一种基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法及装置与流程

本发明涉及无线传感器网络领域，特别是涉及一种基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法及装置。

背景技术：

时间同步是需要协同工作的无线传感器网络(wsn)的一个关键机制，其目的是使网络中所有或部分节点拥有相同的时间基准。传统的时间同步方法属于集中式同步方法，例如：ntp协议。他们都是依靠根节点向次级节点一级级通讯，逐层实现同步。在大规模无线传感器网络中，集中式时间同步方法存在以下缺陷：同步误差累积大、可扩展性差、抗毁性差。而最近兴起的算法中，萤火虫时间同步算法属于分布式算法，其在提高大规模的无线传感器网络的准确性、鲁棒性、可扩展性等方面有很大的优势。但是，该算法的实际应用仍存在一些问题：如耦合系数过大，出现分组同步；耦合系数过小，同步费时过长；随着节点数目的增加，通讯时延急剧增大。因此，提出一种能实际应用的萤火虫时间同步方法是很有必要的。

技术实现要素：

本发明旨在解决以上现有技术的问题，提出一种无分组现象、可快速同步、易于实现的基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法及装置，本方法结合视觉感知，减少了传统方法采用报文通讯所带来的耦合延迟，避免了使用消息错开机制在同步后期时出现的无线通讯堵塞的情况；同时采用双变耦合强度，保证了在快速同步不出现分组现象的前提下，极大地提高同步效率，所以，本方法在大规模无线传感器网络下具有较好的实用性和算法优异性。

