自适应温度补偿无线传感器网络时间同步方法

摘要

时间同步是多智能体网络协同工作的基础,具有重要意义。低成本无线传感器网络节点时钟易受到环境因素的影响,导致节点时间同步误差增大,网络信道负载增加。针对上述问题,提出了一种低时钟再同步周期、自适应温度补偿的无线传感器网络时间同步方法。首先,基于双向通信时间同步模型,提出了温度补偿的节点频移量动态估计模型;然后,采用Almon函数加权求和的方式对温度和频移量数据进行融合,解决数据采样率不匹配和模型维度高的问题;其次,为进一步提高时间同步精度,采用Kalman滤波器对频移量和相移量估计值进行滤波,并采用系统状态后验估计值对节点本地时间进行补偿;最后,参照IEEE 802.15.4标准对时间同步精度的要求,设计了一种失效风险最小化的再同步决策函数,最大限度提高节点再同步周期,减少信道负载。在高低温箱、室内和室外3种环境下进行实验以验证所提的方法。试验结果表明,与洪泛时钟同步协议（FTSP）时间同步协议相比,自适应温度补偿的时间同步（ATCTS）算法平均时间同步误差降低了97.4%,室外环境下平均时间同步周期为324 min。