一种无线传感器时间同步的方法与流程

本申请涉及无线传感网技术领域，特别是涉及一种无线传感器时间同步的方法。

背景技术：

无线传感网由部署在监测区域内大量的无线传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个自组织网络，时间同步是无线传感器网络中的最基本的需求，无线传感器网络中所使用的大多协议和应用都需要进行时间同步，例如测距定位、数据传输、协作传输和处理等均需要实现时间的同步。

目前无线传感网络是一个分布式系统，各个节点的本地时间相互独立，这就导致各个节点的系统时间互不相同，但网络应用中需要各节点协同工作，单个节点采集的原始数据需要和其它节点数据统一处理才能获取有效信息，在数据处理与数据融合过程都需要相关节点保持时间同步。当然在某些数据处理过程中，我们并不需要将时间精确至毫秒无误差，在允许一定误差范围内，各无线传感器的系统时间会因为运行环境的变化会导致无线传感器的时间很难保持一致，导致各个节点的时间很容易失去同步，同时在时间同步过程中，无线传感器存在大量消耗能量的缺陷，尤其是无线传感器在与无线网关进行通信时功耗非常大。

技术实现要素：

本申请提供一种无线传感器时间同步的方法，能够实现无线网关对无线传感器进行时间同步，且无线传感器在时间同步过程中具有低功耗的功能。

本申请提供一种无线传感器时间同步的方法，包括无线网关和至少一个无线传感器，所述无线传感器与所述无线网关建立有无线信道连接，所述无线网关在时间校准周期对所述无线传感器进行发送指令和接收数据，所述时间校准周期包括WOR唤醒周期和工作周期。

其中，所述WOR唤醒周期内设置有第一时间窗口，在所述WOR唤醒周期内：所述无线网关，在需要时间校准时于所述无线信道上广播包含唯一编码的多个唤醒包；所述无线传感器，除所述第一时间窗口外均保持休眠状态，并在所述第一时间窗口对所述无线信道进行载波监听，如果发现载波则开始接收所述唤醒包，并在结束当前WOR唤醒周期后进入所述工作周期。

其中，所述无线传感器在所述第一时间窗口监听不到所述唤醒包时，在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一所述WOR唤醒周期。

其中，所述无线传感器的工作周期包括第一时间段、第二时间段，所述第一时间段位于所述第二时间段之前，所述第二时间段内设置有第二时间窗口。在所述工作周期内：所述无线传感器，在所述第一时间段对唤醒包信息进行确认，在所述第二时间窗口对唤醒包信息进行计算，根据唤醒包中包含的预同步时长与接收时间值进行差值计算，确定无线网关发送校准包时间，其中所述第二时间窗口在所述第二时间段内的位置由所述识别码决定，且当所述无线传感器保持休眠状态时，所述无线传感器从所述电池消耗的平均电流小于5μA；所述无线网关，于所述无线信道上与一个或多个无线传感器进行通信，实现一个或多个无线传感器与无线网关的时间同步。

其中，所述第二时间段内还设置有第三时间窗口，所述第三时间窗口位于所述第二时间窗口之后，其中：所述无线传感器，在所述第三时间窗口对所述无线信道进行监听，以接收所述无线网关在所述无线信道广播的校准包，其中所述校准包括统一的时间戳。

其中，所述无线传感器，在接收所述校准包之后，对所述校准包内的时间戳进行确认，并且自动校准自身无线传感器时间使之与无线网关时间保持一致。

其中，如果无线传感器未接收到校准包或接收到校准包后自动校准失败，则等待下次无线网关时间校准周期进行校准。

上述方案中，本发明的有益效果如下：

1.本发明通过无线网关对无线传感器之间进行统一的时间校准，无需计算每个无线传感器与标准时间的时间差，只需要无线传感器通过校准包内的时间戳进行时间自校准，在保证一定时间精度的条件下，降低系统耗能；

2.无线传感器仅在WOR唤醒周期的第一时间窗口进行监听，在WOR唤醒周期的其他时间就能处于休眠状态，由于休眠状态下所需的电流小于5μA，故能够降低无线传感器的功耗；

3.无线传感器利用自身识别码确定第二时间窗口，以降低不同无线传感器同时向无线网关发送数据的可能性，进而降低甚至避免无线传感器间的数据冲突，提高了多个无线传感器与无线网关通信的可靠性。

附图说明

图1是一种无线传感器时间同步方法的流程示意图；

图2是一种无线传感器时间同步方法的实施方式的结构示意图；

图3是一种无线传感器时间同步方法一周期内无线网关电流示意图；

图4是一种无线传感器时间同步方法一周期内无线传感器电流示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

请参阅图1、2，本实施方式中，该时间同步方法包括无线网关2和至少一个无线传感器1。所述无线传感器1与所述无线网关2建立有无线信道连接。

具体，该一种无线传感器1时间同步方法是在所述无线网关2能够与所述无线传感器1进行无线通讯的情况下进行的，所述无线网关2在时间校准周期对所述无线传感器1进行发送指令和接收数据，所述时间校准周期包括WOR唤醒周期和工作周期。

在所述校准周期内，是指无线网关2通过设定一定时间间隔后进入所述无线网关2对所述无线传感器1的校准周期，例如，该时间间隔可设定为24小时或者12小时，即每24小时或者12小时，无线网关2对该系统内的无线传感器1进行一次时间同步过程。

