一种无线网络时间同步的周期自适应方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及网络时间同步技术领域，公开了一种无线网络时间同步的周期自适应方法及系统，该方法，包括以下步骤：S1，时间同步：应用的时间同步算法对网络中所有节点进行同步，得出所有节点对应的时间戳，以节点间时钟偏移估计得到的瞬时误差作为局部同步误差估计值；S2，同步误差预测：利用的局部同步误差估计值，得到收敛概率估计值；S3，重同步周期调整：利用收敛概率估计值对时间同步的收敛情况进行预测，并根据收敛情况调节重同步周期，然后返回步骤S1。本发明专利技术解决了现有技术存在的不能自适应调整未来同步周期、适应能力较差、鲁棒性不佳、网络的通信开销大等问题。络的通信开销大等问题。络的通信开销大等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无线网络时间同步的周期自适应方法及系统


[0001]本专利技术涉及网络时间同步
，具体是一种无线网络时间同步的周期自适应方法及系统。

技术介绍

[0002]时间同步是无线传感器网络的一项基础支撑技术。在无线传感器网络的应用中，传感器节点采集的数据如果没有空间和时间信息是没有任何意义的。准确的时间同步是实现传感器网络自身协议的运行、定位、多传感器数据融合、移动目标的跟踪、基于的协议以及基于睡眠/侦听模式的节能机制等技术的基础。
[0003]据国内外公开发表论文，授权的相关专利信息，以及NTP(Network Time Protocol)、IEEE standard 1588v2、WIA
‑
PA、ISA100.11a和WirelessHART等相关协议或标准可知，面向大规模无线网络时间同步的知识产权主要集中于时间同步算法的时间信息交换、参数估计和实现方案等方面。而针对动态网络时间同步算法的周期自适应方法，尚无公开文献。
[0004]现有技术存在：不能自适应调整未来同步周期、适应能力较差、鲁棒性不佳、网络的通信开销大等问题。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种无线网络时间同步的周期自适应方法及系统，解决现有技术存在的不能自适应调整未来同步周期、适应能力较差、鲁棒性不佳、网络的通信开销大等问题。
[0006]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0007]一种无线网络时间同步的周期自适应方法，包括以下步骤：<br/>[0008]S1，时间同步：应用的时间同步算法对网络中所有节点进行同步，得出所有节点对应的时间戳，以节点间时钟偏移估计得到的瞬时误差作为局部同步误差估计值；
[0009]S2，同步误差预测：利用的局部同步误差估计值，得到收敛概率估计值；
[0010]S3，重同步周期调整：利用收敛概率估计值对时间同步的收敛情况进行预测，并根据收敛情况调节重同步周期，然后返回步骤S1。
[0011]作为一种优选的技术方案，步骤S1中，设相邻节点v
i
和v
j
，各自有对应的时间戳L
i
[k]和L
j
[k]，则同步误差估计E
l
[k]由下式得出：
[0012]E
l
[k]＝L
i
[k]‑
L
j
[k]。
[0013]作为一种优选的技术方案，步骤S2包括以下步骤：
[0014]S21，实时收敛检测：根据局部同步误差估计值E
l
[k]，计算得出收敛状态值out[k]及收敛概率估计值P
c
[k]；
[0015]收敛状态值out[k]的计算公式为：
[0016][0017]其中，μ表示误差均值，σ表示误差标准差，E
max
表示最大允许误差，a1、b1均为大于1的整数，ξ∈(0,1)；
[0018]S22，同步误差特征估计：利用收敛状态值out[k]对估计器参数E
max
进行实时更新，然后返回步骤S1。
[0019]作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：
[0020]S31，收敛判决：根据收敛概率估计值P
c
[k]，与预设的收敛阈值对比进行收敛判决：若收敛概率估计值P
c
[k]大于收敛阈值，则输出收敛判决为真，否则为假；
[0021]S32，周期调整：若收敛判决为假，则缩短重同步周期；若收敛判决为真，则延长重同步周期。
[0022]作为一种优选的技术方案，步骤S3还包括位于步骤S31前的以下步骤：
[0023]S30，EWMA滤波：对步骤S21得到的收敛概率估计值P
c
[k]进行EWMA滤波，将滤波后的收敛概率估计值P
c
[k]输入给步骤S31。
[0024]作为一种优选的技术方案，步骤S3还包括以下步骤：
[0025]S33，将步骤S32得出的周期调整后的重同步周期及该重同步周期下的局部同步误差估计值记入样本表。
[0026]作为一种优选的技术方案，步骤S3还包括以下步骤：
[0027]S34，将步骤S32的环境温度记入样本表。
