[发明专利]一种适用于复杂环境的无线传感器网络的时间同步方法

权利要求书

1.一种适用于复杂环境的无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，包括以下步 骤：

S1、上位计算机通过网络将时间同步命令传输给协调器节点，保证协同工作的所有协 调器节点的时间同步；

S2、所述协调器节点根据上位计算机给出的时间同步信息调整自身的本地时钟，保证 自身时钟和协同工作的所有协调器节点一致；

S3、协调器节点向路由节点广播时间同步帧，对路由节点进行时间同步；

S4、所述路由节点根据协调器节点给定的时间同步帧中的信息进行时间同步；

S5、所述路由节点完成时间同步后继续向网络中广播扩散时间同步帧，使得其他未完 成时间同步的路由节点都能够得到时间同步。

2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂环境的无线传感器网络的时间同步方法，其 特征在于，所述的步骤S1中协调器节点和上位计算机的部署结构为星型网络结构，所述上 位计算机通过通信环网和通信网关接入无线传感器网络协调器节点。

3.根据权利要求1或2中所述的复杂环境的无线传感器网络时间同步方法，其特征在 于，所述的步骤S2中具体步骤如下：

所述协调器节点收到所述上位计算机发送的时间同步命令之后携带上自身的节点信 息立即回复给上位计算机，当协调器节点收到时间同步信息之后，提取出其中的时间信息 T_CM，并用T_CM修正自身系统时间，当修正完成之后向上位计算机宣告修正成功，当前上位计 算机-协调器时间同步结束。

4.根据权利要求1或2中所述的复杂环境的无线传感器网络时间同步方法，其特征在 于，所述的步骤S3中具体步骤如下：

无线传感器网络中的所述协调器节点按照设定的周期广播发送时间同步帧，该帧包含 时间戳、跳数记录、同步周期、冗余检验；该周期为同步周期N，为无线传感器网络中设定的 专用于时间同步的时间点，即当前同步完成之后，下一次同步的时间点，路由节点在收到该 时间同步帧中的下一次同步时间点信息，在下一次同步之前做好时间同步的准备。

5.根据权利要求1或2中所述的复杂环境的无线传感器网络时间同步方法，其特征在 于，所述的步骤S4中的具体步骤如下：

所述路由节点在接收到时间同步帧时，会获取帧内的信息和信号强度值RSSI，所述路 由节点要根据信号强度值RSSI和经过的路由跳数计算从发送端发送到达接收端处理所需 要的延迟时间T_LA，并且将时间同步帧中的时间戳和延迟时间结合，并且和收到时间同步帧 的路由节点本地的时间进行比较，若出现偏差则根据偏差的大小采用线性回归的方法进行 调整；

调整的方法如下：收到时间同步帧的路由节点收到的时间同步帧时间戳T₁、本地时间 T₂，先根据到达延迟时间T_LA，对T₁进行修正得到修正时间T_M；修正时间T_M和本地时间T₂形成 一个时间对（T_M,T₂），对（T_M,T₂）时间对进行计算，得到一个每分钟的时间偏差T_D，在每分钟时 刻T₂后加上T_D来确保接下来的时间的准确性，并且时间对（T_M,T₂）会根据环境变化而变化， 保证在环境发生重大变化的时候能够保证时间的准确性，最后将当前的本地时间T₂调整为 T_M；

若到达周期时间内，节点未收到时间同步帧，则节点继续按照上一次时间同步得到的T_D进行每分钟的时间偏差修正。

6.根据权利要求1或2中所述的复杂环境的无线传感器网络时间同步方法，其特征在 于，所述的步骤S5中的具体步骤如下：

收到时间同步帧的路由节点在完成时间同步后，关闭自身时间同步帧的接收，当前周 期内不再接收来自其他任何节点的时间同步帧，并根据当前本地时间写入时间同步帧，并 将根据收到的时间同步帧中的路由跳数k加1得到新的路由跳数，形成该节点自己的时间同 步帧，并立刻广播发送，在发送完毕之后，宣告该节点自身时间同步完成，直到约定的下一 次同步时间到来时，再开启时间同步程序；

周围广播域中的其他节点在收到该广播信息时，若尚未关闭时间同步，则需根据该时 间同步帧中的信息进行时间同步。