一种无线传感器网络节点时基同步批量校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络节点时基同步批量校准方案。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量的传感器节点组成，通常包含大量的自组织、多跳无线网络的分布式节点，集数据采集、融合处理和通信为一体的网络，其具有组网快捷、灵活，且不受有线网络约束的优点，因此，在国防军事、环境监测、医疗卫生、家庭护理等领域都显示了广阔的应用前景。
[0003]时间同步是任何分布式系统的重要组成部分，也是无线传感器网络的一项重要支撑技术，对于无线传感器网络的设计和应用都是关键的。目前，很多无线传感器网络应用都要求传感器节点的时钟保持同步。目前，无线传感器网络中一般采用传统的时间同步方法，例如，以一个校准好的传感器节点的时钟为基准，未校准的传感器节点的时钟与该校准好的传感器节点的时钟进行同步。但由于无线传感器网络自身的特点，它在同步范围、能量消耗以及同步精度上都有特殊的要求，采用传统的时间同步校准方法的效率太低，不适合无线传感器网络节点芯片的大批量校准。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例提供一种无线传感器网络节点时基同步批量校准方法及系统，以解决现有技术中无线传感器网络节点时钟同步校准的效率较低的问题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种无线传感器网络节点时基同步批量校准方法，包括:无线传感器网络的主节点从精确授时源获得精准时钟信号；所述主节点向所述无线传感器网络的所有从节点广播所述精准时钟信号；以及所述从节点根据接收到的所述精准时钟信号对本地的时钟进行校准。
[0006]优选地，所述从节点根据接收到的所述精准时钟信号对本地的时钟进行校准，包括:所述从节点根据所述精准时钟信号对所述从节点的工作时钟进行校准；所述从节点利用校准后的所述工作时钟对所述从节点睡眠时的计时时钟进行校准。
[0007]优选地，所述从节点根据所述精准时钟信号对所述从节点的工作时钟进行校准，包括:所述从节点通过查询所述精准时钟信号等待与所述工作时钟频率对应的计时边沿到来，在所述计时边沿到来时，所述主定时器开始计数，计时预定个脉冲周期后读取所述主定时器的计数值，将所述计数值与理论值进行比较，得到所述工作时钟的校准系数；利用所述工作时钟的校准系数对所述工作时钟进行校准。
[0008]优选地，所述从节点利用校准后的所述工作时钟对所述从节点睡眠用的计时时钟进行校准，包括:屏蔽所述从节点的除从定时器和所述主定时器之外的所有中断；启动主定时器开始计数，同时启动从定时器开始计数；采用查询方式，当所述从定时器完成预定个脉冲周期定时后，读取所述主定时器与所述从定时器的计数值，获取在所述工作时钟校准之后与所述从定时器的计数值所对应的主定时器理论值，将所述主定时器的计数值与获取的所述主定时器理论值进行比较得到所述计时时钟的校准系数；利用所述计时时钟的校准系数对所述计时时钟进行校准。
[0009]优选地，在利用所述工作时钟的校准系数对所述工作时钟进行校准之前，所述方法还包括:根据所述工作时钟的温度系数K2，对所述工作时钟的校准系数进行时间同步温度补偿，得到所述工作时钟最终的校准系数yl:yl = K^K2.(T-T0);其中，K1为将所述计数值与理论值进行比较得到的所述工作时钟的校准系数，K2为所述工作时钟的温度系数，T为当前的实际温度，T0为测量所述温度系数K2时的温度。
[0010]优选地，在利用所述计时时钟的校准系数对所述计时时钟进行校准之前，所述方法还包括:根据所述计时时钟的温度系数K4，对所述计时时钟的校准系数进行时间同步温度补偿，得到所述计时时钟最终的校准系数y2:y2 = K3+K4.(T-T0);其中，K3为将将所述主定时器的计数值与获取的所述主定时器理论值进行比较得到的所述工作时钟的校准系数，K4为所述计时时钟的温度系数，T为当前的实际温度，Ttl为测量所述温度系数K4时的温度。