[0028]一种无线网络时间同步的周期自适应系统，基于所述的一种无线网络时间同步的周期自适应方法，包括依次电相连的时间同步单元、同步误差预测单元、重同步周期调整单元，重同步周期调整单元还与时间同步单元电相连；其中，
[0029]时间同步单元：用以应用的时间同步算法对网络中所有节点进行同步，得出所有节点对应的时间戳，以节点间时钟偏移估计得到的瞬时误差作为局部同步误差估计值；
[0030]同步误差预测单元：用以利用的局部同步误差估计值，得到收敛概率估计值；
[0031]重同步周期调整单元：用以利用收敛概率估计值对时间同步的收敛情况进行预测，并根据收敛情况调节重同步周期，然后将重同步周期输入时间同步单元。
[0032]作为一种优选的技术方案，同步误差预测单元包括实时收敛检测模块和同步误差特征估计模块，时间同步单元、实时收敛检测模块、同步误差特征估计模块、重同步周期调整单元依次电相连，其中，
[0033]实时收敛检测模块：用以根据局部同步误差估计值E
l
[k]，计算得出收敛状态值out[k]及收敛概率估计值P
c
[k]；
[0034]收敛状态值out[k]的计算公式为：
[0035][0036]其中，μ表示误差均值，σ表示误差标准差，E
max
表示最大允许误差，a1、b1均为大于1的整数，ξ∈(0,1)；
[0037]同步误差特征估计模块：用以利用收敛状态值out[k]对估计器参数E
max
进行实时更新，然后将E
max
输入实时收敛检测模块。
[0038]作为一种优选的技术方案，重同步周期调整单元包括收敛判决模块、周期调整模块，同步误差预测单元、收敛判决模块、周期调整模块、时间同步单元依次电相连，其中，
[0039]S31，收敛判决模块：用以根据收敛概率估计值P
c
[k]，与预设的收敛阈值对比进行收敛判决：若收敛概率估计值P
c
[k]大于收敛阈值，则输出收敛判决为真，否则为假；
[0040]S32，周期调整模块：用以调整重同步周期，若收敛判决为假，则缩短重同步周期；若收敛判决为真，则延长重同步周期。
[0041]本专利技术相比于现有技术，具有以下有益效果：
[0042](1)本专利技术能在动态网络下根据时间戳得到误差预测，并由误差预测模块得到收敛概率来调整未来同步周期，使无线传感器网络节点的时间同步在保证收敛的条件下实现自适应长期生存；
[0043](2)本专利技术可直接利用时间同步算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线网络时间同步的周期自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，时间同步：应用的时间同步算法对网络中所有节点进行同步，得出所有节点对应的时间戳，以节点间时钟偏移估计得到的瞬时误差作为局部同步误差估计值；S2，同步误差预测：利用的局部同步误差估计值，得到收敛概率估计值；S3，重同步周期调整：利用收敛概率估计值对时间同步的收敛情况进行预测，并根据收敛情况调节重同步周期，然后返回步骤S1。2.根据权利要求1所述的一种无线网络时间同步的周期自适应方法，其特征在于，步骤S1中，设相邻节点v
i
和v
j
，各自有对应的时间戳L
i
[k]和L
j
[k]，则同步误差估计E
l
[k]由下式得出：E
l
[k]＝L
i
[k]
‑
L
j
[k]。3.根据权利要求2所述的一种无线网络时间同步的周期自适应方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：S21，实时收敛检测：根据局部同步误差估计值E
l
[k]，计算得出收敛状态值out[k]及收敛概率估计值P
c
[k]；收敛状态值out[k]的计算公式为：其中，μ表示误差均值，σ表示误差标准差，E
max
表示最大允许误差，a1、b1均为大于1的整数，ξ∈(0,1)；S22，同步误差特征估计：利用收敛状态值out[k]对估计器参数E
max
进行实时更新，然后返回步骤S1。4.根据权利要求3所述的一种无线网络时间同步的周期自适应方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：S31，收敛判决：根据收敛概率估计值P
c
[k]，与预设的收敛阈值对比进行收敛判决：若收敛概率估计值P
c
[k]大于收敛阈值，则输出收敛判决为真，否则为假；S32，周期调整：若收敛判决为假，则缩短重同步周期；若收敛判决为真，则延长重同步周期。5.根据权利要求4所述的一种无线网络时间同步的周期自适应方法，其特征在于，步骤S3还包括位于步骤S31前的以下步骤：S30，EWMA滤波：对步骤S21得到的收敛概率估计值P
c
[k]进行EWMA滤波，将滤波后的收敛概率估计值P
c
[k]输入给步骤S31。6.根据权利要求4或5所述的一种无线网络时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：石繁荣，杜莹颖，王思捷，张秋云，冉莉莉，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：