一种节点间时间同步方法、无线传感网络及其节点技术

本发明专利技术公开了一种节点间时间同步方法、无线传感网络及其节点。其中，所述方法包括：接收来自父节点的多个时间同步数据包，其中，时间同步数据包包含父节点发送时间同步数据包时的全局时间t1；获取对应于每个全局时间t1时刻子节点所处的本地时间t2，以得到由本地时间t2和与其对应的全局时间t1构成的多组映射数据；基于预定的拟合规则对多组映射数据进行拟合，以得到以本地时间t2为自变量，全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)。由此，利用本发明专利技术能够准确地实现无线传感网络中多个节点的时间同步。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感网络领域，特别是涉及一种用于无线传感网络的节点间时间同步方法、无线传感网络以及无线传感网络中的节点。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN，也可简称无线传感网络)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。时间同步是无线传感网应用的一项基本需求，大多数需要进行无线传感网节点协同数据分析的应用场景，都需要无线传感网节点有同步的时间基准，使得无线传感网节点采集数据的相位能够对齐。由此，需要一种能够将无线传感网络中的节点的本地时间进行同步的时间同步方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出了一种节点间时间同步方法、无线传感网络及其节点，其能够准确地使无线传感网络中节点的本地时间与时钟源节点的全局时间同步。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于无线传感网络的节点间时间同步方法，用于使无线传感网络中节点的本地时间与时钟源节点的全局时间同步，其中，节点向着时钟源节点方向的下一跳为节点的父节点，该节点为父节点的子节点，该方法包括：接收来自父节点的多个时间同步数据包，其中，时间同步数据包包含父节点发送时间同步数据包时的全局时间t1；获取对应于每个全局时间t1时刻子节点所处的本地时间t2，以得到由本地时间t2和与其对应的全局时间t1构成的多组映射数据；基于预定的拟合规则对多组映射数据进行拟合，以得到以本地时间t2为自变量，全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)。在本专利技术的一个实施例中，获取对应于每个所述全局时间t1时刻所述子节点所处的本地时间t2的步骤可以包括：记录接收到所述时间同步数据包中第一个比特时所述子节点所处的本地真实时间t2′，本地时间其中，r为所述父节点和所述子节点之间的数据传输波特率。在本专利技术的一个实施例中，时间同步数据包可以是父节点在其自身计数器的下一个计数发生时向子节点发送的，全局时间可以为下一个计数所对应的时钟源节点的时间。在本专利技术的一个实施例中，基于预定的拟合规则对多组映射数据进行拟合以得到以本地时间t2为自变量全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)的步骤可以包括：对m组映射数据进行线性拟合，以得到线性拟合参数a、b，t1＝at2+b，其中，m为大于或等于2的自然数。在本专利技术的一个实施例中，节点间时间同步方法还可以包括：对m+1组映射数据进行线性拟合，以得到线性拟合参数a′、b′；判断|a-a'|＜ε是否成立，其中ε为预先设定的常数；在判定成立的情况下，确定子节点进入同步状态，以及/或者在判定不成立的情况下，确定子节点进入不同步状态，子节点向该子节点的次级子节点发送失同步指示数据包。在本专利技术的一个实施例中，0＜ε＜1。在本专利技术的一个实施例中，在接收来自父节点的多个时间同步数据包之前，该方法还可以包括：以预定的时间间隔向父节点发送多个时间同步请求，其中，时间同步数据包是父节点响应于接收到时间同步请求而发送的。在本专利技术的一个实施例中，节点间时间同步方法还可以包括：当接收到子节点的时间同步请求时，判断父节点是否已与时钟源节点的全局时间同步；若判定已同步，则父节点向子节点发送时间同步数据包，以及/或者若判定未同步，则子节点隔预定时间再次向父节点发送时间同步请求。在本专利技术的一个实施例中，若判定同步，子节点第n次发送时间同步请求的时刻和第n+1次发送时间同步请求的时刻之间的时间间隔为2n-1T0，其中，n为大于或等于1的自然数，T0为预先设定的常量，以及/或者若判定未同步，子节点以时间间隔T0发送时间同步请求。在本专利技术的一个实施例中，父节点可以具有至少两个子节点，该方法还可以包括：接收父节点发送给其它子节点的时间同步数据包；以及/或者响应于接收到父节点发送给其它节点的时间同步数据包，重置发送时间同步请求的时间间隔。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种无线传感网络中的节点，其中，节点向着时钟源节点方向的下一跳为节点的父节点，该节点为父节点的子节点，时钟源节点的计数值为全局时间，该节点包括：接收模块，用于接收来自父节点的多个时间同步数据包，其中，时间同步数据包包含父节点发送时间同步数据包时的全局时间t1；获取模块，获取对应于每个全局时间t1时刻子节点所处的本地时间t2，以得到由本地时间t2和与其对应的全局时间t1构成的多组映射数据；拟合单元，用于基于预定的拟合规则对多组映射数据进行拟合，以得到以本地时间t2为自变量，全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)。