无线传感器网络分布式时间同步加速方法

摘要

本发明一种无线传感网络分布式时间同步的加速方法，首先采集获得所有节点的初始值x_i(0)及权值矩阵W的值；利用经典时间同步算法X(n)＝WⁿX(0)至少先运行k次，得到K个存储状态值；取每个节点k个之前的状态值来更新以后的状态值，通过存储算法的不停迭代，最终在某一时刻，当X(n)中的所有元素一样时，也就是达到时钟同步了；本发明根据自己以往状态偏差值来预测当前时间基准值，然后基于与邻居间偏差加权来调整当前基准值，并通过滤波进行参数a_i的选取，从而对节点的时间值进行预测，由于参数a_i的影响，节点在每次更新状态值之后，又预测到了下一刻的状态值，并可以对系数做相应的调整以适应同步的进程，这就加快网络的收敛速度。

主权项

一种无线传感网络分布式时间同步的加速方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1、首先采集获得所有节点的初始值x_i(0)，以及固定经典时间同步算法中权值矩阵W的值： (1)经典时间同步算法是： 上式中，X(n+1)即为各个节点在n+1时刻的状态值所组成的M*1的矩阵，M代表节点有M个，此处的状态值为节点的时间，W为M*M的矩阵，是网络的权值矩阵，其代表整个网络节点与节点之间的联系，W的元素即为ω_ij，如果ω_ij＝0，则表示节点i和节点j并不相连，如果ω_ij>0，则节点i与节点j是连通的，设i为网络中的任一节点，只要ω_i1+ω_i2+…+ω_iM＝1时，网络就可以收敛，各个节点之间可以达到时钟同步； (2)将公式(1)经过n+1次迭代以后便可以得到： X(n+1)＝W·X(n)＝W²·X(n‑1)＝……＝Wⁿ⁺¹·X(0)   (2)； 将权值w_ij固定,当节点j与节点i连通时，节点j被当成节点i的邻居，其权值d_i和d_j代表节点i和j的度，节 点的度表示一个节点的总邻居个数,经典时间同步算法X(n)＝WⁿX(0)是可以得到同步的，收敛前提成立；步骤2、利用经典时间同步算法X(n)＝WⁿX(0)至少先运行k次，k为预置值，得到x_i(0)，…，x_i(k‑1)，这k个状态值就称为每个节点的初始存储状态值； 步骤3、利用每个节点k个存储状态值来更新该节点第k+1个状态值x(k)，即 并如此不停迭代，取每个节点k个之前的状态值来更新以后的状态值，即x_i(k+1)可以通过x_i(1)…x_i(k)加权得出，x_i(k+2)可以通过x_i(2)…x_i(k+1)加权得出,从而得出通项公式(4)，即基于本节点以往的k个存储状态值来预测当前状态值，取任意时间n>k，其中参数a_i通过滤波方式进行选取： 步骤4、将公式(4)代入经典时间同步算法中，用节点i的n时刻的预测状态值替代里面的x_j(n‑1)，于是这里的ω_ij表示节点与节点之间的关系，M代表节点总数，公式 (5)表示节点i的n时刻的状态值由其他节点n时刻的预测状态值加权得出，加权系数为ω_ij，写成矩阵后，公式(5)就变成步骤5、通过存储算法的不停迭代，最终在某一时刻，当X(n)中的所有元素一样时，也就是达到时钟同步了。