[发明专利]一种基于SFD捕获机制的泛洪式时间同步方法

说明书

本发明公开了一种基于SFD捕获机制的泛洪式时间同步方法，包含：采用CC2530节点的SFD捕获机制来获取协调器与各个终端节点发送和接收数据包的时标，且在预同步阶段中引入统计SFD延迟的参考节点，在同步阶段采用最小二乘法对各个终端节点所采集的时标数据进行线性拟合求取时标漂移和时标偏移，并调整本地时标，实现微秒级的同步精度。

技术领域

本发明涉及一种基于SFD捕获机制的时间同步机制，具体涉及一种基于SFD捕获机制的泛洪式时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络是在集成电路、嵌入式系统、通信技术发展下应运而生的一种测控网络。无线传感器由大量的无线传感器节点组成，这些节点被分布在需要监测的区域，以自组织的方式组网，形成一定的拓扑结构，协同完成特定功能。传感器节点监测的数据信号在单跳或多跳的传输后被汇聚节点接收，由工作人员对接收到的数据进行分析和处理。在变电站的带电检测和故障定位中，无线传感器节点被安装在待监测的设备处，监控设备运行中的关键参数，然后将搜集的电流信号进行融合分析。数据信息的融合需要传感器网络有一个统一的时间标准。时间同步技术即是使整个无线传感器网络保持同一个时间标准的技术，它是一个分布式系统中的各个节点协同工作的最基本的支撑技术.不同的应用对时间同步的精度、范围、寿命、能量等有着不同的要求。在变电站的故障定位中，时间同步的精度直接影响到定位的准确性，虽然已经存在很多用在网络通信中的高精度的时间同步算法，然而，跟传统的通信网络不同的是，无线传感器网络中，传感器节点的计算能力和能量是有限的，很多传统的时间同步机制并不适用，所以对适合无线传感器网络的特性的高精度的时间同步机制的研究成为近年来的研究热点。

现有的时间同步算法有参照发送同步协议(RBS)，双向成对同步协议(TPSN)，泛洪式时间同步协议(FTSP)等，以及基于这些算法的一些改进算法。FTSP是一种基于发送者和接收者间的单向时间同步协议，节点通过发送来将节点的本地时间传给接收节点。相对于其他算法，FTSP算法更适用于对精度要求高的系统中。传统的FTSP算法一般采用在MAC层打时标的方法来避免发送延迟和接收处理延迟。然而只有当信道是空闲的，消息在物理层才能进行发送,所以节点需要一个等待信道空闲的时间。在Zigbee协议中，MAC层采用载波监听多点接入/避让机制(CSMA/CA机制)来避免冲突。发送消息之前有通用通信适配器检测(CCA检测)，而CCA的检测周期为128μs。如果检测到此时信道正在被使用，那么将会采用退避算法，等待一段时间后重新进行CCA检测。检测的周期数是不确定的，这使得访问延时不能事先估计和避免，影响到了时间同步的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于帧首定界符(Start Frame Delimiter，简称SFD)捕获机制的泛洪式时间同步方法，通过利用SFD捕获机制在物理层获取时标，采用CC2530节点的SFD捕获机制来获取发送和接收数据包时的时标，采用最小二乘法对时间进行线性拟合求取时标漂移和时标偏移，并调整本地时标，减少时标获取过程的不确定因素对同步精度带来的影响，实现微秒级的同步精度的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于SFD捕获机制的泛洪式时间同步方法，包含以下过程：预同步阶段与同步阶段。所述预同步阶段进一步包含：

协调器发送第一个数据包，同时在本地记录SFD信号跳变时的时标T_ia，多个终端节点中的每个终端节点收到第一个数据包后在本地记录SFD信号跳变的时标T_ja；

协调器发送第二个数据包，所述第二个数据包内包含发送第一个数据包时记录的时标T_ia，每个所述终端节点收到第二个数据包后分别根据T_ia和T_ja计算出该终端节点和协调器的时标偏差，

Δ＝T_ia-T_ja