一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)一致性時鐘同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)一致性時鐘同步方法,研究具有隨機拓撲網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步,并考慮節(jié)點間的傳輸延遲和丟包情況。本發(fā)明僅在特定事件發(fā)生時,即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點本次狀態(tài)與上次發(fā)送時狀態(tài)之差大于觸發(fā)閥值時,進行同步信息的廣播,網(wǎng)絡(luò)同步信息量少;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點更新狀態(tài)時僅需要輸入鄰居節(jié)點的本地時間,節(jié)點間廣播的同步信息僅包含一表示節(jié)點本地時間的整數(shù),信息包長度??;考慮傳輸延遲和丟包對同步性能的影響,給出傳輸延遲和丟包情況下的狀態(tài)更新方法;一致性控制器的調(diào)整參數(shù)僅與節(jié)點自身的入度有關(guān),無需維護網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還通過數(shù)值仿真給出了傳輸延遲和丟包率的上界。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)一致性時鐘同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)一致性 時鐘同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 時鐘同步是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個支撐技術(shù),數(shù)據(jù)融合、移動物體的速度測量、時 分多址接入技術(shù)等應(yīng)用,都要求局部范圍內(nèi)的節(jié)點擁有一致的時間?,F(xiàn)有的時鐘同步方法, 按照是否需要維護拓撲,可分為基于樹/簇的時鐘同步和一致性時鐘同步。基于樹/簇的 時鐘同步方法的共同點是需要定期維護網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和選擇特殊的參考節(jié)點或簇頭節(jié)點、 網(wǎng)關(guān)節(jié)點,網(wǎng)絡(luò)拓撲維護的通信量大,不利于無線節(jié)點通信能耗的節(jié)約,且方法對節(jié)點的死 亡、加入具有較差的魯棒性;該類同步方法基于分層或分簇拓撲,導致物理位置臨近的節(jié)點 位于不同層或簇,相互間同步誤差大,不利于數(shù)據(jù)融合、TDM接入技術(shù)等的應(yīng)用;并且這類 同步方法從參考節(jié)點出發(fā)由近及遠逐級同步所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,存在同步誤差累積效應(yīng),算法 的拓展性差,無法適用于大規(guī)模多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。一致性同步通過多個對象間的信息 交流,可使得多個對象的狀態(tài)趨于一致,由于不需要維護網(wǎng)絡(luò)拓撲,已被廣泛應(yīng)用于無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步中。一致性同步方法對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模具有魯棒性,但現(xiàn)有方法的同步信息 交換都屬于連續(xù)發(fā)送方式或時間觸發(fā)方式,即使節(jié)點的同步誤差滿足同步精度要求,節(jié)點 依然會發(fā)送同步數(shù)據(jù)包;且時間觸發(fā)算法在設(shè)計觸發(fā)周期時,需要按照網(wǎng)絡(luò)最差同步情況 來設(shè)計,造成同步能量的浪費,不利于節(jié)點能量的節(jié)約。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷,提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā) 的一致性時鐘同步方法,研究具有隨機拓撲網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步,并考慮節(jié)點間同步信息的傳 輸延遲和丟包情況。本發(fā)明采用的事件觸發(fā)通信方式,有效降低了同步信息的發(fā)送頻率, 且本發(fā)明研究了不同傳輸延遲和丟包率對同步性能的影響。本發(fā)明節(jié)點僅需要廣播本地 時間,為同步周期的整數(shù)倍,而現(xiàn)有同步技術(shù)需要發(fā)送相位偏移和頻率偏移,本發(fā)明的同步 數(shù)據(jù)包長度相應(yīng)減小。本發(fā)明一致性控制器的控制參數(shù)僅與節(jié)點自身的入度有關(guān),而現(xiàn)有 技術(shù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)最大入度確定調(diào)整參數(shù),需要維護網(wǎng)絡(luò)最大入度這一變量。其具體技術(shù)方案 為:
[0004] 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)一致性時鐘同步方法,包括以下步驟:
