一种无线传感器网络的时间同步方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络的时间同步方法及装置，待入网节点获取无线传感器网络中的广播DIO报文，向发送广播DIO报文的备选父节点发送单播DIO探测报文，当在预设时间段内接收到备选父节点反馈的ACK帧时，解析ACK帧得到ACK帧序列号和标准时间戳，当根据ACK帧序列号确定ACK帧是单播DIO探测报文的MAC层的ACK反馈帧时，根据标准时间戳进行时间同步。本发明专利技术将单向的时间同步方法嵌入到无线传感器网络的MAC层确认机制中，将标准时间戳封装在ACK帧中，利用MAC层的ACK确认机制实现标准时间戳的传输，通过向备选父节点发送单播DIO探测报文触发时间同步过程，整个过程不会产生额外通信开销。外通信开销。外通信开销。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络的时间同步方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信
，更具体的说，涉及一种无线传感器网络的时间同步方法及装置。

技术介绍

[0002]随着无线传感器网络(Wireless Sensors Networks，WSN)的深入研究和发展，无线传感器网络已经应用到各大物联网领域，成为物联网的重要组成部分。时间同步技术是维持无线传感器网络稳定运行的关键技术之一，其能够将全网网络节点的时间统一到标准时间上，在无线传感器网络的数据采集、协议实现、功耗管理等应用中起到了基础性作用。
[0003]目前，无线传感器网络的时间同步方法主要采用特定的时间同步包，通过在无线传感器网络中注入特定的时间同步包，实现时间无线传感器网络中各个网络节点之间的时间同步。然而，使用特定的时间同步包会导致无线传感器网络中出现除数据包以外的额外通信开销，不利于高密度的无线传感器网络部署。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术公开一种无线传感器网络的时间同步方法及装置，以实现在不增加额外通信开销的同时，实现无线传感器网络的时间同步。
[0005]一种无线传感器网络的时间同步方法，应用于待加入无线传感器网络的待入网节点，所述时间同步方法包括：
[0006]获取所述无线传感器网络中的广播DIO报文；
[0007]将发送所述广播DIO报文的目标网络节点确定为备选父节点，并向所述备选父节点发送单播DIO探测报文；
[0008]判断在预设时间段内是否接收到所述备选父节点反馈的ACK帧；
[0009]如果接收到所述ACK帧，则解析所述ACK帧得到ACK帧序列号和标准时间戳；
[0010]根据所述ACK帧序列号判断所述ACK帧是否是ACK反馈帧，所述ACK反馈帧为所述单播DIO探测报文的MAC层的ACK帧；
[0011]如果所述ACK帧是所述ACK反馈帧，则根据所述标准时间戳进行时间同步。
[0012]可选的，所述将发送所述广播DIO报文的网络节点确定为备选父节点，并向所述备选父节点发送单播DIO探测报文，具体包括：
[0013]对所述广播DIO报文进行解析，得到发送所述广播DIO报文的地址字段；
[0014]基于所述地址字段确定发送所述广播DIO报文的目标网络节点，并将所述目标网络节点确定为备选父节点；
[0015]向所述备选父节点发送单播DIO探测报文。
[0016]可选的，所述根据所述标准时间戳进行时间同步，具体包括：
[0017]将所述标准时间戳加入到标准时间戳队列中；
[0018]按照预设父节点判断标准，判断所述备选父节点是否为所述待入网节点的父节
点；
[0019]当所述备选父节点为所述待入网节点的父节点时，对所述标准时间戳队列采用线性回归算法得到时间同步偏移量；
[0020]利用所述时间同步偏移量对所述标准时间戳进行校正，得到网络标准时间；
[0021]根据所述网络标准时间进行时间同步。
[0022]可选的，根据如下公式计算时间同步偏移量skew，
[0023][0024]式中，N为所述标准时间戳队列中的标准时间戳数量，i为所述标准时间戳队列中第i个标准时间戳，T
offset
＝T
send
–
T
arrive
，T
send
为ACK帧发送时间，T
arrive
为ACK帧接收时间，为T
offset
的均值，为T
arrive
的均值。
[0025]可选的，根据如下公式计算得到所述网络标准时间戳T
global
，
[0026][0027]式中，T
local
为所述待入网节点的本地时间。
[0028]一种无线传感器网络的时间同步装置，应用于待加入无线传感器网络的待入网节点，所述时间同步装置包括：
[0029]报文获取单元，用于获取所述无线传感器网络中的广播DIO报文；
[0030]父节点确定单元，用于将发送所述广播DIO报文的目标网络节点确定为备选父节点，并向所述备选父节点发送单播DIO探测报文；
[0031]第一判断单元，用于判断在预设时间段内是否接收到所述备选父节点反馈的ACK帧；
