CN103052150B - 无线传感器网络时间同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线传感器网络时间同步方法，包括步骤；步骤A：中心节点初始化后，向全网终端节点广播接收自标准源设备的标准源秒脉冲时间信息；终端节点初始化后，接收标准源秒脉冲时间信息；然后中心节点和终端节点分别执行如下步骤B及步骤C：步骤B：中心节点标准源秒脉冲预测自校准以更新标准源脉冲时间，并应答终端节点的请求将更新后的标准源脉冲时间向全网终端节点广播；步骤C：终端节点依次自唤醒预测同步校准。本发明能有效减少终端节点空闲侦听能耗、降低终端节点时间同步执行频率、增加终端节点休眠时间，同步精准度高，不需要用户的干预，有着良好的同步精度和节能效果，可很好的满足无线传感器网络低功耗高精度的时间同步需要。

Description

无线传感器网络时间同步方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络时间同步方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由分布在监测区域内的大量传感器节点按照无线通信的方式组成的一种自组织网络。通过节点间的相互协作，将监测区域内的多种环境信息进行采集、处理、融合，并通过主节点路由传输到基站，使用户可以通过卫星或因特网执行查看、控制等操作。

无线传感器网络技术具有广阔的应用前景，在军事、环境、生物、医疗保健、空间探索、气候监测、灾难救援等领域得到广泛地应用。时间同步作为无线传感器网络的一项重要支撑技术，是无线传感器网络非常重要的组成部分。准确的时间同步是实现无线传感器网络自身协议的运行、数据融合、时分多址接入(Time DivisionMultiple Access，TDMA)调度、协同休眠、精准定位等的基础。无线传感器网络用于各种监测领域，其重要作用主要体现在能够实时采集数据信息，使用户可以根据数据信息诊断疫情、预防危险和灾害，避免因时间延缓和监测不及时造成的损失。

然而，无线传感器网络中所有节点都有自己的本地时钟，且不同节点中的晶体振荡器频率存在偏差，在受到温度、电磁波干扰等因素的影响后，即使某一时刻所有节点都达到时间同步，它们的时间也会逐渐出现偏差，而分布式网络系统能够进行协同工作的关键就是要节点的时间同步。如网络中多个节点的温度数据汇聚和融合需要高精度的时间同步作为保障，否则将大大降低数据之间的关联性，达不到融合的效果。节点采用协同休眠机制节约能量也需要高精度的时间同步，否则会因时隙混乱而无法完成协同休眠操作。与此同时，对于分布式网络系统结构的无线传感器网络，中心节点具有持续稳定的电源，终端节点却存在能量受限的问题。这就决定了进行时间同步需要尽量节约能量。因此，无线传感器网络对时间同步的要求主要体现在高精度和低功耗。

目前，已经被广泛应用于无线传感器网络的经典时间同步协议主要采用时钟漂移补偿、媒体访问控制(Media Access Control，MAC)层时间戳技术以及双向报文交换等方法。

如公开号为CN102083183，公开日为2011年6月1日的中国专利文献公开的一种无线传感器网络的相对时间同步的低能耗休眠侦听方法则通过获取邻居节点的同步信息，建立相对同步表，拟合信息后估算时钟偏移与漂移，实现节点间相对同步并预测接收节点醒来时间，缩短发送前导，节省能量开销。公开号为CN101883420，公开日为2010年11月10日的中国专利文献公开的一种无线传感器网络时间同步方法通过周期间隔同步、温斯特法预测校准相结合的方法根据晶振的频率特性校准逻辑时间来进行同步，降低算法执行频率、降低同步开销。

但是，上述的发明方法中都采用预测结果修正自己的逻辑时间，同步精度不高，同时节点需要进行空闲侦听和大量的计算，不能有效地节约节点的能量，因此在精度和能耗上都不能很好地满足无线传感器网络的特殊要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络时间同步方法，节约网络节点能耗。

