[发明专利]一种用于休眠无线传感网络全网时间同步的通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消耗存储资源少、鲁棒性强的用于部署时间较长的休眠无线传感网络全网时间同步的通信方法，属于无线传感网络技术领域。

背景技术

无线传感网络中，节点之间晶振周期的差异造成的时钟误差不可避免，休眠网络能最大程度减少收发模块开启的时间以节省节点有限的能量，实现休眠网络的前提是设计好所有节点在整个运行时间内的时间同步方法以实现所有节点同时开启和关闭收发模块。

存储资源少是无线传感网络节点的重要特点，对于部署时间较长的休眠无线传感网络，新加入节点要与已有的节点交换信息以告知其他节点自身所处状态，全网要在达到时间同步后同时开启无线模块工作，这些都需要设计复杂的逻辑以考虑各种情况，因此，常见的全网节点达到并维持时间同步的通信方法的逻辑都很复杂，这样设计的通信方法的鲁棒性较好，但不足之处是编译好的二进制文件容量较大，下载到节点后将大量消耗无线传感网络节点有限的存储资源。

避免大量消耗节点存储资源的方法是降低通信方法（协议）的复杂程度，但其代价是通信方法只考虑了比较少的情况，逻辑设计较简单，因此鲁棒性将变差。

由此可见，一般情况下，部署时间较长的休眠无线传感网络的通信方法消耗较多存储资源和保持通信方法的鲁棒性存在着矛盾，如何设计复杂度较低的全网节点达到并维持时间同步的通信方法（这样只需消耗无线传感网络节点较少的存储资源），同时保持通信方法的鲁棒性，是通信方法设计和实现中非常困难的问题。

发明内容

针对部署时间较长的休眠无线传感网络，本发明提供了一种用于休眠无线传感网络全网时间同步的通信方法，该通信方法具有消耗存储资源少、鲁棒性强的优点。

一种用于休眠无线传感网络全网时间同步的通信方法，

包含以下四步：

第一步，全网产生临时根节点：全网内所有已启动的节点达到时间同步并维持时间同步；

第二步，根节点产生后网络内节点和新加入节点时间同步的维持：全网在维持同步的基础上通过单向通信确认一个唯一根节点；

第三步，全网比较确定工作周期开始时间：通过广播，以时间同步为前提确定全网节点在工作周期内第一次关闭无线收发模块的时间；

第四步，全网节点在工作周期内时间同步的维持：在周期性关闭/开启无线模块的工作周期内，以确定的根节点发送时间同步消息、全网节点接收并广播的模式维持工作周期内的时间同步。

所述的第一步，全网产生临时根节点，具体如下：

全网内已启动的节点采用泛洪时间同步协议的方法，竞争产生临时根节点，最终结果如下：由一个临时根节点定时，记定时器是T1，向其他节点发送全网产生临时根节点阶段中的时间同步包，记为I型时间同步包，包中包含根节点号、序列号、本地时间、全局时间，该包中的根节点号就是临时根节点的节点号，序列号表示临时根节点连续发送I型时间同步包的序列号，本地时间表示临时根节点发送该包时的本地时间，全局时间表示临时根节点估计本地时间对应的全局时间，其他节点收到时间同步包后给该包打时间戳并读取全局时间，用时间戳和全局时间更新时间同步条目表中条目，表中条目全部更新一遍后就重新估计本节点用本地时间计算全局时间的公式的参数，该公式的形式为

GlobalTime=skew*LocalTime+offset，

其中，GlobalTime是全局时间，LocalTime是本地时间，skew和offset是参数， 其他每个节点也设置一个周期性触发的定时器，记为定时器T1，定时器T1触发之后就构造一个I型时间同步包，将该包的序列号取为上次触发到本次触发的时间内接收到的序列号最小的I型时间同步包的序列号，将包的本地时间记为本节点发送该包的本地时间，将包的全局时间取值为本节点估计的包的本地时间所对应的全局时间，然后广播出去，其余节点接收到这一时间同步包后也进行相同处理，这样，临时根节点发送I型时间同步包后，在全网范围内，节点会将该时间同步包逐次向全网内其他节点广播，因此，通过广播I型时间同步包，所有节点可产生并更新时间同步条目表中的条目，这些条目可用于估计本地时间和全局时间的表达式的参数，这样，可以维持全网节点的时间同步。

所述的第二步，根节点产生后网络内节点和新加入节点时间同步的维持，

节点号最小的节点在竞争成为临时的根节点后，如果定时器T1触发超过RootCertifySelfLimit次，没收到节点号小于自身节点号的I型时间同步包，则初步判定自己是根节点并设置一个定时器，记为定时器T2；