專利名稱：基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法
技術領域：
本發明屬于信息技術領域，尤其涉及一種基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法。
背景技術：
時間同步是所有分布式系統都需要解決的一個重要問題。在集中式系統中，由于任何進程或模塊都可以從系統唯一的全局時鐘中獲取時間，因此系統內任何兩個事件都有著明確的先后關系。而在分布式系統中，由于物理上的分散性，系統無法為彼此間相互獨立的模塊提供一個統一的全局時鐘，而是由各個進程或模塊各自維護它們的本地時鐘。由于這些本地時鐘的計時速率、運行環境存在不一致性，因此即使所有的本地時鐘在某一時刻 都被校準，一段時間后，這些本地時鐘間也會出現失步。為了讓這些本地時鐘再次達到相同的時間值，必須進行時間同步。時間同步就是通過對本地時鐘的某些操作，達到為分布式系統提供一個統一時間標度的過程。無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種結合了微電子機械系統、片上系統、無線通信、低成本傳感器等技術的新興網絡技術。它通常是由大量廉價的具有信息獲取能力的節點組成的面向任務的自組織無線通信網絡，作為“物聯網”研究的前端感知層的重要組成部分，擁有十分廣闊的應用前景，并已引起了學術界和工業界的廣泛關注。時間同步是WSN的一項重要研究內容，也是WSN其他研究的支撐技術，其在測距、數據融合、MAC層協議、睡眠調度、協作傳輸等幾乎所有的場合都有著非常重要的應用。與傳統的分布式系統的時間同步不同，無線傳感器網絡的時間同步不僅有著高精度的要求，而且還面臨著能耗、可擴展性、無線傳輸不可靠性等新的挑戰。針對無線傳感器網絡時間同步所面臨的挑戰一傳輸延遲的不確定性、低功耗、低成本、可擴展性等特點，在無線傳感器網絡領域出現了一些典型的時間同步協議。如TPSN(Time Protocol for Sensor Networks)>RBS (Reference Broadcast Synchronization)、LTS (Lightweight Tree-based Synchronization)、HRTS (Hierarchy Referencing TimeSynchronization)>FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol)等。這些典型的時間同步算法側重同步精度和同步能耗的需求，其從各個方面對同步問題進行了解決。它們力圖提高時間戳的準確性來提高時間同步的精度，力圖利用無線廣播特性來降低同步功耗。目前，單跳WSN的時間同步協議已經很成熟，同步誤差在Mica2平臺上已經達到幾至十幾微秒的量級，同步功耗也較低，能夠滿足大多數應用場合的需要。然而，當這些時間同步協議被擴展到多跳網絡時，目前普遍采取的方法是首先按照節點之間的通信連接關系建立起一定的網絡拓撲結構，在該拓撲結構上，按照時間同步協議的約定，未同步節點和所選定的已同步節點之間通過交換含時間信息的同步報文，從而間接地實現與時間基準節點之間的同步。節點不能直接和時間基準節點同步，會造成節點的同步誤差隨著其離時間基準節點跳距的增加而增加的現象，即出現了同步誤差的累積。另外，這些同步算法涉及較復雜的計算和較頻繁的數據包交換，給WSN的正常運行帶來了很大的負擔。近些年來，研究者們開始尋找新的時間同步的思路和方法。如何利用自然界中的互同步(Mutual synchronization )現象來對WSN進行時間同步的研究逐漸又被大家重視起來。螢火蟲同步則是最著名的一種互同步現象。Peskin針對心肌細胞的同步跳動提出了一種脈沖耦合振蕩器模型。他把互同步系統建模成許多互相耦合的相同的振蕩器的集合，每個振蕩器由一個狀態變量X描述，X滿足
權利要求
1.一種基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在于，包括 步驟I，初始化LED端口和發射模塊端口，將所述LED端口和發射模塊端口設定為輸出，定時器清零，將無線傳感器網絡節點進行上電復位； 步驟2，初始化并打開外部中斷，啟動定時器； 步驟3，根據定時器溢出情況將單片機轉入休眠模式，等待外部中斷，外部中斷結束時再次進入休眠模式。
2.如權利要求I所述的基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在于，所述步驟I還包括 每一個無線傳感器網絡節點建模為一個振蕩器，并按照線性關系x=f(0) =小、小G [O，I]變化，當Cti=I時，第i個振蕩器激發，并且瞬間跳回狀態Cti = O;同時，受其影響其余所有振蕩器的狀態變量增加一個增量，或者到達閾值時被激發；第i個振蕩器激發后對第j個振蕩器的影響為 = I => ] := min(l,^ + ￡￠^), V/ ^ I 其中，e為耦合強度，cK ^為調整后振蕩器j的相位值。
3.如權利要求I所述的基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在于，所述步驟2還包括 步驟31，當定時器中斷發生時，定時器立即清零，同時使相位自增I ;根據相位的取值觸發相應的事件； 步驟32，關閉節點的響應直到下一次打開響應的時間段為不應期，系統不會響應其在這段時間接收到的任何信號。
4.如權利要求I所述的基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在于，所述步驟3還包括 步驟41，將相位增加I ; 步驟42，如果相位大于周期，即觸發一次發射，同時將計數器清零； 步驟43，如果相位等于周期T，即說明即將進行發射，此處預先關閉外部中斷，不響應其他節點和自己發射的信號，即進入不應期； 步驟44，在發射結束后，開啟外部中斷，開始等待外部節點的溢出信號并對其進行響應； 步驟45，在發射持續一定時間后，將發射引腳置零，停止發射； 步驟46，判斷現在是否應該點亮LED，此步驟在不應期之外，相位值已所述振蕩器模型運算耦合強度，需要用大于運算判斷。
5.如權利要求3所述的基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法，其特征在于，所述步驟3還包括 步驟51，由當前的相位值按照病=l^#j = min(l為+s^), V;本I運算耦合強度，修改相位； 其中，第i個振蕩器激發后對第j個振蕩器進行影響，e為耦合強度，cK ^為調整后振蕩器j的相位值； 步驟52，如果相位值大于T，將相位設為0，進入不應期，并發射信號。
全文摘要
本發明公開一種基于物理脈沖耦合的無線傳感器網絡時間同步方法，所述方法包括步驟1，初始化LED端口和發射模塊端口，將所述LED端口和發射模塊端口設定為輸出，定時器清零，將無線傳感器網絡節點進行上電復位；步驟2，初始化并打開外部中斷，啟動定時器；步驟3，根據定時器溢出情況將單片機轉入休眠模式，等待外部中斷，外部中斷結束時再次進入休眠模式。
文檔編號H04W56/00GK102811480SQ20121020887
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者洪學海, 徐勇軍, 安竹林, 林偉 申請人:中國科學院計算技術研究所