无线传感器网络及其时间同步方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络及其时间同步方法、系统，无线传感器网络包括汇聚节点和普通节点，方法包括：汇聚节点在接收到请求消息后，逐跳向普通节点发送同步消息和更正消息，且更正消息延迟同步消息发送；普通节点在接收到上一跳节点发送的消息对后，根据消息对及其中消息的接收时间校正自身的本地时钟，以与汇聚节点的本地时钟同步；其中，消息对包括同一个上一跳节点发送的同步消息和更正消息，更正消息由上一跳节点创建，并携带有上一跳节点发送同步消息时由自身校正后的本地时钟所捕获的时间戳，请求消息、同步消息和更正消息通过广播数据报的形式传输。该方法实现过程简单，且能够确保传感器网络在无线暴露中的安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
无线传感器网络及其时间同步方法、系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种无线传感器网络及其时间同步方法、系统。

技术介绍

[0002]21世纪以来，信息获取已经从最初的单一化发展到集成化、网络化，随着微电子技术、计算机技术和无线通信技术的进步，使得大量低功耗、多功能、低成本的无线传感器问世，传感器信息获取技术日益成为信息获取的重要手段。其中，由众多传感器共同构成的无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)成为数字物联时代的研究热点，其通过部署大量具有信息采集、数据处理及无线通信能力的节点，形成一个多跳自组织网络系统，可用于目标定位、覆盖控制、数据融合等，在环境监测、交通运输、医疗等领域的科学研究中得到广泛应用。
[0003]时间同步是WSN应用的重要组成部分，传感器数据融合、传感器节点自身定位等都要求节点间的时钟保持同步，尤其在多传感器交互通信的网状网络中，时间不准确会严重影响网络的生命周期。由于大多数WSN部署都是基于大量电池供电的低成本传感器节点，计算和功率资源有限，因此WSN时间同步研究的重点已经转移到精度、计算复杂度、硬件解耦合等主要方面。
[0004]针对时间同步协议中的计算复杂度和硬件解耦合方面，目前的WSN中传感器节点和汇聚节点交互技术存在的问题是：机制设置过于复杂且不够安全，会造成芯片硬件架构过于复杂和软件的开发成本变高，不适用于低成本的传感器网络节点；并且，由于缺少相应的安全机制，无法保证在网络攻击下的安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种无线传感器网络及其时间同步方法、系统，以简单方便地实现节点时间同步，且解决传感器网络的复杂交互问题，并确保传感器网络在无线暴露中的安全性。
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种无线传感器网络的时间同步方法，所述无线传感器网络包括汇聚节点和普通节点，所述方法包括：所述汇聚节点在接收到请求消息后，逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息，且所述更正消息延迟所述同步消息发送；所述普通节点在接收到上一跳节点发送的消息对后，根据所述消息对及其中消息的接收时间校正自身的本地时钟，以与所述汇聚节点的本地时钟同步；其中，所述消息对包括同一个上一跳节点发送的同步消息和更正消息，所述更正消息由所述上一跳节点创建，并携带有所述上一跳节点发送所述同步消息时由自身校正后的本地时钟所捕获的时间戳，所述请求消息、所述同步消息和所述更正消息通过广播数据报的形式传输。
[0007]另外，本专利技术实施例的无线传感器网络的时间同步方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0008]根据本专利技术的一个实施例，所述普通节点根据所述消息对及其中消息的接收时间更新自身的本地时钟，包括：所述普通节点将所述消息对中更正消息的接收时间和同步消息的接收时间作差得到时间差，并获取所述消息对中更正消息携带的时间戳，以及根据所述时间戳与所述时间差的加和校正自身的本地时钟。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，接收所述上一跳节点发送的消息对，包括：当所述普通节点接收到同步消息时，获取发送该同步消息的上一跳节点的地址，记为第一地址；当所述普通节点接收到更正消息时，获取发送该更正消息的上一跳节点的地址，记为第二地址；判断是否已获取到与所述第二地址一致的第一地址；如果已获取到，则判定接收到所述上一跳节点发送的消息对。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，所述请求消息由请求校时节点发送，且携带有发送所述请求消息时所述请求校时节点的本地时钟捕获的时间戳，所述请求校时节点为任一所述普通节点，所述方法还包括：所述汇聚节点计算自身的当前时间与所述请求消息携带的时间戳的差值；如果所述差值未在预设范围内，则执行所述逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息的步骤。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包括：所述普通节点在完成对自身本地时钟的校正后，更新接收到的同步消息中的同步节点计数值，其中，所述普通节点创建的更正消息包括更新后的同步节点计数值，所述请求校时节点在完成对自身本地时钟的校正后，还更新所述请求消息中的同步节点计数值；所述汇聚节点根据各普通节点发送的同步节点计数值判断当前是否正在进行时间同步；其中，如果所述差值未在所述预设范围内，且当前未在进行时间同步，则执行所述逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息的步骤。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包括：所述汇聚节点或者所述普通节点重启后，将需要发送的同步消息和更正消息中的复位标志置为第一取值；所述普通节点在接收到同步消息或更正消息后，若下述任一条件满足，则对该消息进行下一步处理：所述消息中的同步节点计数值为0或者大于所述普通节点当前已存储的同步节点计数值，所述消息中的复位标志为第一取值。