一种具有容错性的水下无线网络时间同步方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109068385A(43)申请公布日2018.12.21(21)申请号201811074845.X(22)申请日2018.09.14(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人申晓红孙旋迪姚海洋王海燕(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人顾潮琪(51)Int.Cl.H04W56/00(2009.01)H04J3/06(2006.01)H04B13/02(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图3页(54)发明名称一种具有容错性的水下无线网络时间同步方法(57)摘要本发明提供了一种具有容错性的水下无线网络时间同步方法，从节点向主节点发送同步请求信息，主节点收到同步请求信息后，对接收到的同步请求信息打上时间戳，主节点和从节点之间进行同步后，求得时钟频率偏移，并估算出第i轮的时钟偏移，对距离进行归一化，并进行加权计算后重新赋给间戳，用重新赋值后的时间戳重新估算，完成一轮时间同步。本发明的有益效果具有一定的容错性，加快了时钟偏移的收敛速度，通过预设参数和根据交互信息更新参数避免了部分冲突造成的资源浪费，消息发送接收排列更密集，完成单次同步所需时间少，受信道影响更少，精度更高，方法简单有效，开销小，操作简单，具有可实施性。CN109068385ACN109068385A权利要求书1/1页1.一种具有容错性的水下无线网络时间同步方法，其特征在于包括下述步骤：1)把基准节点称为主节点，待同步节点称为从节点；从节点以一定频率向主节点发送a次同步请求信息，a≥2，并对每次同步请求信息都打上从节点的本地时间戳Ti,m，其中i为发送信息轮数，m为单轮同步内从节点向主节点发送信息次序数，m∈[1，a]；2)主节点收到同步请求信息后，对接收到的同步请求信息打上主节点本地时间戳Ti,m+1到Ti,2m；之后主节点在本地时间Ti,m+1过去一个预设接收发射时间间隔后以预设发射信息间隔向从节点反馈同步信息并打上主节点本地时间戳Ti,2m+1到Ti,3m，单轮同步中主节点向从节点反馈同步信息的消息发送间隔与从节点向主节点发送同步消息的时间间隔保持一致，主节点发射a次反馈同步信息之后视为完成一轮同步；从节点收到反馈同步信息后在接受同步数据包的相同位置上打上时间戳Ti,3m+1到Ti,4m，其中i为同步轮数，n为同步轮数，m为单轮同步次序数；3)主节点和从节点之间进行至少一轮同步后，从节点利用时间戳Ti,1到Ti,2m，采用最小二乘或者整体最小二乘的方法进行拟合，求得时钟频率偏移αi,1；同样，对时间戳Ti,2m+1到Ti,4m作拟合运算得到时钟频率偏移αi,2；得到第i轮的时钟频率偏移αi＝(αi,1+αi,2)/2；4)从节点利用时间戳Ti,1、Ti,m+1、Ti,2m+1、Ti,3m+1估算出第i轮的时钟偏移5)将一次消息发送看做一个点，其中主节点的本地时间戳看做一个点的横坐标，从节点的本地时间戳看做纵坐标，则第i轮同步得到(Ti,a+m，Ti,m)、(Ti,2a+m，Ti,3a+m)的2a个点，其中m∈[1，a]；6)从第i＝2轮开始，计算当前一轮的2a个点到第i-1轮同步拟合出直线的距离di,n，对距离进行归一化得到其中，μi和为前i轮同步中所有点距离第i-1轮同步拟合出的时间直线的距离的均值和均方差；7)计算得到权值其中n取1到2a；利用权值对每轮同步中的点求乘积以加权，其中，Ti,1＝Ti,1*Vi,1，Ti,m+1＝Ti,m+1*Vi,1，Ti,m＝Ti,m*Vi,m，Ti,2m＝Ti,2m*Vi,m，Ti,2m+1＝Ti,2m+1*Vi,m+1，Ti,3m+1＝Ti,3m+1*Vi,m+1，Ti,3m＝Ti,3m*Vi,2m，Ti,4m＝Ti,4m*Vi,2m；再把加权后的值重新赋给2a个时间戳；8)用重新赋值后的时间戳重新估算出时间频率偏移和时间偏移，补偿后更新时间直线、μ以及σ完成一轮时间同步。2.根据权利要求1所述的一种具有容错性的水下无线网络时间同步方法，其特征在于：对上一轮同步过程中的收发信号进行分析，得到信道冲激响应图，其中，首轮参数任意确定，根据直达径与能量最大的非直达径之间的到达时间差，调整单轮内发送时间间隔和两轮同步之间的时间间隔，所述两个时间间隔均大于到达时间差；当信道环境发生变化时，根据两轮同步之间的信息传输得到的信道状况调整发送间隔来避免冲突。2CN109068385A说明书1/7页一种具有容错性的水下无线网络时间同步方法技术领域[0001]本发明涉及一种适用于水下无线网络的时间同步方法，属于自组织无线传感器网络技术领域，适用于水声网络及各种无线自组织传感器网络系统。背景技术[000