基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法
【专利摘要】一种基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法，包括如下步骤：无线传感器节点评估自身的时钟精度后，确定是否进行时钟同步；根据所述无线传感器节点的位置计算移动参考节点的位置；以所述无线传感器节点到各个所述无限传感器节点地址信息的路径为基础，设置所述无线传感器节点发送同步请求信息的路由；若当前时刻的所述无线传感器节点的时钟精度不能满足要求时，所述无线传感器节点向所述移动参考节点发起同步请求；在同步请求信息传送过程中形成从所述无线传感器节点到所述移动参考节点的动态多跳链路；当所述移动参考节点接收到同步请求后，依次同步通信返回链路上的所述无线传感器节点；所述无线传感器节点评估接收到同步信号。
【专利说明】基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络【技术领域】，尤其涉及一种基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法。
【背景技术】
[0002]目前，面向传感器网络时钟同步的主流算法使用位置固定的参考节点。由于无线传感器节点的通信范围有限，即使是通信能力较强的参考节点的通信范围也无法直接覆盖整个无线传感器网络，因此必须依赖簇头节点或其他中间节点所形成的多跳链路从参考节点向需要进行时钟同步的传感器节点传送同步信息，以此来最终实现全网范围的时钟同步，整体上必然需要较大的通信量，因而造成作为无线传感器网络时钟同步重要性能指标的能量损耗(节点实现同步需要的通信所导致的能量开销)相应提高。同时，在同步信息转发过程中，随着转发次数增多，时钟的误差(主要由传送时间、传播时间和接收时间组成)也逐渐增大，造成作为无线传感器网络时钟同步另一重要性能指标的同步精度(节点估算的参考时间与实际参考时间之间的偏差)逐渐减低。时钟同步的性能随着网络规模的增大而降低。
[0003]发明专利申请号201310258389.5“一种基于移动参考节点的无线传感器网络时钟同步方法”，选用的时钟源为一个移动参考节点，通过建立移动参考节点的移动轨迹模型，计算移动参考节点的移动路径，使移动参考节点按照计算的路径进行移动，覆盖无线传感器网络部署区域的所有无线传感器节点，并对建立连接的传感器节点进行时钟同步，满足传感器网络节点对时钟同步的基本要求。
[0004]移动参考节点按照计算出的路径移动，遍历部署区域内的所有传感器节点，与通信范围内的邻居节点(普通传感器节点)进行直接通信(单跳直达的)，由于节点的通信能耗远大于计算能耗，主要基于sender-receiver的单向同步算法完成节点的同步。参考节点移动一个周期T后，整个无线传感器网络实现时钟同步。
[0005]由于传感器节点的本地时钟源通常采用频率准确度和稳定度较差的廉价晶振，在自身运行一段时间后，便产生时钟误差；令移动参考节点以Λ t为时间间隔进行周期同步，使得节点的同步精度随移动参考节点的同步周期(Τ+ Δ t)的变化而变化，对时间间隔Λ t灵活设置，即同步周期(Τ+ Δ t)灵活调节，节点的同步精度便可灵活改变。
[0006]但是不管如何调整Λ t的数值，传感器节点的在T+Λ t的同步周期不能得到移动参考点的同步校准服务，当传感器节点对同步周期(T+At)内时钟精度有更高要求时，则无法满足要求。
[0007]因此，针对不足，提出了一种基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法。
【发明内容】
[0008]针对上述问题中存在的不足之外，本发明提供一种基于移动参考节点的无线传感器网络时钟同步方法，[0009]包括如下步骤:
[0010]步骤S101，无线传感器节点评估自身的时钟精度后，确定是否进行时钟同步；
[0011]步骤S102，根据所述无线传感器节点的位置计算移动参考节点的位置；
[0012]步骤S103，以所述无线传感器节点到各个所述无限传感器节点地址信息的路径为基础，设置所述无线传感器节点发送同步请求信息的路由；
[0013]步骤S104，若当前时刻的所述无线传感器节点的时钟精度不能满足要求时，所述无线传感器节点向所述移动参考节点发起同步请求；
[0014]步骤S105，在同步请求信息传送过程中形成从所述无线传感器节点到所述移动参考节点的动态多跳链路；
[0015]步骤S106，当所述移动参考节点接收到同步请求后，依次同步通信返回链路上的所述无线传感器节点；
[0016]步骤S107，所述无线传感器节点评估接收到同步信号。
[0017]所述步骤SlOl具体包括:
[0018]移动参考节点以周期(Τ+ Δ t)对无线传感器节点进行时钟同步，即无线传感器节点在同步周期(Τ+Λ t)时间内产生的时钟相位偏差μ C1，假设时钟的相位偏差随时间成线性变化，因此计算当前无线传感器节点的相位偏差P!