在本专利技术一个实施例中，获取模块记录接收到时间同步数据包中第一个比特时子节点所处的本地真实时间t2′，本地时间其中，r为父节点和子节点之间的数据传输波特率。在本专利技术一个实施例中，时间同步数据包可以是父节点在其自身计数器的下一个计数发生时向子节点发送的，全局时间可以为下一个计数所对应的时钟源节点的时间。在本专利技术一个实施例中，拟合单元可以对m组映射数据进行线性拟合，以得到线性拟合参数a、b，t1＝at2+b，其中，m为大于或等于2的自然数。在本专利技术一个实施例中，拟合单元还可以用于对m+1组映射数据进行线性拟合，以得到线性拟合参数a′、b′，判断模块还用于判断|a-a'|＜ε是否成立，其中ε为预先设定的常数，在判定成立的情况下，确定该节点进入同步状态，以及/或者在判定不成立的情况下，确定该节点进入不同步状态，并且发送模块向该节点的子节点发送失同步指示数据包。在本专利技术一个实施例中，0＜ε＜1。在本专利技术一个实施例中，节点还可以包括：发送模块，用于以预定的时间间隔向父节点发送多个时间同步请求，其中，时间同步数据包是父节点响应于接收到时间同步请求而发送的。在本专利技术一个实施例中，节点还可以包括：判断模块，用于所述接收模块接收到来自该节点的子节点的时间同步请求时，判断该节点是否已与时钟源节点的全局时间同步，若已同步，则发送模块向子节点发送时间同步数据包，以及/或者若未同步，则该节点的子节点隔预定时间再次向该节点发送时间同步请求。在本专利技术一个实施例中，若判断模块判定已同步，该节点的子节点第n次发送时间同步请求的时刻和第n+1次发送时间同步请求的时刻之间的时间间隔为2n-1T0，n为大于或等于1的自然数，T0为预先设定的常量，以及/或者若判断模块判定未同步，该节点的子节点以预定时间间隔T0发送时间同步请求。在本专利技术一个实施例中，父节点可以具有至少两个子节点，接收模块还用于接收父节点发送给其它子节点的时间同步数据包，并且/或者响应于接收模块接收到父节点发送给其它节点的时间同步数据包，发送模块重置发送时间同步请求的时间间隔。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种无线传感网络，包括多个节点，其中一个为时钟源节点，时钟源节点的计数值为全局时间，节点向着时钟源节点方向的下一跳为节点的父节点，节点为父节点的子节点，其中，子节点接收来自父节点的多个时间同步数据包，时间同步数据包包含父节点发送时间同步数据包时的全局时间t1，所述子节点获取对应于每个所述全局时间t1时刻所述子节点所处的本地时间t2，以得到由本地时间t2和与其对应的全局时间t1构成的多组映射数据，子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线传感网络的节点间时间同步方法，用于使无线传感网络中节点的本地时间与时钟源节点的全局时间同步，其中，节点向着时钟源节点方向的下一跳为所述节点的父节点，该节点为所述父节点的子节点，该方法包括：接收来自所述父节点的多个时间同步数据包，其中，所述时间同步数据包包含所述父节点发送所述时间同步数据包时的全局时间t1；获取对应于每个所述全局时间t1时刻所述子节点所处的本地时间t2，以得到由本地时间t2和与其对应的全局时间t1构成的多组映射数据；基于预定的拟合规则对所述多组映射数据进行拟合，以得到以本地时间t2为自变量，全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线传感网络的节点间时间同步方法，用于使无线传感网络中节点的本地时间与时钟源节点的全局时间同步，其中，节点向着时钟源节点方向的下一跳为所述节点的父节点，该节点为所述父节点的子节点，该方法包括：接收来自所述父节点的多个时间同步数据包，其中，所述时间同步数据包包含所述父节点发送所述时间同步数据包时的全局时间t1；获取对应于每个所述全局时间t1时刻所述子节点所处的本地时间t2，以得到由本地时间t2和与其对应的全局时间t1构成的多组映射数据；基于预定的拟合规则对所述多组映射数据进行拟合，以得到以本地时间t2为自变量，全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)。2.根据权利要求1所述的节点间时间同步方法，其中，所述获取对应于每个所述全局时间t1时刻所述子节点所处的本地时间t2的步骤包括：记录接收到所述时间同步数据包中第一个比特时所述子节点所处的本地真实时间t2′，本地时间其中，r为所述父节点和所述子节点之间的数据传输波特率。3.根据权利要求1所述的节点间时间同步方法，其中，所述时间同步数据包是所述父节点在其自身计数器的下一个计数发生时向所述子节点发送的，所述全局时间为下一个计数所对应的时钟源节点的时间。4.根据权利要求1所述的节点间时间同步方法，其中，所述基于预定的拟合规则对所述多组映射数据进行拟合以得到以本地时间t2为自变量全局时间t1为因变量的函数关系t1＝f(t2)的步骤包括：对m组映射数据进行线性拟合，以得到线性拟合参数a、b，t1＝at2+b，其中，m为大于或等于2的自然数。5.根据权利要求4所述的节点间时间同步方法，还包括：对m+1组映射数据进行线性拟合，以得到线性拟合参数a′、b′；判断|a-a'|＜ε是否成立，其中ε为预先设定的常数；在判定成立的情况下，确定所述子节点进入同步状态，以及/或者在判定不成立的情况下，确定所述子节点进入不同步状态，所述子节点向该子节点的次级...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏军，李亚，冯乐，汤韬，
申请(专利权)人：无锡源清慧虹信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32