CN113193933A - 一种传感器网络时钟同步方法及装置 - Google Patents

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CN113193933A CN202110638298.9A CN202110638298A CN113193933A CN 113193933 A CN113193933 A CN 113193933A CN 202110638298 A CN202110638298 A CN 202110638298A CN 113193933 A CN113193933 A CN 113193933A
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Abstract

本发明公开了传感器网络在物联网中高精度监测应用领域的一种传感器网络时钟同步方法及装置。所述传感器网络由一个或多个主节点和若干个从节点组成，从节点为传感器节点，传感器节点包括传感器模块、调理模块、传输模块和唤醒电路，传感器模块和唤醒电路连接调理模块，调理模块与传输模块间为双向信号传输，从节点的传输模块与远端的主节点进行信号数据传输，主节点对传感器节点发出广播唤醒脉冲，主节点向传感器节点发送带有时间补偿的采样时刻约定短报文，传感器节点根据约定短报文设定同步采样时刻。本发明具有提升采样数据的同步性、降低链路的收发时延和传播延时得到有效补偿等特点。

Description

一种传感器网络时钟同步方法及装置
技术领域
本发明涉及传感器网络在物联网中高精度监测应用领域的一种传感器网络时钟同步方法及装置。
背景技术
传感器和传感器网络大量应用于物联网中，在许多场合，例如但不限于基于轮胎压力的车辆重量实时监测系统，多个传感器用来采集不同物理量或者不同位置的相同物理量，为了小型化和节约成本，这些传感器模组利用内置时钟，而不是外部晶振时钟，按照目前的半导体技术，内置时钟典型精度为20ppm，换句话说，每分钟传感器网络内的不同传感器每分钟累计误差可以达1毫秒以上，如果每10分钟采样一次，则传感器的采样时刻误差会大于10毫秒，如果采样间隔为1小时，数据时刻误差甚至会大到70毫秒以上，严重影响数据的同步性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供传感器网络时钟同步方法及装置，提升传感器数据的同步性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种传感器网络时钟同步方法及装置，包括主节点和若干个从节点，其特征在于：所述从节点为传感器节点，所述主节点为远传或局域存储节点，主节点和从节点通过网络进行信号数据传输，主节点通过网络对传感器节点发出采样信息，传感器节点包括传感器模块、调理模块、传输模块和唤醒电路，传感器模块和唤醒电路连接调理模块，调理模块与传输模块间为双向信号传输，从节点的传输模块与远端的主节点进行信号数据传输，主节点对传感器节点发出广播唤醒脉冲，传感器节点的唤醒电路接收唤醒脉冲，收到的唤醒脉冲经放大后产生从节点唤醒信号，主节点向传感器节点发送带有时间补偿的采样时刻约定短报文，传感器节点根据约定短报文设定同步采样时刻；对上述技术方案做进一步的说明：所述采样信息含有时间补偿和相对于第一个时间补偿S秒的采样时刻的m个短报文，每个传感器节点根据收到的短报文正确解码短报文中的时间补偿，对于第一个时间补偿的偏差时间设置自身开始采样的时刻时钟；对上述技术方案做进一步的说明：所述主节点发送每个短报文和从节点接收并解码每个短报文的时间为常数；对上述技术方案做进一步的说明：所述的唤醒电路包括谐振电路和放大电路，谐振电路为L0和C0组成的谐振电路，晶体管M0和M1组成放大电路；对上述技术方案做进一步的说明：所述谐振电路的参数为L0＝1nH,C0＝1uF，唤醒脉冲频率为5.03MHz；对上述技术方案做进一步的说明：所述唤醒电路可内置在调理模块或者传输模块中，接收特定频率唤醒脉冲并产生唤醒信号。
