1.一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,包括:构建无线传感器多跳网络拓扑结构,该结构中包括root节点、普通节点以及待入网的节点,root节点和各个普通节点通过无线信道相连;无线传感器多跳网络执行时间同步的过程包括:S1:初始化系统;待入网节点等待接收无线传感器网络广播的DIO报文;
S2:待入网节点收到DIO报文后,解析该报文对应节点的MAC地址,并进行至少3次的单播DIO报文探测;
S3:待入网节点根据报文探测数据执行最优时间同步父节点选择算法,得到候选父节点;
S4:待入网节点根据选择的候选父节点进行入网,并向该节点发送入网控制信息报文;
S5:待入网节点在发送控制报文时,在MAC层接收到至少3次候选父节点的ACK帧,并对ACK帧进行解析,得到时间戳;根据时间戳执行时间同步算法,使得待入网节点的时间与父节点时间同步;
S6:确定待入网节点是否入网结束,即待入网节点在网络中收到其他节点的单播包时依据最优时间同步父节点选择算法得到更优值,并返回步骤S3,否则该节点入网结束。
2.根据权利要求1所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,无线传感器多跳网络拓扑结构中的各个节点为与无线传感器网络相匹配的单片机。
3.根据权利要求1所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,待入网节点执行最优时间同步父节点选择算法的过程包括:步骤1:未入网节点x等待接收广播DIO报文,该DIO报文包含网络的基本信息;
步骤2:判断未入网节点x是否接收到广播DIO报文,若未接收到DIO报文,则返回步骤1,若接收到DIO报文,则执行步骤3;
步骤3:节点x对候选父节点进行至少1轮单播DIO探测,计算出与候选父节点y的VRS比α;
步骤4:获取节点x的最优VRS比αtemp,判断α与αtemp的大小,若α大于αtemp,则执行步骤5,否则返回步骤1;
步骤5:将α的值赋予αtemp,完成αtemp的更新,并将节点y作为节点x的父节点;
步骤6:节点x在网络中与其他节点进行数据交互,计算节点x与其他节点的VRS比α1;
步骤7:判断α1与更新后的αtemp进行大小比较,若α1大于更新后的αtemp,则执行步骤8,否则返回步骤6;
步骤8:将α1的值赋予αtemp,完成αtemp的更新,并更改节点x的父节点;
步骤9:判断网络是否结束,若节点x退出网络,则网络结束,若不结束,则返回步骤6。
4.根据权利要求3所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,计算待接入节点与网络上的节点的VRS比的公式为:αi(t)=1+Δαi+sit
其中,αi(t)表示节点i在t时刻的实际时钟斜率,Δαi表示节点i初始化的斜率偏移量,si表示节点i的VRS,t表示t时刻。
5.根据权利要求1所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,采用时间同步算法对待入网节点进行时间同步的过程包括:子节点获取8个时间戳;根据获取的时间戳依次计算频率偏移量和相位偏移量;根据计算出的频率偏移量和相位偏移量对子节点的时间进行补偿同步,完成网络节点的时间同步。
6.根据权利要求5所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,子节获取
8个时间戳包括两轮频率偏移矫正和一轮相位补偿;第一轮频率偏移矫正过程中,父节点记录发送时刻t1后封装到帧并发送给子节点,子节点收到后记录接收时刻t2;第二轮频率偏移矫正过程中,父节点记录发送时刻t3后封装到帧并发送给子节点,子节点记录接收时刻t4;相位补偿过程中,子节点记录发送时刻t5后封装到帧并发送给父节点,父节点收到后记录接收时刻t6;父节点再记录一个发送时刻t7后封装到帧并发送给子节点,子节点最后记录接收时刻t8。
7.根据权利要求5所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,计算频率偏移量的公式为:其中,αij表示父节点i与子节点j之间的频率偏移比值,αx表示节点x的频率, 表示节点x时刻t的实际时钟值。
8.根据权利要求5所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,计算相位偏移量的公式为:其中, 表示节点x时刻t的实际时钟值。
9.根据权利要求5所述的一种物联网分布式精确时间同步方法,其特征在于,对子节点的时间进行补偿同步的公式为:其中,αij表示父节点i与子节点j之间的频率偏移比值,αi表示节点i的频率,t表示时刻, 表示相位偏移量。