[发明专利]基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法

说明书

本发明公开了一种基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法，将时钟同步算法与AODV协议的路径发现算法整合可以按照节点自身的需求，实现与目标节点的时钟同步，时钟同步不再局限于以全网同步的方式实现；时钟同步算法基于源节点和目的节点的直接交互进行实现，中间节点不再参与时钟同步计算，因此可以克服时钟同步偏差的逐跳累计，提高了多跳时钟同步的精度；利用中间节点已有的时钟同步信息，一方面可以实现时钟同步算法通信开销的进一步优化，另一方面在拓扑结构快速变化的网络中，可以加快时钟同步算法的计算速度，实现节点与目标节点的快速同步，因此该项技术能够较好的适应拓扑结构快速变化的网络。

技术领域

本发明涉及监测技术和通信技术领域，尤其涉及一种基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法。

背景技术

无线传感器网络是由随机布置在监测区域内的大量传感器节点通过短距无线通信形成的分布式自治网络系统。节点间相互协作完成物理信息的感知、采集、传输以及其他特定任务。通过基站等设备，无线传感器网络还可以与因特网和移动通信网等现有的网络连接，实现物理目标的远程监测。无线传感器网络从组网到配置、管理和运行都是由传感器节点相互协作完成，基本不需要人的干预和基础网络设施的辅助，因此在实现方式上具有快捷性和灵活性。与传统的传感器技术相比，无线传感器网络能够布置在更大范围的监测区域中，获取具有更高空间分辨率和更高时间分辨率的数据，因此在军事、工业、农业、环境监测、医药卫生、智能家居和智能交通领域具有广阔的应用前景。

在无线传感器网络这样的分布式系统中，并没有全局时钟来为地理位置分散的传感器节点提供统一的时间基准，节点对时间的认知来至于各维护的本地时钟。由于节点本地时钟的计时速率快慢不一，在同一时刻，不同节点的本地时间值不尽相同。无线传感器网络时钟同步技术是使无线传感器网络中各节点对时间的认知达到并保持一致。

无线传感器网络的时钟同步需求来至于两方面：

1.与数据相关的应用，如数据压缩融合、测距定位、波束成型以及目标跟踪等。这一类应用利用数据的时间相关性剔除冗余的数据以减少通信量，或根据采集时间来确定不同节点的数据间的时序关系，以便融合多节点的观测数据来提取高层次的物理量信息。实现节点的时钟同步是实施这些应用的前提条件，而且时钟同步精度会对他们的性能产生关键性的影响。

2.与协作相关的应用，如节点周期性睡眠-唤醒调度机制、协作传输以及安全协议等。这一类应用利用节点间的协作来优化网络性能或弥补传感器硬件功能的不足，这些应用也要求节点间实现并保持时钟同步。

目前，多数基于无线传感器网络的监测系统采用ZigBee协议标准构建，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率。ZigBee技术主要适合于主要适用于广域环境的监测，自动控制和远程控制等领域，能够方便的与各种设备集成。

尽管应用ZigBee技术构建无线传感器网络具有诸多优势，但由于其没有涉及有效的时钟同步算法，因此基于ZigBee协议构建的无线传感器网络中，各传感器节点采集的数据在时间标记上相对于标准时钟会有较大的偏差，因此限制了其在高精度时间标记的监测系统中的应用。