一种多跳低开销的分布式时钟同步方法

摘要

本发明的目的是提供一种多跳低开销的分布式时钟同步方法，包括以下步骤：1：建立无线传感器网络区域并对区域的节点的均匀随机布置；2：对无线传感器网络进行区域划分，并形成环形网络拓扑；3：对单跳区域内节点同步；4：对多跳区域内节点同步，最后实现全网的时间同步；本发明在RBS环形网络拓扑下，利用广播的方式发送数据包，在误差没有变大的情况下，降低了同步开销收敛时间比较快，并且能够实现全网的时间同步，RBS环形算法具有合适的网络拓扑，适用于大多数小型网络的时间同步。

主权项

一种多跳低开销的分布式时钟同步方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立无线传感器网络区域；步骤1.1：首先建立一个am*am的正方形区域，以该区域中心为圆心，半径为1/4 am画一个圆；步骤1.2：在am*am区域内除去圆即为无线传感器网络区域，在无线传感器网络区域内均匀随机布置网络节点；步骤2：对步骤1无线传感器网络进行区域划分，形成环形网络拓扑；步骤2.1：在步骤1无线传感器网络区域内先画出一个区域A，在区域A中选取一个节点A.0为发送节点，A.0感知其直接通信的节点，即为A区域中的节点；步骤2.2：在步骤1无线传感器网络区域内画一个B区域，B区域与A区域有一部分重合，在A区域中选取一个节点A.3作为B区域的发送节点B.0，在A区域中选取一个节点A.4作为B区域的时间基准节点B.1；B.0为发送节点，感知其直接通信的节点，即为B区域中的节点；步骤2.3：以此类推，当划分最后一个区域时，它的发送节点和时间基准节点为上一个区域已同步的节点，同时选取A区域中的发送节点A.0作为最后一个区域的子节点，最后便形成一个环形的网络拓扑图；步骤3：对单跳区域内的节点进行时间同步；步骤3.1：A区域内，发送节点A.0向其它节点广播beacon分组，所有A区域中的节点接收到beacon分组后，记录到达的时间戳后进入等待状态；步骤3.2：选取区域A中的一个节点A.1，将其的到达的时间戳发送给A.0节点后进入等待状态；步骤3.3：A.0节点接收到A.1的时间戳后再次使用广播的方式发送给A区域中其余的节点，这个过程重复m次；步骤3.4：选取区域A中的一个节点A.2，假设对A.1，A.2进行同步，节点A.1为时间基准节点，发送节点A.0以1μs的时间周期向A.1，A.2发送同步分组，共发送n个同步分组，发送时间分别为t₀₁、t₀₂、t₀₃、…t_0n；步骤3.5：区域A中的两节点A.1，A.2分别记录下同步分组到达的时间戳；步骤3.6：设节点A.1记录第m个同步分组到达的时间戳为t_1m，对应的A.2节点为t_2m；步骤:3.7：t_1m 和t_2m的关系如式（1）所示，，其中a₁₂为节点A.1相对于节点A.2的频率偏差；b₁₂为两个节点的本地时钟初始相位偏差，就是两节点接受同一个分组时的接收时间偏差；A.1节点和A.2节点在n个时刻内分别记录下了同步分组到达的时间戳，并组成了n对时间对，这n对时间对可以用坐标的方式显示出来，可以得出这两个变量之间有一个线性关系；步骤3.8：以t_1m轴方向上的误差为，使用最小平方的线性回归方法进行线性拟合，直线关系式代表两个节点的时钟偏差，直线的斜率就是两个节点的频率偏差，在t_1m轴上的交点就是两个节点的相位偏差；步骤3.9：可以求得其结果如式（2）、(3)所示，其中是A.1所有接收时间戳的平均值，是A.2所有接收时间戳的平均值；这样便可采用数理统计的方法来维持两节点之间的时间同步；步骤3.10：A.2节点收到信息后，根据式（1）校正本地时钟；A区域内其余子节点同理，从而A区域中的节点除A.0外达到同步；步骤4：对多跳区域内的节点进行同步，最后实现全网的同步；步骤4.1：以区域B中的节点 B.0为A区域中已经同步的节点A.3进行广播beacon分组，同步过程同A区域的同步过程即步骤3，便实现B区域同A区域的同步；步骤4.2：最后一个区域和前面已同步的区域同步；A.0作为最后一个区域的子节点和上一个区域已同步的节点进行同步，同步过程同步骤3，实现全网的时间同步。