本发明通过以下技术方案实现：

一种无线传感器网络的时间同步方法，包括执行以下步骤：

步骤1、建立温度预测计算时间间隔周期模型；

步骤2、中心节点标准源秒脉冲预测自校准；

步骤3、终端节点依次自唤醒预测同步校准。

优选地，所述建立温度预测计算时间间隔周期模型包括以下步骤：

步骤1.1、根据如图3所示的补偿前后晶体振荡器频率偏差对比曲线图，建立f(x)与x的关系表，其中晶体振荡器频率偏差与温度关系式为：

f(x)＝a+bx+cx²，

式中f(x)为晶体振荡器的频率偏差，a，b，c分别为晶体振荡器的初始误差、误差系数、漂移误差系数，可根据所选择的晶体振荡器得出，x为节点所测的温度，x的间隔可以设定为0.1℃；

步骤1.2、建立时间偏差Δt计算模型，即计算设定的一个时间间隔周期t₀内的时间偏差，计算公式为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{1}{1+f\left(x\right)}\×t_0;$

步骤1.3、建立累积时间偏差t计算模型，即计算前k次未进行清零操作的时间偏差的代数和，计算公式为：

t＝∑Δt＝Δt₁+Δt₂+...+Δt_k。

优选地，所述中心节点标准源秒脉冲预测自校准，包括：

步骤2.1、中心节点初始化校准操作；

步骤2.2、中心节点标准源秒脉冲预测自校准操作。

优选地，所述中心节点初始化校准操作包括以下步骤：

步骤2.1.1、中心节点执行初始化；

步骤2.1.2、连接中心节点和标准源设备；

步骤2.1.3、接收标准源秒脉冲时间信息；

步骤2.1.4、初始化时间同步校准操作；

步骤2.1.5、全网广播标准源秒脉冲时间信息。

优选地，所述中心节点标准源秒脉冲自校准操作包括以下步骤：

步骤2.2.1、判断是否有来自终端节点的数据信息，若有则向下依次执行，否则转入执行步骤2.2.5；

步骤2.2.2：接收终端节点发送的数据信息；

步骤2.2.3：判断接收到的数据信息中是否包括有终端节点的标准时钟源请求信息，若有则向下依次执行，否则转入执行步骤2.2.5；

步骤2.2.4：向网络广播中心节点的秒脉冲时间信息；

步骤2.2.5：进入外部时钟等待模式；

步骤2.2.6：判断设定的中心节点自校准时间间隔周期是否达到，若已经达到则向下依次执行，否则转入执行步骤2.2.1；

步骤2.2.7：对当前状态下的中心节点的温度进行测量；

步骤2.2.8：根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出中心节点累积时间偏差t_cen，中心节点累积时间偏差t_cen的计算方式为：

$t_{\mathrm{cen}}=\mathrm{\Σ\Δ}{t}_{\mathrm{cen}}=\frac{1}{1+f\left(x_1\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}+\frac{1}{1+f\left(x_2\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}+...+\frac{1}{1+f\left(x_k\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}$

式中x₁，...x_k分别为前k次未进行清零操作的中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内测量的温度f(x₁)，...，f(x_k)分别为前k次未进行清零操作的中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内晶体振荡器的频率偏差，Δt_cen为一个中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内的中心节点时间偏差；

步骤2.2.9：判断前k次未进行清零操作的中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内的累积时间误差t_cen是否在允许的误差范围之内，若超过误差允许范围则向下依次执行，否则转入执行步骤2.2.1；

