一种无线传感器网络时间同步方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种无线传感器网络时间同步方法和系统，所述方法包括：构建多层无线传感器网络模型；获取辅助节点和父节点双向通信的时间同步信息；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移以及所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移，完成对辅助节点和子节点相对于父节点的时间同步。本发明专利技术的主节点对应2个辅助节点，通过额外的辅助节点可以有效的提高算法的鲁棒性，网络中的子节点采用监听父节点和辅助节点的同步信息来进行时间同步，互相影响小，解决了多跳网络适应性差的问题；采用最大似然估计函数进行辅助节点和子节点的时间同步，提高了时间精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，特别是涉及一种无线传感器网络时间同步方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络由大量协同操作的微型多功能传感器(微型传感器节点)，通过无线通信的方式形成的一个自组织网络系统。目前，无线传感器网络应用非常广泛，可用于环境监测，医疗研究等领域。广泛的应用使得无线传感器网络很难有一个固定明确的标准，大部分均是根据当前的环境，用途，规模来适时地调整。这也就对传感器处理终端和无线节点造成了技术挑战，既要适应多种环境，也要同时保证自身硬件的精准性、可靠性。无线传感器网络各节点在数据传输时会进行时间同步，但各节点会受到诸如硬件寿命，通信干扰等因素的影响，使时间同步过程出现误差，从而对检测数据产生极大影响。无线传感器节点因为自带电池且容量有眼，使得时间同步技术在保证精准度的情况下，还要尽可能的减少能量消耗，目前还没有技术能同时满足以上两种情况。基于仅接收端同步协议(OnlyReceiveSynchronization，ROS)的ROS算法能量消耗极低，但是同步精度不高，并且多跳网络适应性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无线传感器网络时间同步方法及系统，用以克服现有同步方法中时间同步精度低和多跳网络适应性差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种无线传感器网络时间同步方法，包括：构建多层无线传感器网络模型，所述无线传感器网络包括父节点、辅助节点和子节点；根据终端服务器的时间对所述父节点的时间进行校正；所述终端服务器为所有无线传感器网络节点的汇聚节点；获取所述辅助节点和所述父节点双向通信的时间同步信息，所述时间同步信息包括所述辅助节点发送的时间同步请求和所述父节点发送的时间同步响应信息；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移；根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述辅助节点的时间进行校正；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移；根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移和所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移计算所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移；根据所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述子节点的时间进行校正。可选的，所述构建多层无线传感器网络模型具体包括：构建第一层网络：随机选取任一无线传感器网络节点为父节点，所述父节点为这个无线传感器网络的主节点；随机选取所述父节点通信范围内的两个节点为辅助节点，所述辅助节点在所述父节点的两侧；选取所述父节点与所述辅助节点通信范围内的共有节点为子节点；所述一个父节点、两个辅助节点和若干子节点构成第一层网络；构建第2到N层网络，N≥2：选取第N-1层网络的辅助节点或子节点中的任一节点作为第N层网络的父节点；选取所述第N层网络的父节点的通信范围内的一个节点为第N层网络的辅助节点，所述第N层网络的辅助节点与第N-1层网络的父节点分别在所述第N层网络的父节点的两侧；选取所述第N层网络的父节点与所述第N层网络的辅助节点通信范围内的共有节点为第N层网络的子节点；所述一个父节点以及和所述一个父节点相对应的一个辅助节点和若干子节点构成第N层网络中一个单跳小网络，所述第N层网络包括若干单跳小网络。可选的，所述选取所述第N层网络的父节点与所述第N层网络的辅助节点通信范围内的共有节点为第N层网络的子节点具体包括：对于可同时接收到多个同层网络中的单跳小网络的节点信息的共有节点，判断所述多个单跳小网络的父节点的优先级是否相同，得到第一判断结果，所述优先级表示所述多个单跳小网络的父节点进行时间同步的先后顺序；若所述第一判断结果表示所述多个单跳小网络的父节点的优先级不同，则所述共有节点加入优先级高的父节点所在的单跳小网络；若所述第一判断结果表示所述多个单跳小网络的父节点的优先级相同，则判断所述共有节点接收到多个同层网络中的单跳小网络的父节点发送的信息的时间是否相同，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述共有节点接收到多个同层网络中的单跳小网络的父节点发送的信息的时间不同，则所述共有节点加入最快接收到的信息所对应的父节点所在的单跳小网络。一种无线传感器网络时间同步系统，包括：模型构建模块，用于构建多层无线传感器网络模型，所述无线传感器网络包括父节点、辅助节点和子节点；第一校正模块，用于根据终端服务器的时间对所述父节点的时间进行校正；所述终端服务器为所有无线传感器网络节点的汇聚节点；获取模块，用于获取所述辅助节点和所述父节点双向通信的时间同步信息，所述时间同步信息包括所述辅助节点发送的时间同步请求和所述父节点发送的时间同步响应信息；第一估计模块，用于根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移；第二校正模块，用于根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述辅助节点的时间进行校正；第二估计模块，用于根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计子节点与所述辅助节点的相对时间偏移；计算模块，用于根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移和所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移计算所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移；第三校正模块，用于根据所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述子节点的时间进行校正。