[发明专利]一种基于温度补偿的自适应时间同步方法

说明书

本发明涉及一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，属于无线传感器网络技术领域。考虑到环境温度对时钟晶振频率的较大影响，该方法首先利用时钟漂移与温度之间的相关性，建立温度‑晶振频率模型，节点可以在此模型下根据温度的变化情况对时钟的偏移量进行补偿，提高节点间同步的精度。其次，在网络时延为高斯模型的情况下，结合概率时间同步的相关理论，节点能够根据网络允许的最大同步误差以及累积时钟偏差补偿当前时间，并估计相应的重同步间隔。该方法让节点在满足特定同步精度的前提下，尽可能地减少能量消耗，减少了网络的负载。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种基于温度补偿的自适应时间同步方法。

背景技术

全网节点的时间同步是大部分无线传感器网络应用技术的基础，其对于数据融合、休眠调度、节点定位以及目标追踪等技术的实现是至关重要的。然而，由于晶体切片和相关时钟电路差异以及节点工作环境(如温度、工作电压、振动以及湿度等)的不稳定、节点制造工艺差别以及晶振老化等多种因素的影响，实际上节点晶振输出的振荡频率与其标称频率之间是存在一定差别的。以上这些状况使得全网中的各个节点其本地时钟具有一定的差异性，这种差异通常也被称作为时间相偏。若对相互间存在的这种时钟相偏不及时地进行补偿，任由其不断累积增长，就会造成节点间同步误差增大，也将会导致其整体网络性能的急剧下降，并且最终危及到网络的正常运行。

对于采用晶体振荡器的传感器节点为实现对时钟漂移的补偿其相关的研究方法有：一种适用于所有传感器节点的预部署校准机制，该机制通过拟合一个二阶多项式，获得一个平均特征曲线来描述传感器节点频偏与温度的关系。即这种修正是在设计阶段从大量传感器样本中推断出来的。还有施密德等人提出一种动态查找表的方法来补偿时钟漂移。该表映射每个点在本地测量的温度漂移值对。但以上的方法针对老化问题没有得到解决，并且不能及时并较好的针对节点时钟的实际情况作出调整，因此，这种方法不能满足传感器节点长时间运行的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，通过自校准和自调节的时间同步方法明显地提高整个网络的能量效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于温度补偿的自适应时间同步方法，该方法包含以下步骤：

S1：建立节点温度的晶振频率模型；

S2：对当前采样温度下的时钟偏差进行估计；

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。

进一步，步骤S1具体包含如下步骤：

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；

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。

进一步，步骤S12包含如下步骤：

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；

S122：对获得的温度-漂移值数据对进行求解，