步骤2.2.10：接收标准源秒脉冲时间信息；

步骤2.2.11：中心节点接收标准源秒脉冲时间信息后，累积时间偏差t_cen进行清零；和

步骤2.2.12：中心节点在接收到标准源信息后，对自身实时时钟进行一次自校准，保证可靠的同步精度，并在自校准结束后转入步骤2.2.1循环操作。

优选地，所述终端节点依次自唤醒预测同步校准，包括：

步骤3.1、终端节点初始化校准操作；

步骤3.2、终端节点依次自唤醒预测同步校准操作。

优选地，所述终端节点初始化校准操作包括以下步骤：

步骤3.1.1、终端节点执行初始化；

步骤3.1.2、终端节点标准源时间校准；

步骤3.1.3、终端节点组网设置。

优选地，所述终端节点依次自唤醒预测同步校准操作包括以下步骤：

步骤3.2.1：接收中心节点广播的秒脉冲时间信息；

步骤3.2.2：判断接收是否成功，若接收成功则向下依次执行，否则转入步骤3.2.5执行；

步骤3.2.3：终端节点在成功接收到中心节点广播的秒脉冲时间信息后，累积时间偏差t_ter进行清零；

步骤3.2.4：设置时钟校准标志位；

步骤3.2.5：关断无线模块的工作电源，减少空闲侦听的能耗，增加节点休眠时间；

步骤3.2.6：判断是否有时钟校准标志位，若有则向下继续执行，否则转入步骤3.2.8执行；

步骤3.2.7：终端节点根据接收到的秒脉冲时间信息进行自身实时时钟的校准，保证与中心节点的实时同步；

步骤3.2.8：终端节点关断一系列不需要工作的电源，仅运行实时时钟，最大限度的降低节点的能耗；

步骤3.2.9：终端节点进入休眠模式，等待外部时钟定时中断的到达；

步骤3.2.10：判断设定的终端节点工作时间间隔周期是否达到，若中断已经到达则向下依次执行，否则转入步骤3.2.9循环执行；

步骤3.2.11：终端节点在定时工作时间到达后自唤醒进入工作模式；

步骤3.2.12：终端节点对当前状态下的温度进行测量；

步骤3.2.13：根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出终端节点累积时间偏差t_ter，终端节点累积时间偏差t_ter的计算公式为：

$t_{\mathrm{ter}}=\mathrm{\Σ\Δ}{t}_{\mathrm{ter}}=\frac{1}{1+f\left({x_1}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+\frac{1}{1+f\left({x_2}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+...+\frac{1}{1+f\left({x_k}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}$

式中x₁′，...x_k′分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内测量的温度，f(x₁′)，...，f(x_k′)分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内晶体振荡器的频率偏差，Δt_ter为一个自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的终端节点时间偏差；

步骤3.2.14：判断前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的累积时间误差t_ter是否在允许的误差范围之内，若超过误差允许范围则向下依次执行，否则转入执行步骤3.2.16；

步骤3.2.15：终端节点经预测计算需要进行时钟校准同步时，在向中心节点发送数据时发送带有需要进行时间校准的时间请求信息，并在发送结束后转入步骤3.2.1循环执行；

步骤3.2.16：终端节点经预测计算后仅向中心节点发送测量数据，并在发送数据结束后转入步骤3.2.5循环执行。

优选地，步骤3.2.14的允许的误差范围Y满足Y≥0.1μS。

优选地，所述终端节点依次执行自唤醒预测同步校准操作的时间间隔周期为t_0ter/n，其中n为终端节点的个数。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

本发明通过建立温度预测计算时间间隔周期模型，根据温度对时间的影响通过计算累积时间偏差预测中心节点自校准周期间隔和终端节点自唤醒同步周期间隔，在充分考虑终端节点能量因素的前提下结合多模式工作状态切换调整，实现有效减少终端节点空闲侦听能耗、降低终端节点时间同步执行频率、增加终端节点休眠时间的目的。

进一步的，本发明中心节点根据标准源秒脉冲进行时钟校准，实现网络的外同步，可以保证整个网络系统具有良好的同步精度；终端节点通过设定误差允许阈值大于中心节点的误差允许阈值，并根据中心节点广播的秒脉冲时间信息进行同步校准操作，实现网络的内同步，可以保证所有终端节点都能实现与中心节点的精准同步；从而实现精准时间同步的目的。

进一步地，本发明的终端节点依次执行自唤醒预测校准同步操作，避免出现信道占用网络碰撞的现象。

进一步地，本发明的预测时间同步方法计算过程非常简单，不需要用户的干预，有着良好的同步精度和节能效果，可很好的满足无线传感器网络低功耗高精度的时间同步需要。

附图说明

图1是本发明一个实施例中提供的分布式网络系统结构的无线传感器网络模型示意图；

图2是本发明一个实施例中提供的基于预测的无线传感器网络时间同步方法的流程示意图；

图3是本发明一个实施例中提供的晶体振荡器补偿前后频率偏差对比曲线示意图：

图4是本发明一个实施例中的中心节点标准源秒脉冲预测自校准的实现流程示意图；

图5是本发明一个实施例中的终端节点自唤醒预测同步校准的实现流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

