[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

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络时间同步技术领域，特别是涉及一种适用于复杂环境 的无线传感器网络的时间同步方法。

背景技术

随着无线物联网的快速发展，无线传感器网络应用规模不断扩大，从原有的几个 节点扩展到现在的几百个节点；无线传感器应用环境日益多样化。鉴于无线传感器网络具 有自组织、可以部署在危险区域的特性。在煤矿井下工作面、采空区等一些特定的场合的运 用变得越来越多，作用也越来越大了。由于一些复杂环境空间受限，无线传感器节点只能与 附近节点通信，并且其部署环境的险恶，一旦部署完毕，不可能重新更换和进行能量补充， 这就对无线传感器网络的能耗和通信可靠性要求很高。为节能系统在完成数据采集工作 后，要求所有传感器和路由节点进入休眠状态，因此只有传感器在下次采样时刻同步苏 醒，才有可能保证自组网和数据采集的成功。这就对无线传感器网络时间同步方法提出了 很高的要求。

随着无线传感器网络的扩展，节点的数量的增多，需要管理和保持好数量巨大的 节点，需要所有节点保持在时间上的同步，从而保证所有数据上传在时间上的统一性和有 效性，并能够对使得整个无线传感器网络减少不必要的侦听和额外的能量消耗，从节能和 保持工作时间的角度讲，提高时间同步方法的功能和效率对于无线传感器网络的能量开支 也是非常必要的。

发明内容

鉴于以上情况必须提供一种低成本、低能量开销、高精度的复杂环境的无线传感 器网络时间同步方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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；