[0011]优选地，在所述主节点向所述无线传感器网络的所有从节点广播所述精准时钟信号之前，所述方法还包括:所述主节点向所述无线传感器网络的所有所述从节点广播同步请求；所述主节点接收到所述从节点在接收到所述同步请求后返回的应答信号。
[0012]根据本发明的另一个方面，提供了一种无线传感器网络节点时基同步批量校准系统，包括:无线传感器网络中的主节点和多个从节点；其中，主节点，用于从精确授时源获得精准时钟信号，并向无线传感器网络的所有从节点广播所述精准时钟信号；所述从节点，用于根据接收到的所述精准时钟信号对本地的时钟进行校准。
[0013]优选地，所述从节点包括:第一校准模块，用于根据所述精准时钟信号对所述从节点的工作时钟进行校准；第二校准模块，用于利用校准后的所述工作时钟对所述从节点睡眠时的计时时钟进行校准。
[0014]优选地，所述第一校准模块包括:第一查询单元，用于查询所述精准时钟信号与所述工作时钟频率对应的计时边沿是否到来；主定时器，用于在所述第一查询单元查询到所述计时边沿到来时，开始计数；第一比较单元，用于在所述主定时器计时预定个脉冲周期后读取所述主定时器的计数值，将所述计数值与理论值进行比较，得到所述工作时钟的校准系数；第一校准单元，用于使用所述工作时钟的校准系数对所述工作时钟进行校准。
[0015]优选地，所述第一校准模块还包括:第一温度补偿单元，用于根据所述工作时钟的温度系数K2，对所述工作时钟的校准系数进行时间同步温度补偿，得到所述工作时钟最终的校准系数yl:
[0016]yl = K^K2.(T-T0),
[0017]其中，K1为所述第一比较单元得到的所述工作时钟的校准系数，K2为所述工作时钟的温度系数，T为当前的实际温度，T0为测量所述温度系数K2时的温度。
[0018]优选地，所述第二校准模块包括:屏蔽单元，用于屏蔽所述从节点的除从定时器和所述主定时器之外的所有中断；主定时器和从定时器，用于在所述屏蔽单元屏蔽所有中断后，同时启动开始计数；第二比较单元，用于采用查询方式，当所述从定时器完成预定个脉冲周期定时后，读取所述主定时器与所述从定时器的计数值，获取在所述工作时钟校准之后与所述从定时器的计数值所对应的主定时器理论值，将所述主定时器的计数值与获取的所述主定时器理论值进行比较得到所述计时时钟的校准系数；第二校准单元，用于利用所述计时时钟的校准系数对所述计时时钟进行校准。
[0019]优选地，所述第二校准模块还包括:第二温度补偿单元，用于根据所述计时时钟的温度系数K4，对所述计时时钟的校准系数进行时间同步温度补偿，得到所述计时时钟最终的校准系数12:
[0020]y2 = K3+K4.(T-Ttl)，其中，K3为所述第二比较单元得到的所述工作时钟的校准系数，K4为所述计时时钟的温度系数，T为当前的实际温度，Ttl为测量所述温度系数K4时的温度。
[0021]优选地，所述主节点还用于:在向所述无线传感器网络的所有从节点广播所述精准时钟信号之前，向所述无线传感器网络的所有所述从节点广播同步请求，启动时间同步，在接收到所述从节点在接收到所述同步请求后返回的应答信号之后，广播所述精准时钟信号。
[0022]本发明实施例中，无线传感器网络主节点在通过精确授时源获得精准时钟信号后，以广播的方式向所有从节点广播精准时钟信号，从节点根据该精准时钟信号进行本地时钟校准，解决了现有无线传感器网络节点时基无法大批量同步校准的问题，有效的利用了无线广播的同步覆盖特性，同时校准并统一了节点的时基，使节点能进行更长周期的同步睡眠调度，并提升精确同步组网的性能。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例中无线传感器网络节点时基同步批量校准系统的结构示意图；
[0024]图2为本发明实施例中无线传感器网络节点时基同步批量校准系统的从节点的结构示意图；
[0025]图3为本发明实施例中无线传感器网络节点时基同步批量校准系统的从节点的第一校准模块的结构示意图；
[0026]图4为本发明实施例中无线传感器网络节点时基同步批量校准系统的从节点的第二校准模块的结构示意图；
[0027]图5为本发明实施例中无线传感器网络节点时基同步批量校准方法的流程图；
[0028]图6为本发明优选实施例的无线传感器网络节点时基同步