【权利要求】
1.一种基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤S101，无线传感器节点评估自身的时钟精度后，确定是否进行时钟同步； 步骤S102，根据所述无线传感器节点的位置计算移动参考节点的位置； 步骤S103，以所述无线传感器节点到各个所述无限传感器节点地址信息的路径为基础，设置所述无线传感器节点发送同步请求信息的路由； 步骤S104，若当前时刻的所述无线传感器节点的时钟精度不能满足要求时，所述无线传感器节点向所述移动参考节点发起同步请求； 步骤S105，在同步请求信息传送过程中形成从所述无线传感器节点到所述移动参考节点的动态多跳链路； 步骤S106，当所述移动参考节点接收到同步请求后，依次同步通信返回链路上的所述无线传感器节点； 步骤S107，所述无线传感器节点评估接收到同步信号。
2.如权利要求1所述的基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法，其特征在于，所述步骤SlOl具体包括: 移动参考节点以周 期(τ+ Δ t)对无线传感器节点进行时钟同步，即无线传感器节点在同步周期(Τ+ Δ t)时间内产生的时钟相位偏差μ C1,假设时钟的相位偏差随时间成线性变化，因此计算当前无线传感器节点的相位偏差P!tx ~t0
t ti表示无线传感器节点当前的时刻，t0表示最近一次时钟同步的时刻， 然后通过比较U1与无线传感器节点所要达到的时钟精度μ的比值，判断无线传感器节点是否要进行实时同步。 若 ^<1 μ 则不需要进行实时同步，此时时钟精度满足要求 μ 则需要进行实时同步，此时是指时钟精度不满足要求。
3.如权利要求1所述的基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括: 在进行周期同步时，利用定位算法获得区域中所有无线传感器节点的位置，在第二同步周期时，将向每个无线传感器节点发送包含所有节点位置的区域分布图以及移动参考节点的周期同步路径线路图，在移动参考节点的周期同步路径线路图中包含了移动参考节点在[0，Τ]的同步周期内到达每个同步覆盖圆心的时间； 无线传感器节点A首先计算移动参考节点现在所处的位置，根据纠正后无线传感器节点当前时刻与同步周期的比值k，可近似确定移动参考节点的位置:
4.如权利要求1所述的基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法，其特征在于，所述步骤S103具体包括: 由步骤S102确定移动参考节点的位置，即移动参考节点所在的同步覆盖圆心位置，选取此同步覆盖圆区域内的非休眠无线传感器节点的IP地址为目的地址； 根据节点位置的区域分布图规划处一条从无线传感器节点到同步覆盖圆区域内的非休眠无线传感器节点并包含途径各个传感器节点地址信息的路径，以此路径为基础，设置无线传感器节点发送同步请求信息的路由。
5.如权利要求1所述的基于移动参考节点的无线传感器网络实时同步方法，其特征在于，所述步骤S107具体包括: 无线传感器节点A通过步骤S106接收到移动参考节点返回的同步信号，由于同步信号通过多个无线传感器节点的多跳传输，将在移动参考节点提供的标准时钟的基础上产生误差的累加，在t2时刻无线传感器节点A被同步，计算t2时刻无线传感器节点的相位偏差μ 2
【文档编号】H04W52/02GK103874177SQ201410120031
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】何泾沙, 张玉强, 赵斌, 杨明欣, 徐晶 申请人:北京工业大学