[发明专利]一种能适应信道环境的水下无线网络时间同步方法

说明书

本发明提供了一种能适应信道环境的水下无线网络时间同步方法，同步时，从节点先检测信道是否可用，若信道可用，则给即将发送的同步请求消息打上时间戳并立即发送，以此避免发送时延和接入时延对同步精度造成的影响，主节点收到同步请求消息后，按要求向从节点发送同步消息并对消息打上时间戳。本发明能够在维持较高精度的前提下大幅降低能耗。

技术领域

本发明是一种适用于水下无线网络的时间同步方法，属于自组织无线传感器网络技术领域，适用于水声网络及各种无线自组织传感器网络系统。

背景技术

时间同步是无线传感器网络的一种支撑技术和必要前提，在无线传感器网络这种分布式系统中，功率管理、数据融合、定位跟踪、安全协议、传输调度等功能都需要较高的时间同步精度，因此不同节点间的时间同步是一个不可忽略的问题。在无线传感器网络中，每个传感器节点都有一个自己的本地时间，这个本地时间是由节点内部的晶振与计数器决定的。然而，晶振在制造材料和制作工艺上的微小差异是无法避免的，且会受到诸如温度和湿度等环境因素的影响。晶振频偏差异的积累又会导致节点本地时钟的不同，不同节点的时钟即使已经同步，也会在一段时间后由于晶振频率的变化而不再同步。修正各传感器节点的逻辑时钟，使得不同的传感器节点之间的时间趋于同步，是分布式网络能够协同工作的必要前提。现有的时间同步技术只适用于传统的低时延无线传感器网络，而无法克服水下声传播过程中产生的变化的高时延的影响。水声无线传感器网络具有部署范围大、节点资源有限的特点，所以如何在大面积网络中利用有限资源并同时在高时延状况下实现精确的时间同步是水声传感器网络技术研究的重要问题。

至今为止，国内外众多科研机构的学者已经针对水下无线网络设计了时间同步算法，例如TSHL算法、Tri-Message算法、Tiny-Sync算法等等。这些算法都致力于补偿时钟频率偏移和时钟偏移，但现有算法能耗较高且精度有限。例如TSHL算法，分两步完成同步：第一步通过多次单向发送同步信息来拟合出时钟频率偏移，第二步通过一次双向信息交互来计算时钟偏移。但是该算法想要达到需要的精度能耗很大，这也是现有同步算法的共同局限性，这使得他们都不能很好的适用于资源受限的水下无线网络。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能适应信道环境的水下无线网络时间同步方法，能够在维持较高精度的前提下大幅降低能耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)把基准节点称为主节点，把待同步节点称为从节点；从节点以设定频率向主节点发送同步请求信息，发送a次，对每次同步请求信息都打上从节点的本地时间戳T_i,m，其中i为发送信息轮数，m为单轮同步内从节点向主节点发送信息次序数，也是单轮同步内主节点向从节点反馈同步信息次序数；

2)主节点收到同步请求后，对接收到的同步请求信息打上主节点本地时间戳T_i,m+1到T_i,2m；之后主节点在本地时间T_i,m+1过去预设接收发射时间间隔后以预设发射信息间隔向从节点反馈同步信息，并打上主节点本地时间戳T_i,2m+1到T_i,3m，发射a次反馈同步信息之后视为完成一轮同步；从节点收到反馈同步信息后在相同位置上打上时间戳 T_i,3m+1到T_i,4m；