都是重新根据STD标准来选择父节点的，所以节点5选取I作为父节点完成同步。如果在DMTS或者TPSN等具有固定层次拓扑的多跳同步中，虽然协议具有一些抗毁灭性的措施，但是当拓扑发生强烈变化时，将会直接导致整个同步协议崩溃。所以，本发明的同步器能良好的应对拓扑的实时变化，适用于节点弱移动的场合。
[0032]4.抗毁灭性
[0033]如图4所示，灰色虚线节点代表损坏节点。由于节点较多的损坏导致待同步节点5的直接上跳节点都缺失了，不过根据本发明的同步器的动态拓扑特性照样可以通过1-4-3-7-6-5路径完成同步。虽然跳数增加会导致同步误差变大，但是不至于节点5被孤立而不能完成同步。若使用固定层次拓扑的同步协议，则节点5是不会跟下层节点6进行同步的，从而使节点5被孤立而同步失效。
[0034]5.可扩展性
[0035]在固定层次拓扑的时间同步协议中，往往都是先建立好层次拓扑后再进行时间同步。在这类协议里，如果增加了一些新节点则必须重新启动协议，先发包含层次的数据包，然后同步，这样协议的扩展性就受到限制。而且如果在实际网络中运行的协议要重启，一般都必须重启节点的电源，那这样在实际大规模网络上操作是很不现实的，同时会直接影响网络的其他服务的提供。而在本发明的同步器中同步协议运行时，新加入的节点会自动选择最佳STD的上跳节点作为父节点进行同步。如果新加入的节点数目较多的话，则可以根据需要发起一定次数的快速同步，使新节点的时钟大致的统一到网络的标准时间。
【附图说明】
[0036]图1是本发明基于频偏竞标和动态拓扑同步器的根节点工作示意图；
[0037]图2是本发明基于频偏竞标和动态拓扑同步器的非根节点工作示意图；
[0038]图3是本发明基于频偏竞标和动态拓扑同步器在动态拓扑中同步过程示意图；
[0039]图4是本发明基于频偏竞标和动态拓扑同步器的抗毁灭性效果图；
[0040]图5是本发明基于频偏竞标和动态拓扑同步器快速和慢速同步各跳完成同步延时对比图；
[0041]图6是本发明基于频偏竞标和动态拓扑同步器的频偏竞标效果对比图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0043]本发明是一种基于频偏竞标及动态拓扑的大规模无线传感器网络同步器，同步时节点选取时钟频率稳定且同步跳数少的父节点进行同步，达到抑制多跳误差累积的效果。并采用一种快慢同步结合的策略，满足网络中对同步精度和收敛时间两种性能指标的要求。节点利用跳数信息动态选择父节点，可以适合动态拓扑网络的时间同步要求，同时具有良好的抗毁灭性和扩展性。
[0044]本发明智能选路同步器依次经过以下步骤:
[0045](I)根节点发起同步
[0046]开辟一个单独的子进程作为服务端，监听下跳节点发来的TPSN同步请求，并及时给予回应。主进程使用广播发送快速同步包，每发一次同步包就将同步轮(Synchronizat1n Num，SN)的数值加I。间隔一个快速同步周期(Fast Per1d，FP)的时间后，判断同步轮次SN是否大于预先设定的快速同步次数(Fast Num, FN)，如果不成立则继续发送快速同步，如果成立进行慢速同步。当快速同步完成后，根节点就开始发送慢速同步包开启频偏竞标过程。
[0047](2)非根节点快速同步
[0048]开辟一个单独的子进程作为服务端，监听下跳节点发来的TPSN同步请求，并及时给予回应。主进程开设一个服务端，监听广播发来的同步包。收到第一个数据包后，如果是快速同步数据包，而且同步轮次值比上一轮的值大，则进行快速同步，即立刻选定这个节点为父节点。
[0049](3)非根节点慢速同步
[0050]如果本轮次收到的第一个数据包是慢速同步包，开启慢速同步过程。记录下该数据包并计算出其STD的值。启动定时器，设定超时时间(Time Out，TO)的数值。继续监听其他节点可能发来的广播包。如果收到新的慢速同步包后，计算其STD的值，然后跟记录的本轮次的STD相比较。如果比记录值大，则丢弃。如果比记录的小，则用新数据包更新记录消息。判断定时器是否到时，没到时则继续监听，到时则发起类TPSN同步。慢速同步中选择记录的STD值最小的节点为父节点。
[0051](4)类TPSN单跳范围同步