发明人经过研究发现：对于如图1所示的分布式网络系统结构的无线传感器网络模型示意图，包括1个中心节点和n个终端节点，其中中心节点与PC机相连，具有持续稳定的电源；终端节点与中心节点通过无线网络连接，采用电池供电，却存在能量受限的问题。这就决定了进行时间同步需要尽量节约能量。因此，无线传感器网络对时间同步的要求主要体现在高精度和低功耗。

发明人还发现：导致无线传感器网络中时间出现不同步现象的主要因素是温度影响节点晶体振荡器出现频率误差造成的，而采用现有的时间同步方法存在同步精度不高、执行同步能耗较大的问题，不能满足无线传感器网络对时间同步的特殊要求。发明人提出的改进方案是：结合温度预测和标准源秒脉冲校准的优势，利用温度来预测同步间隔周期，根据标准源秒脉冲来进行同步校准，在减少时间同步执行频率，节约网络节点能耗的同时保证良好的同步精度。

根据本发明一个实施例，提供一种基于预测的无线传感器网络时间同步方法。如图2所示，该基于预测的无线传感器网络时间同步方法包括：

步骤S0：建立温度预测计算时间间隔周期模型；

步骤S1：中心节点标准源秒脉冲预测自校准；

步骤S2：终端节点依次自唤醒预测同步校准。

其中，在步骤S0中，建立温度预测计算时间间隔周期模型。如图3所示的补偿前后晶体振荡器频率偏差对比曲线图，其中晶体振荡器频率偏差与温度关系式为：

f(x)＝a+bx+cx²，

式中f(x)为晶体振荡器的频率偏差，a，b，c分别为晶体振荡器的初始误差、误差系数、漂移误差系数，可根据所选择的晶体振荡器得出，x为节点所测的温度。为此，根据实际设计需要建立以下三个计算模型：

1、建立f(x)与x的关系表，其中x的间隔可以设定为0.1℃；

2、建立时间偏差Δt计算模型，即计算设定的一个时间间隔周期t₀内的时间偏差，计算公式为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{1}{1+f\left(x\right)}\×t_0;$

3、建立累积时间偏差t计算模型，即计算前k次未进行清零操作的时间偏差的代数和，计算公式为：

t＝∑Δt＝Δt₁+Δt₂+...+Δt_k。

其中，在步骤S1中，实现中心节点标准源秒脉冲预测自校准。如图4所示，本实施例的中心节点标准源秒脉冲预测自校准包括：

步骤S101：初始化，包括引脚和串口初始化、时钟初始化、数据清零操作等；

步骤S102：连接设备，指连接节点和标准源设备，所述的标准源设备可以是全球定位系统(Global Positioning System，GPS)授时模块，北斗卫星导航系统(COMPASSNavigation Satellite System，CNSS)授时模块，或者其他类型定位系统的授时模块；

步骤S103：接收标准源秒脉冲时间信息；

步骤S104：初始化时钟同步校准操作，是指根据标准源秒脉冲时间信息校准节点实时时钟；

步骤S105：全网广播标准源秒脉冲时间信息；

步骤S106：判断有无数据信息接收，是指判断是否有来自终端节点的数据信息需要传输，若有则向下依次执行，否则转入执行步骤S110；

步骤S107：接收数据信息，是指开始接收终端节点发送的数据信息；

步骤S108：判断是否接收到时间请求信息，是指判断接收到的数据信息中是否包括有终端节点的标准时钟源请求信息，若有则向下依次执行，否则转入执行步骤S110；

步骤S109：广播秒脉冲时间信息，是指向网络广播中心节点的秒脉冲时间信息；

步骤S110：等待外部时钟中断，是指进入外部时钟等待模式；

步骤S111：判断时钟中断是否到达，是指判断设定的中心节点自校准时间间隔周期是否达到，若已经到达则向下依次执行，否则转入执行步骤S106；

步骤S112：检测节点温度，是指对当前状态下节点的温度进行测量；

步骤S113：预测自校准间隔周期计算，是指根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出在设定的自校准时间间隔周期t_0cen内的累积时间偏差t_cen，中心节点t_cen的计算公式为：

