一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，該同步方法是基于分布式擴(kuò)散的思想，以節(jié)點(diǎn)能量、分布和平均傳輸時(shí)延為依據(jù)，通過每輪動態(tài)地選取執(zhí)行局部擴(kuò)散的一組主節(jié)點(diǎn)和擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，把主節(jié)點(diǎn)域的節(jié)點(diǎn)平均時(shí)鐘通過擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散至跳數(shù)n內(nèi)的周圍節(jié)點(diǎn)，周圍節(jié)點(diǎn)以接收的所有主節(jié)點(diǎn)域平均時(shí)鐘取平均更新本地時(shí)鐘，通過多輪選取不同的主節(jié)點(diǎn)和擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行互擴(kuò)散，把節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘近似同步到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均時(shí)鐘上。本發(fā)明將同步消耗的能量分散到網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，因此適應(yīng)性好、可靠性高，且算法簡單，并能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要調(diào)整同步的參數(shù)，特別適合于大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]許多傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用都要求整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)相對一致的時(shí)間，特別是在目標(biāo)跟蹤、入侵監(jiān)測等大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，只有在鄰近節(jié)點(diǎn)維持同步的情況下，才能利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，才能對移動目標(biāo)的位置、運(yùn)動速度等做出判斷和預(yù)測?’節(jié)能是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵問題，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議時(shí)，從提高能效的角度考慮，全網(wǎng)的時(shí)鐘同步也具有重要的節(jié)能作用，所以傳感器網(wǎng)絡(luò)的全局同步是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的一項(xiàng)重要的支撐技術(shù)。
[0003]傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)中已經(jīng)提出了多種網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議，但這些協(xié)議并不能直接應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步。近年來關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)同步問題的研究也取得了一些研究成果，其中參考廣播同步(RBS)、傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議(TPSN)是公認(rèn)的兩種基本的同步機(jī)制。但在多跳的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這兩種協(xié)議的的同步誤差隨著節(jié)點(diǎn)距離提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)的根節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)增加而成正比增大，而且同步過程隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大需要花費(fèi)更長的時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，以解決目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步機(jī)制的同步誤差會隨著節(jié)點(diǎn)距離標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)的根節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)增加而增大，且同步過程隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大需要花費(fèi)更長的時(shí)間。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，其特征在于，該自同步方法是以π?τ為同步周期，進(jìn)行m輪自同步，每輪自同步時(shí)間為τ，每輪自同步的過程如下:
[0006]I)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量和節(jié)點(diǎn)的分布，選舉主節(jié)點(diǎn)；
[0007]2)獲取主節(jié)點(diǎn)域所有鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘，計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的平均時(shí)鐘；
[0008]3)以各主節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘為參考時(shí)鐘，從主節(jié)點(diǎn)開始以平均傳輸時(shí)延和節(jié)點(diǎn)能量為基準(zhǔn)，選舉擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，并將其擴(kuò)散至距離主節(jié)點(diǎn)最多η跳遠(yuǎn)的所有附近節(jié)點(diǎn)，η是主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的平均時(shí)鐘可以擴(kuò)散的跳數(shù)；
[0009]4)根據(jù)節(jié)點(diǎn)在每輪同步時(shí)間內(nèi)接收到的主節(jié)點(diǎn)平均時(shí)鐘同步擴(kuò)散分組計(jì)算新的時(shí)間Tnew:
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，其特征在于，該自同步方法是以Π?τ為同步周期，進(jìn)行m輪自同步，每輪自同步時(shí)間為τ，每輪自同步的過程如下: 1)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量和節(jié)點(diǎn)的分布，選舉主節(jié)點(diǎn)； 2)獲取主節(jié)點(diǎn)域所有鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘，計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的平均時(shí)鐘； 3)以各主節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘為參考時(shí)鐘，從主節(jié)點(diǎn)開始以平均傳輸時(shí)延和節(jié)點(diǎn)能量為基準(zhǔn)，選舉擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，并將其擴(kuò)散至距離主節(jié)點(diǎn)最多η跳遠(yuǎn)的所有附近節(jié)點(diǎn)，η是主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的平均時(shí)鐘可以擴(kuò)散的跳數(shù)； 4)根據(jù)節(jié)點(diǎn)在每輪同步時(shí)間內(nèi)接收到的主節(jié)點(diǎn)平均時(shí)鐘同步擴(kuò)散分組計(jì)算新的時(shí)間T.丄 new.= cu (O + ch+ [.Τ1οα? +1) 其中^為主節(jié)點(diǎn)廣播域的平均時(shí)鐘，dk為該節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)間的傳播時(shí)延，L為該節(jié)點(diǎn)接收到的主節(jié)點(diǎn)同步擴(kuò)散分組的個(gè)數(shù)減1， 判斷I Tmw-TltxJ > δ是否成立，δ為根據(jù)節(jié)點(diǎn)一輪同步期間的最大漂移和同步要求給定的一個(gè)大于O的小數(shù)，如果成立，該節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘就更新為TnOT，否則維持本地時(shí)鐘Tltxal不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，其特征在于，所述的步驟I)中的選舉的主節(jié)點(diǎn)滿足以下兩個(gè)條件: a.節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量與節(jié)點(diǎn)最初具有的最大能量的比值必須大于所設(shè)定的門限值； b.節(jié)點(diǎn)隨機(jī)等待一定的時(shí)間在其廣播域內(nèi)發(fā)出一個(gè)聲明為主節(jié)點(diǎn)的報(bào)文，其廣播域內(nèi)不存在能夠接收到來自不同節(jié)點(diǎn)聲明報(bào)文的鄰居節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，其特征在于，所述的步驟2)計(jì)算主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的平均時(shí)鐘的過程如下: A.主節(jié)點(diǎn)廣播啟動時(shí)鐘同步分組進(jìn)行同步； B.鄰居節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的啟動時(shí)鐘同步分組，隨機(jī)等待一定的時(shí)間后，對主節(jié)點(diǎn)的啟動時(shí)鐘同步分組進(jìn)行應(yīng)答； C.主節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的應(yīng)答分組，計(jì)算主節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)間的傳播時(shí)延； D.根據(jù)主節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)間的傳播時(shí)延和鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘時(shí)間計(jì)算主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的平均時(shí)鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，其特征在于，所述步驟3)中選取的擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)滿足以下兩個(gè)條件: a)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量與節(jié)點(diǎn)最初具有的最大能量的比值必須大于所設(shè)定的門限值； b)節(jié)點(diǎn)同主節(jié)點(diǎn)或上一級擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的信息時(shí)延大于平均單向時(shí)延。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自同步方法，其特征在于，所述步驟3)中主節(jié)點(diǎn)廣播域內(nèi)的平均時(shí)鐘可以擴(kuò)散的跳數(shù)η與網(wǎng)絡(luò)的布置區(qū)域大小W、節(jié)點(diǎn)的通信半徑R、網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)K及主節(jié)點(diǎn)占網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的比例Y有關(guān)，由下式確定:
【文檔編號】H04W56/00GK103763765SQ201310504741
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】鄭國強(qiáng), 李濟(jì)順, 傅江濤, 李冰, 亢丙午, 李佩佩, 李敏, 付磊, 侯云山, 劉偉, 高宏峰, 徐素莉 申請人:河南科技大學(xué)