[0052]当待同步节点选定父节点后，关闭同步数据包的监听；向父节点发起类TPSN的同步请求；父节点收到同步请求后及时回应消息。待同步节点利用本次同步过程记录的4个时间值，计算出时间偏差和延时，并进行本地时钟的校正；然后向其他节点发出同步包。
[0053](5)网络的扩展
[0054]当有新的节点加入到已经运行的网络中时，他们可以根据竞标标准STD自动选择最佳的上跳节点为父节点进行同步，而不需要重新启动整个网络的同步协议；如果加入的节点数据较多，则可以让根节点发起一定次数的快速同步，使新节点的时钟大致的统一到网络的标准时间。
[0055]最后应需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳的实施例对本发明进行了详细的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于频偏竞标及动态拓扑的大规模无线传感器网络同步器，其特征在于:提出了一种网络区域分簇机制，该机制通过减少节点的同步跳数来有效的减少同步误差累积，然后节点选取时钟频率稳定且同步跳数少的父节点进行同步，进一步抑制误差的多跳累积。2.根据权利要求1所述的基于频偏竞标及动态拓扑的大规模无线传感器网络同步器，其特征在于:采用一种快慢同步结合的策略满足网络中对同步精度和收敛时间两种性能指标的要求，快速同步牺牲一定的精度来达到较短的同步收敛时间，慢速同步则通过延长收敛时间达到较高的同步精度。3.根据权利要求1或2所述的基于频偏竞标及动态拓扑的大规模无线传感器网络同步器，其特征在于:节点利用跳数信息动态选择父节点，可以适合动态拓扑网络的时间同步要求，允许传感器网络中的节点在同步过程中进行弱移动，节点动态选择父节点同时使网络具有良好的抗毁灭性和扩展性。4.根据权利要求1、2或3所述的基于频偏竞标及动态拓扑的大规模无线传感器网络同步器，其特征在于:具体经过以下步骤: (1)根节点发起同步 同步开始时，由根节点根据应用需求设定同步数据包的类型为快速同步或者慢速同步，同时设定同步轮次和同步跳数等参数信息，然后将数据包发出，启动定时器，经过一个同步周期的间隔后再次发起下一轮同步，同时监听并回应下跳节点发来的同步请求； (2)非根节点快速同步 非根节点在同步开始时监听其他节点发来的同步数据包，收到第一个数据包后，如果是快速同步数据包，而且同步轮次值比上一轮的值大，则进行快速同步，即立刻选定这个节点为父节点； (3)非根节点慢速同步 非根节点监听其他节点发来的同步数据包，收到第一个同步轮次值比上一轮的值大的数据包后，如果是慢速同步数据包，则进行慢速同步，设定定时器开启频偏竞标过程，在定时器到时之前，节点一直监听是否有其他同步数据包到来，对收到的数据包计算其竞标标准STD，最终选取具有最小竞标标准STD的节点为父节点； (4)类TPSN单跳范围同步 当待同步节点选定父节点后，关闭同步数据包的监听，向父节点发起类TPSN的同步请求，父节点收到同步请求后及时回应消息，待同步节点利用本次同步过程记录的4个时间值，计算出时间偏差和延时，并进行本地时钟的校正，然后向其他节点发出同步包； (5)网络的扩展 当有新的节点加入到已经运行的网络中时，他们可以根据竞标标准STD自动选择最佳的上跳节点为父节点进行同步，而不需要重新启动整个网络的同步协议，如果加入的节点数目较多，贝1J可以让根节点发起一定次数的快速同步，使新节点的时钟大致的统一到网络的标准时间。
【专利摘要】本发明设计了一种基于频偏竞标及动态拓扑的大规模无线传感器网络同步器。通过采用网络区域分簇机制来减少节点同步跳数后，节点选取时钟频率稳定且同步跳数少的父节点进行同步，达到抑制多跳误差累积的效果；并采用一种快慢同步结合的策略满足网络中对同步精度和收敛时间两种性能指标的要求；节点利用跳数信息动态选择父节点，可以适合动态拓扑网络的时间同步要求，同时具有良好的抗毁灭性和扩展性；网络中单跳范围内的节点间的同步采用类似TPSN双向同步思想，消除了同步过程中的传输延时，达到高同步精度。
【IPC分类】H04W56/00, H04W40/02, H04W84/18
【公开号】CN105025568
【申请号】CN201510334182
【发明人】董恩清, 黄振强, 袁瑗, 高翔
【申请人】山东大学（威海）
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月16日