$t_{\mathrm{cen}}=\mathrm{\Σ\Δ}{t}_{\mathrm{cen}}=\frac{1}{1+f\left(x_1\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}+\frac{1}{1+f\left(x_2\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}+...+\frac{1}{1+f\left(x_k\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}$

式中x₁，...x_k分别为前k次未进行清零操作的t_0cen间隔周期内测量的温度；

步骤S114：判断t_cen≥0.1μS是否满足，是指判断前k次未进行清零操作的t_0cen间隔周期内的累积时间误差是否在允许的误差范围之内，若超过误差允许范围则向下依次执行，否则转入执行步骤S106；

步骤S115：接收标准源秒脉冲时间信息；

步骤S116：t_cen执行清零操作，是指中心节点接收标准源秒脉冲时间信息后，累积时间偏差t_cen进行清零；和

步骤S117：时钟自校准，是指中心节点在接收到标准源信息后，对自身实时时钟进行一次自校准，保证可靠的同步精度，并在自校准结束后转入步骤S106循环操作。

其中，在步骤S2中，实现终端节点依次自唤醒预测同步校准。如图5所示的本发明实施例终端节点依次自唤醒预测同步校准的实现流程图，包括以下步骤：

步骤S201：初始化，包括引脚和串口初始化、时钟初始化、数据清零、开启各模块工作电源操作等；

步骤S202：接收中心节点广播的秒脉冲时间信息；

步骤S203：判断接收是否成功，若接收成功则向下依次执行，否则转入步骤S206执行；

步骤S204：t_ter执行清零操作，是指终端节点在成功接收到中心节点广播的秒脉冲时间信息后，累积时间偏差t_ter进行清零；

步骤S205：设置时钟校准标志位；

步骤S206：关断无线工作电源，是指关断无线模块的工作电源，减少空闲侦听的能耗，增加节点休眠时间；

步骤S207：判断是否有时钟校准标志位，若有则向下继续执行，否则转入步骤S209执行；

步骤S208：时钟校准同步操作，是指终端节点根据接收到的秒脉冲时间信息进行自身实时时钟的校准，保证与中心节点的实时同步；

步骤S209：CPU进入掉电模式，时钟进入休眠模式，是指终端节点关断一系列不需要工作的电源，仅运行实时时钟，最大限度的降低节点的能耗；

步骤S210：等待外部时钟中断，是指终端节点进入休眠模式，等待外部时钟定时中断的到达；

步骤S211：判断时钟中断是否到达，是指判断设定的终端节点工作时间间隔周期是否达到，若中断已经到达则向下依次执行，否则转入步骤S210循环执行；

步骤S212：CPU进入工作模式，是指终端节点在定时工作时间到达后自唤醒进入工作模式；

步骤S213：检测节点温度，是指终端节点对当前状态下的温度进行测量；

步骤S214：预测同步间隔周期计算，是指根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出在自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的累积时间偏差t_ter，终端节点t_ter的计算公式为：

$t_{\mathrm{ter}}=\mathrm{\Σ\Δ}{t}_{\mathrm{ter}}=\frac{1}{1+f\left({x_1}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+\frac{1}{1+f\left({x_2}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+...+\frac{1}{1+f\left({x_k}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}$

式中x₁′，...x_k′分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内测量的温度；

步骤S215：判断t_ter≥Y是否满足，是指判断前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的累积时间误差是否在允许的误差范围之内，其中Y可根据实际需要进行设定，但为了保证可靠的精度，设定的Y要满足Y≥0.1μS的条件。若超过误差允许范围则向下依次执行，否则转入执行步骤S217；

步骤S216：开启无线工作电源，发送带时间请求信息的数据，是指终端节点经预测计算需要进行时钟校准同步时，在向中心节点发送数据时发送带有需要进行时间校准的时间请求信息，并在发送结束后转入步骤S202循环执行；