[0032]解析单元，用于在所述第一判断单元判断为是的情况下，解析所述ACK帧得到ACK帧序列号和标准时间戳；
[0033]第二判断单元，用于根据所述ACK帧序列号判断所述ACK帧是否是所述单播DIO探测报文的MAC层的ACK反馈帧；
[0034]时间同步单元，用于在所述第二判断单元判断为是的情况下，根据所述标准时间戳进行时间同步。
[0035]可选的，所述父节点确定单元具体用于：
[0036]对所述广播DIO报文进行解析，得到发送所述广播DIO报文的地址字段；
[0037]基于所述地址字段确定发送所述广播DIO报文的目标网络节点，并将所述目标网络节点确定为备选父节点；
[0038]向所述备选父节点发送单播DIO探测报文。
[0039]可选的，所述时间同步单元具体用于：
[0040]将所述标准时间戳加入到标准时间戳队列中；
[0041]按照预设父节点判断标准，判断所述备选父节点是否为所述待入网节点的父节点；
[0042]当所述备选父节点为所述待入网节点的父节点时，对所述标准时间戳队列采用线性回归算法得到时间同步偏移量；
[0043]利用所述时间同步偏移量对所述标准时间戳进行校正，得到网络标准时间；
[0044]根据所述网络标准时间进行时间同步。
[0045]可选的，根据如下公式计算时间同步偏移量skew，
[0046][0047]式中，N为所述标准时间戳队列中的标准时间戳数量，i为所述标准时间戳队列中第i个标准时间戳，T
offset
＝T
send
–
T
arrive
，T
send
为ACK帧发送时间，T
arrive
为ACK帧接收时间，为T
offset
的均值，为T
arrive
的均值。
[0048]可选的，根据如下公式计算得到所述网络标准时间戳T
global
，
[0049][0050]式中，T
local
为所述待入网节点的本地时间。
[0051]从上述的技术方案可知，本专利技术公开了一种无线传感器网络的时间同步方法及装置，待入网节点获取无线传感器网络中的广播DIO报文，将发送广播DIO报文的目标网络节点确定为备选父节点，并向备选父节点发送单播DIO探测报文，当在预设时间段内接收到备选父节点反馈的ACK帧时，解析ACK帧得到ACK帧序列号和标准时间戳，当根据ACK帧序列号确定ACK帧是A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，应用于待加入无线传感器网络的待入网节点，所述时间同步方法包括：获取所述无线传感器网络中的广播DIO报文；将发送所述广播DIO报文的目标网络节点确定为备选父节点，并向所述备选父节点发送单播DIO探测报文；判断在预设时间段内是否接收到所述备选父节点反馈的ACK帧；如果接收到所述ACK帧，则解析所述ACK帧得到ACK帧序列号和标准时间戳；根据所述ACK帧序列号判断所述ACK帧是否是ACK反馈帧，所述ACK反馈帧为所述单播DIO探测报文的MAC层的ACK帧；如果所述ACK帧是所述ACK反馈帧，则根据所述标准时间戳进行时间同步。2.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述将发送所述广播DIO报文的网络节点确定为备选父节点，并向所述备选父节点发送单播DIO探测报文，具体包括：对所述广播DIO报文进行解析，得到发送所述广播DIO报文的地址字段；基于所述地址字段确定发送所述广播DIO报文的目标网络节点，并将所述目标网络节点确定为备选父节点；向所述备选父节点发送单播DIO探测报文。3.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述根据所述标准时间戳进行时间同步，具体包括：将所述标准时间戳加入到标准时间戳队列中；按照预设父节点判断标准，判断所述备选父节点是否为所述待入网节点的父节点；当所述备选父节点为所述待入网节点的父节点时，对所述标准时间戳队列采用线性回归算法得到时间同步偏移量；利用所述时间同步偏移量对所述标准时间戳进行校正，得到网络标准时间；根据所述网络标准时间进行时间同步。4.根据权利要求3所述的时间同步方法，其特征在于，根据如下公式计算时间同步偏移量skew，式中，N为所述标准时间戳队列中的标准时间戳数量，i为所述标准时间戳队列中第i个标准时间戳，T
offset
＝T
send
–
T
arrive
，T
send
为ACK帧发送时间，T
arrive
为ACK帧接收时间，为T
offset
的均值，为T
arrive
的均值。5.根据权利要求4所述的时间同步方法，其特征在于，根据如下公式计算得到所述网络标准时间戳T
global
，式中，T
local
为所述待入网节点的本地时间。
6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵训威，张春玲，白杰，章灵芝，王志刚，
申请(专利权)人：国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：