[发明专利]基于节点对的无线传感网络时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络时间同步方法，更确切地说本发明涉及一种基于节点对的无线传感网络时间同步方法，所述的同步方法能够为传感网提供开销低，精度高，收敛快的时间同步方案，尤其适用于大规模多跳网络。

背景技术

无线传感器网络是由大量传感器节点组成，可检测一定范围内的环境信息，为生产、生活提供监测数据。基于成本方面的考虑，传感器节点的硬件设备通常受限。这主要体现在两方面：传感器节点的数据汇聚过程往往需要通过多跳实现；传感器节点的晶体振荡器精度有限，各节点计数频率不一致。

时间同步是无线传感器网络的重要基础技术之一。主要服务于多类传感网应用：休眠机制，数据融合，跟踪定位，调度算法等。在无线传感器网络中，时间同步的获取需要经历时钟相偏和频偏的调整。一方面，传感器节点上电时间不同，其时钟相偏存在初始化差异。另一方面，节点晶体振荡器的工艺受限，其计数周期和时钟频率不一致。

无线传感器网络的时间同步技术存在多项挑战。首先，传感器节点受体积限制，其电池供电能力有限，这要求时间同步技术保持较低的通信开销。文献[Noh KL,Serpedin E,Qaraqe K A.A New Approach for Time Synchronization in Wireless Sensor Networks:Pairwise Broadcast Synchronization[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2008,7(9):3318–3322.]提出基于节点对的时间同步协议，其单跳同步范围为节点对通信范围交集，单跳同步面积过小，同步节点对较多，其同步通信开销也比较大。受硬件性能限制，传感器节点单跳时间同步存在不可避免的误差[Elson J E,Girod L,Estrin D.Fine-grained Network Time Synchronization Using Reference Broadcasts[J].ACM SIGOPS Operating Systems Review,2002,36(SI):147-163.]。传感网自身特性决定了信息传输的滞后性，根节点的时间信息需要经历多跳到达普通节点。在该过程中，单跳同步误差会逐步积累。传统时间同步协议的同步跳数与节点到达根节点的跳数一致，难以有效应对多跳时间同步中的累积误差[Ganeriwal S,Kumar R,Srivastava M B.Timing-sync Protocol for Sensor Networks[C]//Proceedings of the1st international conference on Embedded networked sensor systems.Los Angeles:ACM,2003:138-149.]；[Maróti M,Kusy B,Simon G,et al.The Flooding Time Synchronization Protocol[C]//Proceedings of the2nd international conference on Embedded networked sensor systems.Baltimore:ACM,2004:39-49.]。另外，多跳时间信息的传输也限制了实现全网络时间同步的收敛时间。本发明拟提出一种时间同步方法，以克服现有技术存在的各类缺点，从而因导出本发明的构思。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于节点对的无线传感网络时间同步方法，所述的同步方法是通过分布式贪婪算法建立同步节点树，选取同步节点对进行时间交互，可在一次同步过程中同步两层节点，尤其适用于大规模多跳网络。其同步过程主要包括以下步骤：

(1)网络初始化配置及相关参数获取；

(2)传感网采用分布式算法选取同步节点对；

(3)传感网进行全网时间同步。

所述步骤(2)还包括以下子步骤：

(21)根节点发起洪泛，普通节点通过该过程获取自己的层数，偶数层节点获取自己的同层和子层邻居数量；

(22)偶数层节点广播自己从步骤(21)中获取的邻居数量；

(23)偶数层节点判断自己是否有资格成为参考节点；

(24)参考节点随机选择一个父层邻居组成同步节点对。

所述步骤(3)还包括以下子步骤：

(31)偶数层参考节点判断自己的父节点是否已经同步，如果已经同步，该参考节点广播多个参考信息；