步骤S217：开启无线工作电源，发送数据，是指终端节点经预测计算后仅向中心节点发送测量数据，并在发送数据结束后转入步骤S206循环执行。

本发明实施例的时间同步方法的工作过程，可以参见上述的时间同步方法进行，在此不再赘述。

综上所述，本发明的技术方案至少有着如下有益效果：

本发明通过建立温度预测计算时间间隔周期模型，根据温度对时间的影响通过计算累积时间偏差预测中心节点自校准周期间隔和终端节点自唤醒同步周期间隔，在充分考虑终端节点能量因素的前提下结合多模式工作状态切换调整，实现有效减少终端节点空闲侦听能耗、降低终端节点时间同步执行频率、增加终端节点休眠时间的目的。

进一步的，本发明中心节点根据标准源秒脉冲进行时钟校准，实现网络的外同步，可以保证整个网络系统具有良好的同步精度；终端节点通过设定误差允许阈值大于中心节点的误差允许阈值，并根据中心节点广播的秒脉冲时间信息进行同步校准操作，实现网络的内同步，可以保证所有终端节点都能实现与中心节点的精准同步；从而实现精准时间同步的目的。

进一步地，本发明的终端节点依次执行自唤醒预测校准同步操作，避免出现信道占用网络碰撞的现象。

进一步地，本发明的预测时间同步方法计算过程非常简单，不需要用户的干预，有着良好的同步精度和节能效果，可很好的满足无线传感器网络低功耗高精度的时间同步需要。

本发明提供了基于预测的无线传感器网络时间同步方法，采用根据节点晶振累积频率偏差预测节点的同步间隔周期，并依据标准源秒脉冲进行补偿同步，在有效减少节点空闲侦听、降低节点时间同步执行频率、增加节点休眠时间的同时，保证了良好的同步精度，达到降低网络同步开销，节省网络能量延长网络生存时间的目的。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (8)

1.一种无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：中心节点初始化后，向全网终端节点广播接收自标准源设备的标准源秒脉冲时间信息；终端节点初始化后，接收标准源秒脉冲时间信息；

然后中心节点和终端节点分别执行如下步骤B及步骤C：

步骤B：中心节点标准源秒脉冲预测自校准以更新标准源脉冲时间，并应答终端节点的请求将更新后的标准源脉冲时间向全网终端节点广播；

步骤C：终端节点依次自唤醒预测同步校准；

步骤B包括如下步骤：

步骤B1、当设定的中心节点自校准时间间隔周期已经达到，对当前状态下的中心节点的温度进行测量；

步骤B2、根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出中心节点累积时间偏差t_cen，中心节点累积时间偏差t_cen的计算方式为：

$t_{\mathrm{cen}}={\mathrm{\Σ\Δt}}_{\mathrm{cen}}=\frac{1}{1+f\left(x_1\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}+\frac{1}{1+f\left(x_2\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}+...+\frac{1}{1+f\left(x_k\right)}\×t_{0\mathrm{cen}}$

其中，χ₁，...χ_k分别为前k次未进行清零操作的中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内测量的温度，f(χ₁)，...，f(χ_k)分别为前k次未进行清零操作的中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内晶体振荡器的频率偏差，Δt_cen为一个中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内的中心节点时间偏差；

步骤B3、判断前k次未进行清零操作的中心节点自校准时间间隔周期t_0cen内的中心节点累积时间误差t_cen是否在允许的误差范围之内，若超过误差允许范围，则接收标准源秒脉冲时间信息并且中心节点累积时间偏差t_cen进行清零；

步骤B4、中心节点在接收到标准源脉冲时间信息后，对自身实时时钟进行一次自校准。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，步骤C包括如下步骤：

步骤C1：当设定的终端节点工作时间间隔周期已经达到，对当前状态下的终端节点的温度进行测量；

步骤C2：根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出终端节点累积时间偏差t_ter，终端节点累积时间偏差t_ter的计算公式为：

