一种无线传感器网络的时钟同步方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线传感器网络的时钟同步方法，该方法针对现有的时钟同步方法进行改进，在无线传感器网络中，节点是通过交换包含时间戳的信息包达到同步状态的，信息包的传递过程不是瞬间完成的，在信息发送、接收和处理的过程中都需要一些时间，这些时间内就会产生具有不确定性的消息传递时延；该方法根据消息传递时延引起的误差服从期望为0的正态分布的特性，从而对接收时间进行贝叶斯估计，得到更加准确的接收时间，提高了时钟同步的精度。
【专利说明】一种无线传感器网络的时钟同步方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感器网络的时钟同步方法，属于计算机通讯【技术领域】。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络中时钟同步技术的研究已成为目前业界的热点。在无线传感器网络中，要依赖所有的传感器节点协作来完成系统的功能，例如节点定位、数据融合、TDMA调度、协同睡眠等，其中都以节点精确地时钟同步为基础。对传统网络来说，时钟同步技术得到了广泛的应用，例如时间同步协议NTP和GPS。但是无线传感器网络不同于传统网络，由于复杂度、功耗、成本、尺寸和其它因素的影响，时间同步协议NTP和GPS不能用于无线传感器网络中，要根据无线传感器网络的特点，设计专用于无线传感器网络的时钟同步协议。
[0003]现有的无线传感器网络中的时钟同步方法，主要可划分为三大类别:1、基于接收者一接收者的同步方法，其具有代表的方法是RBS (Reference BroadcastSynchronizat1n)方法；2、基于发送者一接收者的双向同步方法,其具有代表性的方法是 Ganeriwal 等人提出的 TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)方法和M.L.Sichitiu等人提出的TINY-SYNC/MIN1-SYNC方法；3、基于发送者一接收者的单向同步方法，其具有代表性的是FTSP (Flooding Time Synchronizat1n Protocol)。目前的同步方法大多是对以上几种方法的改进，而衡量改进后的时钟同步方法优劣的主要指标是时钟同步精度和网络的能量消耗。然而，在无线传感器网络中，导致时间同步存在误差的两个主要来源是信息传输延迟和晶体振荡器频率的不稳定。而本发明能够很好地解决上面的问题。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于针对传统时间同步算法的信息传输延迟不确定所来的问题，提出了一种无线传感器网络的时钟同步方法，该方法能够提高时钟同步的精度。
[0005]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:本发明提供了一种无线传感器网络的时钟同步方法(简称，TPSN-B)，该方法分为层次发现过程和同步过程，包括如下步骤:
[0006]步骤1:层次发现过程；
[0007]把具有层次的网络结构看成生成树，假设树的根节点担任时钟源节点，设其层次号为O。根节点广播一个信息包，包含根节点的ID以及层次号，一旦通信范围内的节点收到信息包，将自己的层次级别设置为信息包中层次号加I。接着，这些节点广播新的包含自己的ID和层次号的信息包，接收到的节点以同样的方式设置自己的层次号，以此类推下去，直到整个网络中的节点都建立自己的层级级别。已有层次号的节点再次接收到广播的信息包时，做忽略处理。
[0008]步骤2:同步过程；
[0009]从根结点开始，相邻层次的两个节点之间交换包含时间戳的信息包，并且在接收节点处对接收时间进行贝叶斯估计，得到更加准确的接收时间，完成相邻层次的两个节点之间的同步。[0010]步骤3:重复上述步骤2，直到网络中所有节点完成时钟同步过程。
[0011]本发明所述方法步骤2的同步过程包括如下步骤:
[0012]1)假设节点R和S的层次号分别为第k层和k+Ι层，同步时，上层节点R广播一个时间同步请求信息包，通知S节点做好时间同步的准备。
[0013]2)节点S经过一段随机时间的等待后，在T1时刻向节点R发送含有时刻T1的同
步信息包。
[0014]3)节点R接收到信息包后，使用本地时钟来记录接收时间T2,且对接收时间T2行
贝叶斯估计，得到更加准确的接收时间τ2’:
【权利要求】
1.一种无线传感器网络的时钟同步方法，所述方法包括如下步骤: 步骤1:层次发现过程； 把具有层次的网络结构看成生成树，假设树的根节点担任时钟源节点，设其层次号为O;根节点广播一个信息包，包含根节点的ID以及层次号，一旦通信范围内的节点收到信息包，将自己的层次级别设置为信息包中层次号加I ;接着，这些节点广播新的包含自己的ID和层次号的信息包，接收到的节点以同样的方式设置自己的层次号，以此类推下去，直到整个网络中的节点都建立自己的层级级别；已有层次号的节点再次接收到广播的信息包时，做忽略处理； 步骤2:同步过程； 从根结点开始，相邻层次的两个节点之间交换包含时间戳的信息包，并且在接收节点处对接收时间进行贝叶斯估计，得到更加准确的接收时间，完成相邻层次的两个节点之间的同步； 步骤3:重复上述步骤2，直到网络中所有节点完成时钟同步过程。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的时钟同步方法，其特征在于，所述方法的步骤2包括: 1)假设节点R和S的层次号分别为第k层和k+Ι层，同步时，上层节点R广播一个时间同步请求信息包，通知S节点做好时间同步的准备； 2)节点S经过一段随机时间的等待后，在T1时刻向节点R发送含有时刻T1的同步信息包； 3)节点R接收到信息包后，使用本地时钟来记录接收时间T2，且对接收时间T2行贝叶斯估计，得到更加准确的接收时间
3.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络的时钟同步方法，其特征在于，所述方法的步骤3对接收时间T2进行贝叶斯估计的方法包括: 所述方法利用消息传递得到的节点时钟值的误差是一个正态分布，即~况(0,4>，从接收到的时间值中计算出σ2的值，根据发送时间T1、接收时间T2、方差rr和σ22得到更加准确的接收时间为:
4.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络的时钟同步方法，其特征在于，所述方法的步骤5中对接收时间T4进行贝叶斯估计的具体方法为:
【文档编号】H04W84/18GK104039006SQ201410240816
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】王玉峰, 李谦 申请人:南京邮电大学