可选的，所述模型构建模块具体包括：第一层网络构建子模块，用于构建第一层网络，所说第一层网络包括一个父节点、两个辅助节点和若干子节点，具体包括：第一父节点选取单元，用于随机选取任一无线传感器网络节点为父节点，所述父节点为这个无线传感器网络的主节点；第一辅助节点选取单元，用于随机选取所述父节点通信范围内的两个节点为辅助节点，所述辅助节点在所述父节点的两侧；第一子节点选取单元，选取所述父节点与所述辅助节点通信范围内的共有节点为子节点；第2到N层网络构建子模块，N≥2，用于构建第2到N层网络，所述第N层网络包括若干单跳小网络，具体包括：第二父节点选取单元，用于选取第N-1层网络的辅助节点或子节点中的任一节点作为第N层网络的父节点；第二辅助节点选取单元，用于选取所述第N层网络的父节点的通信范围内的一个节点为第N层网络的辅助节点，所述第N层网络的辅助节点与第N-1层网络的父节点分别在所述第N层网络的父节点的两侧；第二子节点选取单元，用于选取所述第N层网络的父节点与所述第N层网络的辅助节点通信范围内的共有节点为第N层网络的子节点；单跳小网络构建单元，用于构建单跳小网络，所述单跳小网络包括一个父节点以及和所述一个父节点相对应的一个辅助节点和若干子节点构成。可选的，所述第二子节点选取单元具体包括：第一结果判断子单元，用于对于可同时接收到多个同层网络中的单跳小网络的节点信息的共有节点，判断所述多个单跳小网络的父节点的优先级是否相同，所述优先级表示所述多个单跳小网络的父节点进行时间同步的先后顺序；第一加入子单元，用于若所述第一判断结果表示所述多个单跳小网络的父节点的优先级不同，则所述共有节点加入优先级高的父节点所在的单跳小网络；第二结果判断子单元，若所述第一判断结果表示所述多个单跳小网络的父节点的优先级相同，则判断所述共有节点接收到多个同层网络中的单跳小网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，包括：构建多层无线传感器网络模型，所述无线传感器网络包括父节点、辅助节点和子节点；根据终端服务器的时间对所述父节点的时间进行校正；所述终端服务器为所有无线传感器网络节点的汇聚节点；获取所述辅助节点和所述父节点双向通信的时间同步信息，所述时间同步信息包括所述辅助节点发送的时间同步请求和所述父节点发送的时间同步响应信息；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移；根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述辅助节点的时间进行校正；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移；根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移和所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移计算所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移；根据所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述子节点的时间进行校正。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，包括：构建多层无线传感器网络模型，所述无线传感器网络包括父节点、辅助节点和子节点；根据终端服务器的时间对所述父节点的时间进行校正；所述终端服务器为所有无线传感器网络节点的汇聚节点；获取所述辅助节点和所述父节点双向通信的时间同步信息，所述时间同步信息包括所述辅助节点发送的时间同步请求和所述父节点发送的时间同步响应信息；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移；根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述辅助节点的时间进行校正；根据所述时间同步信息，采用最大似然估计函数估计所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移；根据所述辅助节点与所述父节点的相对时间偏移和所述子节点与所述辅助节点的相对时间偏移计算所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移；根据所述子节点相对于所述父节点的相对时间偏移与所述父节点的时间对所述子节点的时间进行校正。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建多层无线传感器网络模型具体包括：构建第一层网络：随机选取任一无线传感器网络节点为父节点，所述父节点为这个无线传感器网络的主节点；随机选取所述父节点通信范围内的两个节点为辅助节点，所述辅助节点在所述父节点的两侧；选取所述父节点与所述辅助节点通信范围内的共有节点为子节点；所述一个父节点、两个辅助节点和若干子节点构成第一层网络；构建第2到N层网络，N≥2：选取第N-1层网络的辅助节点或子节点中的任一节点作为第N层网络的父节点；选取所述第N层网络的父节点的通信范围内的一个节点为第N层网络的辅助节点，所述第N层网络的辅助节点与第N-1层网络的父节点分别在所述第N层网络的父节点的两侧；选取所述第N层网络的父节点与所述第N层网络的辅助节点通信范围内的共有节点为第N层网络的子节点；所述一个父节点以及和所述一个父节点相对应的一个辅助节点和若干子节点构成第N层网络中一个单跳小网络，所述第N层网络包括若干单跳小网络。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选取所述第N层网络的父节点与所述第N层网络的辅助节点通信范围内的共有节点为第N层网络的子节点具体包括：对于可同时接收到多个同层网络中的单跳小网络的节点信息的共有节点，判断所述多个单跳小网络的父节点的优先级是否相同，得到第一判断结果，所述优先级表示所述多个单跳小网络的父节点进行时间同步的先后顺序；若所述第一判断结果表示所述多个单跳小网络的父节点的优先级不同，则所述共有节点加入优先级高的父节点所在的单跳小网络；若所述第一判断结果表示所述多个单跳小网络的父节点的优先级相同，则判断所述共有节点接收到多个同层网络中的单跳小网络的父节点发送的信息的时间是否相同，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述共有节点接收到多个同层网络中的单跳小网络的父节点发送的信息的时间不同，则所述共有节点加入最快接收到的信息所对应的父节点所在的单跳小网络。4.一种无线传感器网络时间同步系统，其特征在于，所述系统包括：模型构建模块，用于构建多层无线传感器网络模型，所述无线传感器网络包括父节点、辅助节点和子节点；第一校正模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂芬，张天禹，王义君，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22