$t_{\mathrm{ter}}={\mathrm{\Σ\Δt}}_{\mathrm{ter}}=\frac{1}{1+f\left({x_1}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+\frac{1}{1+f\left({x_2}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+...+\frac{1}{1+f\left({x_k}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}$

式中x1′，..xk′分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内测量的温度，f(x₁′)，...，f(x_k ′分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内晶体振荡器的频率偏差，Δt_ter为一个自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的终端节点时间偏差；

步骤C3：判断前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的累积时间误差t_ter是否在允许的误差范围之内；

若超过误差允许范围，终端节点经预测计算需要进行时钟校准同步时，在向中心节点发送数据时发送带有需要进行时间校准的时间请求信息；

否则，终端节点经预测计算后仅向中心节点发送测量数据。

3.根据权利要求2所述的无线传感器网络时间同步方法，其中，步骤C3的允许的误差范围Y满足Y≥0.1μS。

4.根据权利要求1所述的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，各个终端节点之间依次自唤醒预测同步校准。

5.根据权利要求4所述的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，所述终端节点依次执行自唤醒预测同步校准操作的时间间隔周期为t_0ter/n，其中n为终端节点的个数，t_0ter为自唤醒工作时间间隔周期。

6.根据权利要求1所述的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，中心节点标准源秒脉冲预测自校准在步骤1.1之前还包括：

接收标准源秒脉冲时间信息；和

根据标准源秒脉冲时间信息校准中心节点实时时钟。

7.根据权利要求1所述的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，步骤C包括如下步骤：

步骤2.1：接收中心节点广播的标准源秒脉冲时间信息；

步骤2.2：判断接收是否成功，若接收成功则向下依次执行，否则转入步骤2.5执行；

步骤2.3：终端节点在成功接收到中心节点广播的标准源秒脉冲时间信息后，终端节点累积时间偏差t_ter进行清零；

步骤2.4：设置时钟校准标志位；

步骤2.5：关断无线模块的工作电源，减少空闲侦听的能耗，增加节点休眠时间；

步骤2.6：判断是否有时钟校准标志位，若有则向下继续执行，否则转入步骤2.8执行；

步骤2.7：终端节点根据接收到的秒脉冲时间信息进行自身实时时钟的校准，保证与中心节点的实时同步；

步骤2.8：终端节点关断一系列不需要工作的电源，仅运行实时时钟，最大限度的降低节点的能耗；

步骤2.9：终端节点进入休眠模式，等待外部时钟定时中断的到达；

步骤2.10：判断设定的终端节点工作时间间隔周期是否达到，若中断已经到达则向下依次执行，否则转入步骤2.9循环执行；

步骤2.11：终端节点在定时工作时间到达后自唤醒进入工作模式；

步骤2.12：对当前状态下的终端节点的温度进行测量；

步骤2.13：根据温度预测计算时间间隔周期模型，计算出终端节点累积时间偏差t_ter，终端节点累积时间偏差t_ter的计算公式为：

$t_{\mathrm{ter}}={\mathrm{\Σ\Δt}}_{\mathrm{ter}}=\frac{1}{1+f\left({x_1}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+\frac{1}{1+f\left({x_2}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}+...+\frac{1}{1+f\left({x_k}^{\′}\right)}\×t_{0\mathrm{ter}}$

式中x₁′，...x_k′分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内测量的温度，f(x₁′)，...，f(x_k ′分别为前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内晶体振荡器的频率偏差，Δt_ter为一个自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的终端节点时间偏差；

步骤2.14：判断前k次未进行清零操作的自唤醒工作时间间隔周期t_0ter内的累积时间误差t_ter是否在允许的误差范围之内，若超过误差允许范围则向下依次执行，否则转入执行步骤2.16；

步骤2.15：终端节点经预测计算需要进行时钟校准同步时，在向中心节点发送数据时发送带有需要进行时间校准的时间请求信息，并在发送结束后转入步骤2.1循环执行；

步骤2.16：终端节点经预测计算后仅向中心节点发送测量数据，并在发送数据结束后转入步骤2.5循环执行。

8.根据权利要求7所述的无线传感器网络时间同步方法，其特征在于，步骤2.14的允许的误差范围Y满足Y≥0.1μS。