一种用于无线设备节点网络同步的方法技术

一种用于无线设备节点同步的方法，应用于进行短距离无线通信的设备节点之间，所述方法通过选定的主设备节点向从设备节点发送同步控制指令，控制同步过程；无线设备节点之间通过广播方式得到基准时钟端口设备节点的同步数据包；而后主设备通过设备节点数据包的包序对齐数据的时间，从而实现了无线设备节点之间的同步。本发明专利技术可用于多节点传感器无线采集系统中，实现对节点数据实时同步地采集，在保证节点同步精度较高的同时能耗较低。

A method for synchronization of node nodes in wireless devices

A method for synchronization of wireless device nodes is applied between device nodes for short-range wireless communication. The method sends synchronization control instructions to slave device nodes via a selected master device node to control the synchronization process; between wireless device nodes, a reference clock port device node is obtained by broadcasting. Then the master device aligns the time of the data through the packet order of the device nodes, thus realizing the synchronization between the wireless device nodes. The invention can be used in a multi-node sensor wireless acquisition system to realize real-time and synchronous acquisition of node data, which ensures high synchronization accuracy of nodes and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线设备节点网络同步的方法
本专利技术涉及短距离无线通信领域，更具体地，本专利技术涉及对短距离无线通信的设备节点进行同步的方法。
技术介绍
近年来，随着短距离无线通信技术和无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)的飞速发展，物联网技术在工业控制网络、智能家居网络、环境监测网络、精细农业网络、健康监测网络等得到了广泛应用。当前，WSN技术主要应用于非同步的无线通信网络。由于各个设备节点都为独立的传感器节点，各自拥有独立的中央处理器、晶振和系统时钟，并大多采用主从应答响应机制进行指令收发和数据交互，因此设备节点在开启同步时钟时存在时延，导致设备节点间无法进行同步信息的采集；另外，复杂的网络环境导致的数据丢包等问题同样会导致传感器节点在数据融合时出现同步误差。然而在某些WSN应用场景中，传感器节点需同步采集数据，以正确进行传感器数据融合和数据分析。传统WSN时间同步方法大多专注于最小化同步误差，并未考虑设备成本、功耗和计算等方面的约束，导致很多现有方法无法运用到实际WSN传感器网路中。因此在评价WSN时间同步方法时，需要在同步精度和能耗之间折衷，以期得到较优的同步方案。
技术实现思路
为了克服已有无线传感器网络的无法兼顾同步精度和能耗的不足，本专利技术提供了一种用于无线设备节点同步的方法，在保证设备节点同步精度较高的同时能耗较低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于无线设备节点网络同步的方法，其特征在于：所述的方法包含以下步骤：步骤(1-1)，在n个无线设备节点中选取某个无线设备节点为主设备节点，其余(n-1)个无线设备节点为从设备节点；若选定的主设备节点为同时不具有PORT属性和SYNC属性的控制设备节点，则进行步骤(1-2)～步骤(1-13)；步骤(1-2)，初始化(n-1)个从设备节点的PORT属性，所有从设备节点均为P0待同步端口；步骤(1-3)，初始化(n-1)个从设备节点的SYNC属性，所有从设备节点均为S0初始态；步骤(1-4)，主设备节点与其余(n-1)个从设备节点通过无线通信模块建立无线连接；主设备节点与从设备节点在每个连接间隔产生的连接事件中交互数据；步骤(1-5)，主设备节点配置某个从设备节点的PORT属性为P1基准时钟端口；在从设备节点网络中，PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点有且仅有一个；步骤(1-6)，主设备节点改变(n-2)个PORT属性为P0待同步端口的从设备节点的SYNC属性为S1接收态；SYNC属性为S1接收态的设备节点在无线通信模块空闲时开始侦听同步数据包；步骤(1-7)，主设备节点改变PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点的SYNC属性为S2广播态，同时主设备节点设定延迟时间T；SYNC属性为S2广播态的从设备节点在无线通信模块空闲时广播一次同