提供更好的鲁棒性能和抗毁性能，能够提高网络稳定性。在分布式算法中，一类比较突出的算法称作分布式平均算法。分布式平均算法采用分布式结构，仅需节点间进行局部信息交互，即可获取全网络数据的平均值。

无线传感网的时间同步技术面临噪声干扰问题。时间同步中的干扰噪声由节点间相互传递时间信息的过程中引入，其分布函数近似于高斯分布[Elson J,Girod L,Estrin D.Fine‐grained network time synchronization using reference broadcasts[J].ACM SIGOPS Operating Systems Review,2002,36(SI):147‐163.]。噪声的引入会降低分布式时间同步的稳定性，导致算法难以收敛到准确的平均值。这给实现精准的全网络时间同步带来了困难。本发明拟提供一种分布式无线传感网时间同步协议，以克服存在的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式无线传感网时间同步方法，应用于无线传感器网络，可降低传输噪声对时间同步的影响。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种基于低通滤波技术的分布式平均方法，对节点时间更新量低通滤波，应用于传感网时间同步协议。包括以下步骤：

(1)传感网中的所有节点发布包含自己标识符的信息，并收集周围邻居节点的标识符信息，节点利用该信息建立邻居列表；

(2)节点广播时间信息，接收来自邻居的被噪声干扰的时间信息，并进行邻居列表完善；

(3)节点利用分布式平均方法更新本地时间。

所述步骤(3)还包括以下子步骤：

(31)节点收集邻居节点时间信息，利用分布式平均计算时间更新量，由于邻居时间信息含有干扰噪声，该时间更新量难以实现全网稳定收敛；

(32)节点对时间更新量低通滤波，去除时间信息中高频噪声对分布式平均收敛性的影响，提升全网络同步精度；

(33)节点利用时间更新量调整本地时间，记录当前时间更新量以备下次迭代使用；

(34)节点通过比较时间更新量和设定阈值，判断是否需要继续发送时间信息，节点通过定时器超时信息判断全网络时间更新是否结束。

所述步骤(31)具体包括节点利用上次时间更新量，对当前时间更新量低通滤波，并计算出滤波后的时间更新量。通过对更新量低通滤波，可有效去除时间信息中噪声对分布式平均算法稳定性的影响，提升全网络时间同步的精度。另外，通过调整低通滤波器的因子系数，节点可有效应对不同程度的干扰噪声。

所述步骤(34)具体包括节点计算出自身时间与邻居时间的误差，并将该误差与预设定的阈值进行对比。如果误差大于某一门限值，节点继续执行步骤(2)；如果误差小于等于某一门限值，节点启动定时器。如果定时器超时后，节点收到来自邻居的时间信息，则启动步骤(3)；反之，节点认为全网络时间同步已经实现，终止时间更新操作。