[0005] 步驟1 :設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點個數(shù)為N,第i個節(jié)點(i = 1,2, . . .,N)在t時 刻計數(shù)器值為C1 (t),h時刻計數(shù)值為C1 Uci),按照作)=計算節(jié)點i的 本地時間,且通過速率補償量CiiU)補償節(jié)點i的頻率偏移/(0 = /(0/.7%其中TiUtl)為 節(jié)點i在h時刻的本地時間、叉和(t)分別為時鐘晶振的標稱頻率和實際頻率,且假定頻 率偏移P (t)為一常數(shù),記為P ;
[0006] 步驟2 :在+ 時,節(jié)點i (i = !,2, . . .,N)按照狀態(tài)調(diào)整公式:
[0007] -t; (Ο = +
[0008] -^ = xWvM)
[0009] 調(diào)整-r;(〇和4(/),其中x;(/)和40)分別為節(jié)點i的本地時間τ iU)和頻率補償量 a iUi),和+ 1)為節(jié)點i的第k個和第k+Ι個更新時亥Ij ;
[0010] 步驟 3 : 4 W 蘭 inW 4《價 *叫-伽-4(0)1>= Q71 或 4(&)以_丨.你)£?\|4仍-4(〇)|>^〖,即節(jié)點1的本地時間第一次大于或等于1^且狀態(tài) 與上次發(fā)送時狀態(tài)之差滿足>=<_',/或4(?)|>=%時,節(jié)點i將狀態(tài)^廣播 給輸出鄰居節(jié)點,其中T為網(wǎng)絡(luò)的同步周期;
[0011] 步驟4 :節(jié)點i接收輸入鄰居節(jié)點廣播的狀態(tài)變量xR/€ AQ ?記節(jié)點j的發(fā)送時刻 為"*),節(jié)點i在6 W時刻接收到e AQ,假定不存在傳輸延遲,即/:義)=/,;.⑷;
[0012] 步驟5 :在接收所有鄰居節(jié)點的e 后,節(jié)點i確定更新時間Cw = , 按照狀態(tài)更新公式:
【權(quán)利要求】
1. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)一致性時鐘同步方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟1-1 :設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點個數(shù)為N,第i個節(jié)點(i= 1,2,. . .,N)在t時刻 計數(shù)器值為d⑴,h時刻計數(shù)值為d(〇,按照作〗計算節(jié)點i的本 地時間,且通過速率補償量ai(t)補償節(jié)點i的頻率偏移rV) = /々)/7,其中Paj為節(jié) 點i在、時刻的本地時間、和f⑴分別為時鐘晶振的標稱頻率和實際頻率,且假定頻率 偏移P(t)為一常數(shù),記為P; 步驟1-2 :在/e丨4(咖;#十1))時,節(jié)點iQ= 1,2, . . .,N)按照狀態(tài)調(diào)整公式:
調(diào)整狀態(tài)和4W,其中x丨(〇和x丨(〇分別為節(jié)點i的本地時間t1 (t)和頻率補償量aW),4W和4(A+ 1)為節(jié)點i的第k和k+1個調(diào)整時刻; 步驟1-3 :
或
,即節(jié)點i的本地時間第一次大于或等于kT且狀 態(tài)與上次發(fā)送時狀態(tài)之差滿足一V或4(+0)| >=g時,節(jié)點i將狀態(tài)^廣播 給輸出鄰居節(jié)點,其中T為網(wǎng)絡(luò)的同步周期; 步驟1-4 :節(jié)點i接收輸入鄰居節(jié)點廣播的狀態(tài)變量#C/e<),記節(jié)點j的發(fā)送時刻為 6W,節(jié)點i在4(*)時刻接收到彳(ieAQ,假定不存在傳輸延遲,即C⑷=〇幻: 步驟1-5 :在接收所有鄰居節(jié)點的.v/(/€.〇后,節(jié)點i確定更新時間
按照狀態(tài)更新公式:
更新狀態(tài)―和4,其中q和c2為同步控制參數(shù)、為節(jié)點i與j間的權(quán)重系數(shù)、^;(幻為 更新時刻丨(幻前的瞬間,其中q= 0. 5,c2 = 0. 5AfmaxXT),(i,j)GE,i關(guān)j則~ =1"4、 否則kg= 0 ; 步驟1-6 :跳到步驟1-1循環(huán)執(zhí)行一致性同步。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的事件觸發(fā)一致性時鐘同步方法,其特征在于:節(jié)點i的狀態(tài) 更新按以下步驟進行: 步驟2-1 :按照r%;(幻)=師-計算#ih其中P為節(jié)點j與i間的傳輸 延遲,為節(jié)點j發(fā)送時間,作:;)為節(jié)點i接收時間,作/,}為節(jié)點j發(fā)送時對應(yīng)的節(jié)點i時間; 步驟2-2 :令節(jié)點i第k次發(fā)送數(shù)據(jù)的丟包系數(shù)為Ai(k),無丟包時取1、有丟包時取 0,且假定節(jié)點i到所有輸出鄰居節(jié)點的丟包情況相同,對節(jié)點i的狀態(tài)按下式進行更新:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮傳輸延遲和丟包的事件觸發(fā)一致性同步方法,其特征在 于:更新時間和權(quán)重系數(shù)按照如下步驟獲?。?步驟3-1 :更新時間
,其中Ye(〇, 1); 步驟3-2 :權(quán)重系數(shù)滿足:若(i,j)gE且i關(guān)j時
、否則h= 0,其中
為考慮丟包情況下節(jié)點i的入度。
【文檔編號】H04W56/00GK104411008SQ201410578766
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】陳珍萍, 黃友銳, 李德權(quán), 曲立國, 唐超禮, 凌六一 申請人:安徽理工大學