步数据包；步骤(1-8)，PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点广播完同步数据包后，改变自身的SYNC属性为S3准同步态；步骤(1-9)，PORT属性为P0待同步端口的从设备节点如果在无线通信模块空闲时侦听到同步数据包，则改变自身的SYNC属性为S3准同步态；PORT属性为P0待同步端口的从设备节点如果在无线通信模块空闲时未侦听到同步数据包，则不改变SYNC属性；步骤(1-10)，主设备节点延迟时间T到达后，读取(n-1)个从设备节点的SYNC属性；如果(n-1)个从设备节点的SYNC属性都为S3准同步态，则该次同步操作成功，进入步骤(1-11)；如果存在某个或某些从设备节点的SYNC属性不是S3准同步态，则说明本次同步操作失败，进入步骤(1-12)；步骤(1-11)，主设备节点改变(n-1)个从设备节点的SYNC属性为S4同步态，并进入步骤(1-13)；步骤(1-12)，主设备节点改变(n-1)个从设备节点的SYNC属性为S5重置态，并跳转到步骤(1-6)，重新开始从设备节点的同步操作过程。步骤(1-13)，主设备节点接收(n-1)个从设备节点的数据包，并将(n-1)个从设备节点的数据包根据时间顺序进行排序；将各个从设备节点排列好的数据包根据数据包的包序进行对齐；对于因网络环境等因素导致的某些从设备节点、某些时间点的数据包丢失，则主设备将对应从设备节点的对应包序位置的数据用填充数据补齐；至此，基于主设备节点为控制设备节点的同步过程完成。进一步，所述步骤(1-1)中，若选定的主设备节点为同时具有PORT属性和SYNC属性的同步设备节点，所述方法还包含以下步骤：步骤(1-14)，初始化n个无线设备节点的PORT属性，所有无线设备节点均为P0待同步端口；步骤(1-15)，初始化n个无线设备节点的SYNC属性，所有无线设备节点均为S0初始态；步骤(1-16)，主设备节点与其余(n-1)个从设备节点通过无线通信模块建立无线连接；主设备节点与从设备节点在每个连接间隔产生的连接事件中交互数据；步骤(1-17)，主设备节点配置某个设备节点的PORT属性为P1基准时钟端口；在设备节点网络中，PORT属性为P1基准时钟端口的设备节点有且仅有一个；步骤(1-18)，主设备节点改变(n-1)个PORT属性为P0待同步端口的设备节点的SYNC属性为S1接收态；SYNC属性为S1接收态的设备节点在无线通信模块空闲时开始侦听同步数据包；步骤(1-19)，主设备节点改变PORT属性为P1基准时钟端口的设备节点的SYNC属性为S2广播态，同时主设备节点设定延迟时间T；SYNC属性为S2广播态的设备节点在无线通信模块空闲时广播一次同步数据包；步骤(1-20)，PORT属性为P1基准时钟端口的设备节点广播完同步数据包后，改变自身的SYNC属性为S3准同步态；步骤(1-21)，PORT属性为P0待同步端口的设备节点如果在无线通信模块空闲时侦听到同步数据包，则改变自身的SYNC属性为S3准同步态；PORT属性为P0待同步端口的设备节点如果在无线通信模块空闲时未侦听到同步数据包，则不改变SYNC属性；步骤(1-22)，主设备节点延迟时间T到达后，读取n个设备节点的SYNC属性；如果n个设备节点的SYNC属性都为S3准同步态，则该次同步操作成功，进入步骤(1-23)；如果存在某个或某些设备节点的SYNC属性不是S3准同步态，则说明本次同步操作失败，进入步骤(1-24)；步骤(1-23)，主设备节点改变n个设备节点的SYNC属性为S4同步态，并进入步骤(1-25)；步骤(1-24)，主设备节点改变n个设备节点的SYNC属性为S5重置态，并跳转到步骤(1-18)，重新开始设备节点的同步操作过程；步骤(1-25)，主设备节点接收(n-1)个从设备节点的数据包，并将(n-1)从设备节点的数据包和自身节点的数据包共n个数据包根据时间顺序进行排序；将各个设备节点排列好的数据包根据数据包的包序进行对齐；对于因网络环境等因素导致的某些设备节点、某些时间点的数据包丢失，则主设备将对应设备节点的对应包序位置的数据用填充数据补齐；至此，基于主设备节点为同步设备节点的同步过程完成。所述方法中的SYNC属性用于标识设备节点当前的同步状态，包含：S0初始态、S1广播态、S2接收态、S3准同步态、S4同步态和S5重置态。所述方法中的ORT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线设备节点网络同步的方法，其特征在于：所述的方法包含以下步骤：步骤(1‑1)，在n个无线设备节点中选取某个无线设备节点为主设备节点，其余(n‑1)个无线设备节点为从设备节点；若选定的主设备节点为同时不具有PORT属性和SYNC属性的控制设备节点，则进行步骤(1‑2)～步骤(1‑13)；步骤(1‑2)，初始化(n‑1)个从设备节点的PORT属性，所有从设备节点均为P0待同步端口；步骤(1‑3)，初始化(n‑1)个从设备节点的SYNC属性，所有从设备节点均为S0初始态；步骤(1‑4)，主设备节点与其余(n‑1)个从设备节点通过无线通信模块建立无线连接；主设备节点与从设备节点在每个连接间隔产生的连接事件中交互数据；步骤(1‑5)，主设备节点配置某个从设备节点的PORT属性为P1基准时钟端口；在从设备节点网络中，PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点有且仅有一个；步骤(1‑6)，主设备节点改变(n‑2)个PORT属性为P0待同步端口的从设备节点的SYNC属性为S1接收态；SYNC属性为S1接收态的设备节点在无线通信模块空闲时开始侦听同步数据包；步骤(1‑7)，主设备节点改变PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点的SYNC属性为S2广播态，同时主设备节点设定延迟时间T；SYNC属性为S2广播态的从设备节点在无线通信模块空闲时广播一次同步数据包；步骤(1‑8)，PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点广播完同步数据包后，改变自身的SYNC属性为S3准同步态；步骤(1‑9)，PORT属性为P0待同步端口的从设备节点如果在无线通信模块空闲时侦听到同步数据包，则改变自身的SYNC属性为S3准同步态；PORT属性为P0待同步端口的从设备节点如果在无线通信模块空闲时未侦听到同步数据包，则不改变SYNC属性；步骤(1‑10)，主设备节点延迟时间T到达后，读取(n‑1)个从设备节点的SYNC属性；如果(n‑1)个从设备节点的SYNC属性都为S3准同步态，则该次同步操作成功，进入步骤(1‑11)；如果存在某个或某些从设备节点的SYNC属性不是S3准同步态，则说明本次同步操作失败，进入步骤(1‑12)；步骤(1‑11)，主设备节点改变(n‑1)个从设备节点的SYNC属性为S4同步态，并进入步骤(1‑13)；步骤(1‑12)，主设备节点改变(n‑1)个从设备节点的SYNC属性为S5重置态，并跳转到步骤(1‑6)，重新开始从设备节点的同步操作过程；步骤(1‑13)，主设备节点接收(n‑1)个从设备节点的数据包，并将(n‑1)个从设备节点的数据包根据时间顺序进行排序；将各个从设备节点排列好的数据包根据数据包的包序进行对齐；对于因网络环境因素导致的某些从设备节点、某些时间点的数据包丢失，则主设备将对应从设备节点的对应包序位置的数据用填充数据补齐；至此，基于主设备节点为控制设备节点的同步过程完成。...

【技术特征摘要】
1.一种用于无线设备节点网络同步的方法，其特征在于：所述的方法包含以下步骤：步骤(1-1)，在n个无线设备节点中选取某个无线设备节点为主设备节点，其余(n-1)个无线设备节点为从设备节点；若选定的主设备节点为同时不具有PORT属性和SYNC属性的控制设备节点，则进行步骤(1-2)～步骤(1-13)；步骤(1-2)，初始化(n-1)个从设备节点的PORT属性，所有从设备节点均为P0待同步端口；步骤(1-3)，初始化(n-1)个从设备节点的SYNC属性，所有从设备节点均为S0初始态；步骤(1-4)，主设备节点与其余(n-1)个从设备节点通过无线通信模块建立无线连接；主设备节点与从设备节点在每个连接间隔产生的连接事件中交互数据；步骤(1-5)，主设备节点配置某个从设备节点的PORT属性为P1基准时钟端口；在从设备节点网络中，PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点有且仅有一个；步骤(1-6)，主设备节点改变(n-2)个PORT属性为P0待同步端口的从设备节点的SYNC属性为S1接收态；SYNC属性为S1接收态的设备节点在无线通信模块空闲时开始侦听同步数据包；步骤(1-7)，主设备节点改变PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点的SYNC属性为S2广播态，同时主设备节点设定延迟时间T；SYNC属性为S2广播态的从设备节点在无线通信模块空闲时广播一次同步数据包；步骤(1-8)，PORT属性为P1基准时钟端口的从设备节点广播完同步数据包后，改变自身的SYNC属性为S3准同步态；步骤(1-9)，PORT属性为P0待同步端口的从设备节点如果在无线通信模块空闲时侦听到同步数据包，则改变自身的SYNC属性为S3准同步态；PORT属性为P0待同步端口的从设备节点如果在无线通信模块空闲时未侦听到同步数据包，则不改变SYNC属性；步骤(1-10)，主设备节点延迟时间T到达后，读取(n-1)个从设备节点的SYNC属性；如果(n-1)个从设备节点的SYNC属性都为S3准同步态，则该次同步操作成功，进入步骤(1-11)；如果存在某个或某些从设备节点的SYNC属性不是S3准同步态，则说明本次同步操作失败，进入步骤(1-12)；步骤(1-11)，主设备节点改变(n-1)个从设备节点的SYNC属性为S4同步态，并进入步骤(1-13)；步骤(1-12)，主设备节点改变(n-1)个从设备节点的SYNC属性为S5重置态，并跳转到步骤(1-6)，重新开始从设备节点的同步操作过程；步骤(1-13)，主设备节点接收(n-1)个从设备节点的数据包，并将(n-1)个从设备节点的数据包根据时间顺序进行排序；将各个从设备节点排列好的数据包根据数据包的包序进行对齐；对于因网络环境因素导致的某些从设备节点、某些时间点的数据包丢失，则主设备将对应从设备节点的对应包序位置的数据用填充数据补齐；至此，基于主设备节点为控制设备节点的同步过程完成。2.如权利要求1所述的一种用于无线设备节点网络同步的方法，其特征在于：所述步骤(1-1)中，若选定的主设备节点为同时具有PORT属性和SYNC属性的同步设备节点，所述方法还包含以下步骤：步骤(1-14)，初始化n个无线设备节点的PORT属性，所有无线设备节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘赟，俞毕洪，张玲，朱怀宇，陈佳平，韦笠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33