本发明的技术方案如下：

一种基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法，包括如下步骤：

s1、对节点进行初始化，给当前节点分配一个随机的初始相位值并设定相位增长速度；

s2、当前节点的相位按设定的增长速度增长；

s3、判断网络中当前节点是否接收到触发信号，若是，则进入步骤s4，否则，回到步骤s2；

s4、判断当前节点的当前相位值是否小于预设的强度阈值，若是，则进入步骤s5，否则，进入步骤s6；

s5、耦合强度为负耦合强度，然后进入步骤s7；

s6、耦合强度为正耦合强度，然后进入步骤s7；

s7、当前节点的相位值依据耦合强度进行调整，得到新的相位值；

s8、判断调整后的相位值是否小于触发阈值，若是，则回到步骤s2，否，则进入步骤s9；

s9、相位值变为0，当前节点发出触发信号。

其中，所述步骤s1中的初始相位值以及按照相位增长速度增长后的相位值的范围在[0,1],所述相位增长速度为：

δφ＝k*δt，k＝0.3

其中，δt表示增加的单位时间，δφ表示单位时间δt内相位增加的值。

其中，所述步骤s3中接收触发信号的方式为采用摄像头捕捉周围邻居节点的发光信号。

其中，所述步骤s4中的预设的强度阈值为0.5。

其中，所述步骤s5，负耦合强度的计算方法为：

ε＝(0-φ)/0.5*εmax

其中，φ为当前相位值，εmax为当前相位值φ为0.5时，耦合强度的最大的绝对值，εmax为[0.35,0.45]。

其中，所述步骤s6，正耦合强度的计算方法为：

ε＝(1-φ)/0.5*εmax

其中，φ为当前相位值，εmax为当前相位值φ为0.5时，耦合强度的最大的绝对值，εmax为[0.35,0.45]。

其中，所述εmax＝0.4。

其中，所述步骤s7，当前节点的相位值按照以下方式调整：

φ2＝φ1+ε。

其中，φ2表示调整后的相位值，φ1表示调整前的相位值，ε表示计算出的耦合强度值。

其中，所述步骤s8中的触发阈值为1。

一种采用上述所述的基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法的装置，包括：

设置单元，用于对节点进行初始化，给当前节点分配一个随机的初始相位值并设定相位增长速度；

相位增长单元，用于使当前节点的相位按设定的增长速度增长；

第一判断单元，用于判断网络中当前节点是否接收到触发信号，若是，则进入第二判断单元，否则，回到相位增长单元；

第二判断单元，用于判断当前节点的当前相位值是否小于预设的强度阈值，若是，则进入第一给定单元，否则，进入第二给定单元；

第一给定单元，用于给定耦合强度为负耦合强度，然后进入调整单元；

第二给定单元，用于给定耦合强度为正耦合强度，然后进入调整单元；

调整单元，用于使当前节点的相位值依据耦合强度进行调整，得到新的相位值；

第三判断单元，用于判断调整后的相位值是否小于触发阈值，若是，则回到相位增长单元，否，则进入触发单元；

触发单元，用于将相位值变为0，当前节点发出触发信号。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明是一种基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法，利用视觉感知，减少了传统方法采用报文通讯所带来的耦合延迟，避免了使用消息错开机制在同步后期时出现的无线通讯堵塞的情况；同时采用双变耦合强度，保证了在快速同步不出现分组现象的前提下，极大地提高同步效率。所以，本方法在大规模无线传感器网络下具有较好的实用性和算法优异性。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法流程图。

图2是本发明提供优选实施例基于视觉的萤火虫感知式时间同步装置的组成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详尽、细致地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种基于视觉的萤火虫感知式时间同步方法，包括以下步骤：

s1、对节点进行初始化，给当前节点分配一个随机的初始相位值并设定相位增长速度；

s2、当前节点的相位按设定的增长速度增长；

s3、判断网络中当前节点是否接收到触发信号，若是，则进入步骤s4，否则，回到步骤s2；

s4、判断当前节点的当前相位值是否小于预设的强度阈值，若是，则进入步骤s5，否则，进入步骤s6；

s5、耦合强度为负耦合强度，然后进入步骤s7；

s6、耦合强度为正耦合强度，然后进入步骤s7；

s7、当前节点的相位值依据耦合强度进行调整，得到新的相位值；

s8、判断调整后的相位值是否小于触发阈值，若是，则回到步骤s2，否，则进入步骤s9；

s9、相位值变为0，当前节点发出触发信号。

进一步地，所述步骤s1中的初始相位值以及按照相位增长速度增长后的相位值的范围在[0,1],所述相位增长速度为：

δφ＝k*δt，k＝0.3

其中，δt表示增加的单位时间，δφ表示单位时间δt内相位增加的值。

进一步地，所述步骤s3中接收触发信号的方式为采用摄像头捕捉周围邻居节点的发光信号。

优选地，所述步骤s4中的预设的强度阈值为0.5。

进一步地，所述步骤s5，负耦合强度的计算方法为：

ε＝(0-φ)/0.5*εmax

其中，φ为当前相位值，εmax为当前相位值φ为0.5时，耦合强度的最大的绝对值，εmax为[0.35,0.45]。

进一步地，所述步骤s6，正耦合强度的计算方法为：

ε＝(1-φ)/0.5*εmax

其中，φ为当前相位值，εmax为当前相位值φ为0.5时，耦合强度的最大的绝对值，εmax为[0.35,0.45]。

优选地，所述εmax＝0.4。

进一步地，所述步骤s7，当前节点的相位值按照以下方式调整：

φ2＝φ1+ε。

其中，φ2表示调整后的相位值，φ1表示调整前的相位值，ε表示计算出的耦合强度值。

优选地，所述步骤s8中的触发阈值为1。

实施例2：

本实施例2是装置实施例，上述实施例1是方法实施例.本实施例与上述实施例属于同一技术构思，在本实施例中未详尽描述的内容，请参见方法实施例1.

如图2所示，一种基于视觉的萤火虫感知式时间同步装置，包括：

设置单元，用于对节点进行初始化，给当前节点分配一个随机的初始相位值并设定相位增长速度；

相位增长单元，用于使当前节点的相位按设定的增长速度增长；

第一判断单元，用于判断网络中当前节点是否接收到触发信号，若是，则进入第二判断单元，否则，回到相位增长单元；

第二判断单元，用于判断当前节点的当前相位值是否小于预设的强度阈值，若是，则进入第一给定单元，否则，进入第二给定单元；

第一给定单元，用于给定耦合强度为负耦合强度，然后进入调整单元；

第二给定单元，用于给定耦合强度为正耦合强度，然后进入调整单元；

调整单元，用于使当前节点的相位值依据耦合强度进行调整，得到新的相位值；

第三判断单元，用于判断调整后的相位值是否小于触发阈值，若是，则回到相位增长单元，否，则进入触发单元；

触发单元，用于将相位值变为0，当前节点发出触发信号。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定，故在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本发明的保护范围内。