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包括：所述汇聚节点重启后，将所述请求消息中最后使用的同步节点计数值作为重启后的初始同步节点计数值。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，每一跳节点发送的同步消息均携带有基准时间戳，所述基准时间戳由所述汇聚节点的本地时钟添加，表征当前轮同步过程的第一个同步消息的发送时间，所述方法还包括：所述普通节点在校正自身的本地时钟后，根据所述基准时间戳判断自身的本地时钟是否校正准确。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包括：所述汇聚节点统计给定时间段内的时间同步次数，并在所述时间同步次数大于次数阈值时，停止接收所述请求消息。
[0016]第二方面，本专利技术提出了一种无线传感器网络的时间同步系统，所述系统包括汇聚节点和普通节点；所述汇聚节点，用于在接收到请求消息后，逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息，且所述更正消息延迟所述同步消息发送；所述普通节点，用于在接收到上一跳节点发送的消息对后，根据所述消息对及其中消息的接收时间校正自身的本地时钟，以与所述汇聚节点的本地时钟同步；其中，所述消息对包括同一个上一跳节点发送的同步消息和更正消息，所述更正消息由所述上一跳节点创建，并携带有所述上一跳节点发送
所述同步消息时由自身校正后的本地时钟所捕获的时间戳，所述请求消息、所述同步消息和所述更正消息通过广播数据报的形式传输。
[0017]另外，本专利技术实施例的无线传感器网络的时间同步系统还可以具有如下附加的技术特征：
[0018]根据本专利技术的一个实施例，所述普通节点在根据所述消息对及其中消息的接收时间更新自身的本地时钟时，用于：将所述消息对中更正消息的接收时间和同步消息的接收时间作差得到时间差，并获取所述消息对中更正消息携带的时间戳，以及根据所述时间戳与所述时间差的加和校正自身的本地时钟。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，所述普通节点在确定接收到所述上一跳节点发送的消息对时，用于：在接收到同步消息时，获取发送该同步消息的上一跳节点的地址，记为第一地址；在接收到更正消息时，获取发送该更正消息的上一跳节点的地址，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，所述无线传感器网络包括汇聚节点和普通节点，所述方法包括：所述汇聚节点在接收到请求消息后，逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息，且所述更正消息延迟所述同步消息发送；所述普通节点在接收到上一跳节点发送的消息对后，根据所述消息对及其中消息的接收时间校正自身的本地时钟，以与所述汇聚节点的本地时钟同步；其中，所述消息对包括同一个上一跳节点发送的同步消息和更正消息，所述更正消息由所述上一跳节点创建，并携带有所述上一跳节点发送所述同步消息时由自身校正后的本地时钟所捕获的时间戳，所述请求消息、所述同步消息和所述更正消息通过广播数据报的形式传输。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，所述普通节点根据所述消息对及其中消息的接收时间更新自身的本地时钟，包括：所述普通节点将所述消息对中更正消息的接收时间和同步消息的接收时间作差得到时间差，并获取所述消息对中更正消息携带的时间戳，以及根据所述时间戳与所述时间差的加和校正自身的本地时钟。3.根据权利要求1所述的无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，接收所述上一跳节点发送的消息对，包括：当所述普通节点接收到同步消息时，获取发送该同步消息的上一跳节点的地址，记为第一地址；当所述普通节点接收到更正消息时，获取发送该更正消息的上一跳节点的地址，记为第二地址；判断是否已获取到与所述第二地址一致的第一地址；如果已获取到，则判定接收到所述上一跳节点发送的消息对。4.根据权利要求1所述的无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，所述请求消息由请求校时节点发送，且携带有发送所述请求消息时所述请求校时节点的本地时钟捕获的时间戳，所述请求校时节点为任一所述普通节点，所述方法还包括：所述汇聚节点计算自身的当前时间与所述请求消息携带的时间戳的差值；如果所述差值未在预设范围内，则执行所述逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息的步骤。5.根据权利要求4所述的无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，所述方法还包括：所述普通节点在完成对自身本地时钟的校正后，更新接收到的同步消息中的同步节点计数值，其中，所述普通节点创建的更正消息包括更新后的同步节点计数值，所述请求校时节点在完成对自身本地时钟的校正后，还更新所述请求消息中的同步节点计数值；所述汇聚节点根据各普通节点发送的同步节点计数值判断当前是否正在进行时间同步；其中，如果所述差值未在所述预设范围内，且当前未在进行时间同步，则执行所述逐跳向所述普通节点发送同步消息和更正消息的步骤。6.根据权利要求5所述的无线传感器网络的时间同步方法，其特征在于，所述方法还包
括：所述汇聚节点或者所述普通节点重启后，将需要发送的同步消息和更正消息中的复位标志置为第一取值；所述普通节点在接收到同步消息或更正消息后，若下述任一条件满足，则对该消息进行下一步处理：所述消息中的同步节点计数值为0或者大于所述普通节点当前已存储的同步节...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁磊，孙婉丽，田阳，乔磊，王通，牟林海，刘红明，胡成博，朱雪琼，杨景刚，付慧，孙蓉，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：