其中，所述WOR唤醒周期内设置有第一时间窗口，在所述WOR唤醒周期内：所述无线网关2，在需要时间校准时如每天08时15分在所述无线信道上广播包含唯一编码的多个唤醒包，如图3所示，在T0-T1的时间段内，无线网关发送多个唤醒包；该唤醒包的目的是为对所述无线传感器1进行唤醒，所述无线传感器，除所述第一时间窗口外均保持休眠状态，并在所述第一时间窗口对所述无线信道进行载波监听，如果发现载波则开始接收所述唤醒包，并在结束当前WOR唤醒周期后进入所述工作周期，如图4所示，在T0-T1的时间段内，在t1时间点监听到唤醒包。

其中，所述无线传感器1在所述第一时间窗口监听不到所述唤醒包时，在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一所述WOR唤醒周期。即在每天08：15时间同步唤醒周期内，无线传感器若未收到唤醒包则放弃此次同步过程，等待下次同步唤醒包。

其中，所述无线传感器1的工作周期包括第一时间段、第二时间段，所述第一时间段位于所述第二时间段之前，所述第二时间段内设置有第二时间窗口。在如图4所示的实施例中，T1-T2表示第一时间段，T2-T3表示第一时间段，在所述工作周期内：所述无线传感器1，在所述第一时间段对唤醒包信息进行确认，在第二时间段的第二时间窗口对唤醒包信息进行计算，根据唤醒包中包含的预同步时长与接收时间值进行差值计算，确定无线网关发送校准包时间，其中所述第二时间窗口在所述第二时间段内的位置由所述识别码决定，且当所述无线传感器保持休眠状态时，所述无线传感器从所述电池消耗的平均电流小于5μA，如图4所示，t2为第二时间窗口，t2时，对唤醒包信息进行计算，根据唤醒包中包含的预同步时长与接收时间值进行差值计算，确定无线网关发送校准包时间，所述无线网关，于所述无线信道上与一个或多个无线传感器进行通信，实现一个或多个无线传感器与无线网关的时间同步。

其中，所述第二时间段内还设置有第三时间窗口，所述第三时间窗口位于所述第二时间窗口之后，其中：所述无线传感器，在发送确认包至所述无线网关之后，在所述第三时间窗口对所述无线信道进行监听，以接收所述无线网关在所述无线信道广播的校准包，其中所述校准包括统一的时间戳。

其中，所述无线传感器，在接收所述校准包之后，对所述校准包内的时间戳进行确认，并且自动校准自身无线传感器时间使之与无线网关时间保持一致。如图4所述，t3为第三时间窗口，t3位于t2之后，在t3对信道监听，接收无线网关发送的时间校准包，对自身时间进行校准。

其中，如果无线传感器未接收到校准包或接收到校准包后自动校准失败，则等待下次无线网关时间校准周期进行校准。

通过一个无线网关对应两个无线传感器的例子进行说明，无线传感器1对应的识别码为10015025，无线传感器2对应的识别码为10015060，无线网关在,08：15时对该网络中的无线传感器进行时间校准，在WOR唤醒周期，在无线信道上广播包含唯一编码的多个唤醒包，假设该唤醒中的唯一编码确定了此次唤醒包发送的时间长度500毫秒，则识别码为10015025的无线传感器1与识别码为10015060的无线传感器2在WOR唤醒周期第一时间窗口进行信道监听，发现载波则开始接收包唯一编码的唤醒包。接收完成后进入工作周期，在工作周期的第一时间段，对该唯一编码的唤醒包进行确认，在第二时间段的第二时间窗口对唤醒包信息进行计算，根据唤醒包中包含的预同步时长与接收时间值进行差值计算，确定无线网关发送校准包时间，例如无线传感器1的识别码为10015025，则其接受唤醒包的时间为该无线网关开始发送唤醒包的第25毫秒，根据唤醒包发送时间长度为500毫秒，则计算出还有575毫秒进行时间同步；无线传感器2的识别码为10015060，则其接受唤醒包的时间为该无线网关开始发送唤醒包的第60毫秒，根据唤醒包发送时间长度为500毫秒，则计算出还有540毫秒进行时间同步。因第三时间窗口在第二时间窗口之后，两个无线传感器通过计算分别在第575毫秒和第540毫秒之后进行时间同步，因此在第三时间窗口两个无线传感器对无线信道进行监听，以接收无线网关在所述无线信道广播的校准包，该校准包包含统一的时间戳。当无线网关在发送唤醒包之后的第500毫秒发送含有时间戳的校准包后，识别码为10015025的无线传感器1与识别码为10015060的无线传感器2分别在第三时间窗口监听，在接收所述校准包之后，对所述校准包内的时间戳进行确认，并且自动校准自身无线传感器时间使之与无线网关时间保持一致。

在此次时间校准过程如发生识别码为10015025的无线传感器在唤醒周期的第一时间窗口监听不到唤醒包时，在结束当前WOR唤醒周期后继续进入下一所述WOR唤醒周期。即无线传感器1放弃此次同步过程，等待下次同步唤醒包。

另一种情况下，如发生识别码为10015025的无线传感器未接收到校准包或接收到校准包后自动校准失败，则等待下次无线网关时间校准周期进行校准。

上述方案中，本发明的有益效果如下：

1.本发明通过无线网关对无线传感器之间进行统一的时间校准，无需计算每个无线传感器与标准时间的时间差，只需要无线传感器通过校准包内的时间戳进行时间自校准，在保证一定时间精度的条件下，降低系统耗能；

2.无线传感器仅在WOR唤醒周期的第一时间窗口进行监听，在WOR唤醒周期的其他时间就能处于休眠状态，由于休眠状态下所需的电流小于5μA，故能够降低无线传感器的功耗；

3.无线传感器利用自身识别码确定第二时间窗口，以降低不同无线传感器同时向无线网关发送数据的可能性，进而降低甚至避免无线传感器间的数据冲突，提高了多个无线传感器与无线网关通信的可靠性。