[发明专利]一种基于温度补偿的自适应时间同步方法

权利要求书

1.一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

S1：建立节点温度的晶振频率模型：

S11：在部署带温度传感器的传感器节点之前，随机抽取多个节点进行采样分析；

S12：对抽取到的传感器节点进行测试：

S121：对传感器节点在-40℃～80℃的温度范围内，测量不同工作温度环境下的晶体振荡器的时钟漂移值，获得温度-漂移值数据对{T_i,δ_i}，i＝1,2,3···n，T_i为节点i的温度值，δ_i为节点i的漂移值，n为校验节点总数；

S122：对获得的温度-漂移值数据对进行求解，

其中，表示回归系数，Z表示样本输入变量，也即自变量，Y表示预测响应变量，也即因变量，t表示矩阵的转置，得到通用校准曲线：

其中δf^(l)(T)表示温度为T时晶振频率的漂移值，表示回归系数序列，x＝0、1、2；

S123：通过公式：

评估晶振频率模型的置信区间，其中，W表示晶振模型的置信区间，z₀表示自变量序列即z₀＝[1,z_0,1,···,z_0,r]，s²表示方差值σ²的无偏估计，α表示显著性水平，T_(n-i-1)表示第i个节点的前一个节点的当前温度；

S13：对带温度传感器的传感器节点进行部署；

S14：部署完成后，建立学习表，通过基于主从节点周期性的双向报文交互，且记录同步包打下时间戳时的温度值，得到单个具体传感器节点的温度-频率漂移数据对，并实时存储更新到学习表中；所述学习表在每次新的同步事件到达时在线进行重新估计，并获得一个学习型校准模型，

其中δf^(l)(T)表示温度为T时晶振频率的漂移值，表示回归系数序列，x＝0、1、2；

S2：对当前采样温度下的时钟偏差进行估计：

S21：对传感器节点进行温度的采样，获取当前工作环境下的温度值T_k；

S22：采用通用校准曲线对温度值为T_k的时刻进行性能评估，评估标准为在该通用校准曲线下95％置信区间的范围大小；

S23：采用学习型校准模型对温度值为T_k的时刻进行性能评估，评估标准为在该学习型校准模型下95％置信区间的范围大小；

S24：根据两次评估获得的信息，在温度值为T_k的时刻，选出具有置信区间高的温度-频率漂移模型，并利用选择的温度-频率漂移模型对该温度下的时钟漂移量进行预测估计；

S3：计算同步间隔期间的本地周期性时钟补偿；

S4：计算自适应调整重同步周期。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，其特征在于：步骤S1进一步包含如下步骤：

S15：建模一个与温度相关的抛物线函数，其函数表达式为：

f(T)＝f(T₀)(1+k(T-T₀)²)

其中，T₀为标称温度，k表示温度系数；

S16：温度影响下进行式中的漂移计算：

其中，f₀表示温度为T₀时刻晶振的频率输出值，f_T表示温度为T₀时刻晶振的频率输出值。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，其特征在于：步骤S3具体为：

在本次同步报文交互完毕到待同步节点接收下一个同步报文的期间，传感器节点以τ_m时间间隔为周期，实时采集当前工作环境的温度值，并根据步骤S2中选择的温度-频率漂移模型对该周期时间段内平均温度下的相应时钟频偏及相偏值进行估计，并对产生的频偏和相偏值进行补偿。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，其特征在于：步骤S4具体为：

根据应用需求的不同精度要求，并引入温度调节因子λ来调节不同温度变化情况下的ΔT，结合同步间隔内通过以τ_m为周期的对本地时钟进行补偿情况，根据不同最大误差的概率大小自适应调整重同步周期，满足：

其中，T_sync为重同步周期，ε_max表示允许的最大时钟偏差值，d_max表示时戳交换的最大时延，p_m表示时钟速率的最大漂移量，表示本地累积时间补偿量，r表示同步间隔内自补偿的次数，ΔT表示温度变化，即温度差，Δt表示时间差，ε表示同步中的时钟偏移量，σ表示高斯分布函数的标准方差，n’表示特定误差范围的最小同步数目。