传感器网络时钟同步方法包括以下步骤：
步骤一：主节点连续发出N个大小为s字节的短报文；N为自然数；s为1到100Byte；
步骤二：每个传感器节点根据收到短报文，正确解码短报文；
步骤三：无线传感器节点根据收到的短报文时间补偿，由当时时刻动态计算下一个同步采样时刻；
步骤四：周期地重复以上步骤。
本发明具有提升采样数据的同步性、降低链路的收发时延和传播延时得到有效补偿等特点。
附图说明
图1为由主节点和从节点组成的传感器网络结构图。
图2为主节点传感器网络时刻同步方法流程图。
图3为从节点传感器网络时刻同步方法流程图。
图4为传感器节点结构图。
图5为唤醒电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容做进一步的说明：
本发明提出一种传感器网络时钟同步方法及装置，其原理和结构图1所示，传感器网络内的每个传感器简称为一个从节点，典型的传感器网络由一个或多个远传或局域存储节点以及若干个其他传感器节点组成。远传或局域存储节点，称为主节点，主节点负责管理采样间隔；其他节点称为从节点，从节点包含传感器模块、调理模块和传输模块。从节点还含有唤醒侦听电路，侦听主节点的唤醒脉冲，传感器节点的唤醒电路接收唤醒脉冲，收到的唤醒脉冲经放大后产生从节点唤醒信号，唤醒电路也可以内置在调理模块或者传输模块中。传感器模块负责将待测物理量转化为电信号；调理模块负责对传感器电信号放大滤波和数字化；传输模块负责将数字化的物理量传输到主节点或云端；每次采样前，主节点广播唤醒脉冲，首先唤醒所有从节点。然后广播含有时间贴和相对于第一个时间贴S秒的采样时刻的m个短报文。每个短报文在从节点内的解码时间一般为几个微秒，设为L微秒。每个从节点根据收到和正确解码的短报文中的时间贴和相对于第一个时间贴的偏差时间，设置自身开始采样的时刻。这样，在内置时钟误差为20ppm的条件下，可以实现时刻误差小于(S*0.02)毫秒的采样时刻精度。每次同步采样前，主节点首先广播唤醒脉冲。如图5所示的唤醒电路接收唤醒脉冲，放大，产生从节点唤醒信号。主节点发送带有时间贴的采样时刻约定短报文。从节点接收短报文并解码。如果从节点接收到的时间贴为第n个，则，该从节点将自身的采样时刻设置为：(S*1000000-n*L)微秒。
从节点的唤醒电路包含电阻R0,R1,R2,R3,电感L0,电容C0,C1和晶体管M0,M1。
L0和C0组成的谐振电路接收特定频率的唤醒脉冲，晶体管M0和M1将脉冲放大并产生唤醒信号。
例如，L0＝1nH,C0＝1uF，则，唤醒脉冲频率为5.03MHz。
例如，某传感器节点收到和正确解码出的短报文时间贴为n(1≤n≤m)，则，该从节点由当前开始计时，采样时刻设置为(Sx10 6-n x L)微秒。具体地方法和算法如图2、图3所示。
上述是通过具体实施例对本发明的技术原理进行说明，本领域技术人员在不脱离所附权利要求范围的情况下可设计出替换实施例，不同技术特征组合的实施例处于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种传感器网络时钟同步方法及装置，包括主节点和若干个从节点，其特征在于：所述从节点为传感器节点，所述主节点为远传或局域存储节点，主节点和从节点通过网络进行信号数据传输，主节点通过网络对传感器节点发出采样信息，传感器节点包括传感器模块、调理模块、传输模块和唤醒电路，传感器模块和唤醒电路连接调理模块，调理模块与传输模块间为双向信号传输，从节点的传输模块与远端的主节点进行信号数据传输，主节点对传感器节点发出广播唤醒脉冲，传感器节点的唤醒电路接收唤醒脉冲，收到的唤醒脉冲经放大后产生从节点唤醒信号，主节点向传感器节点发送带有时间补偿的采样时刻约定短报文，传感器节点根据约定短报文设定同步采样时刻。
2.根据权利要求1所述的一种传感器网络时钟同步方法及装置，其特征在于：所述采样信息含有时间补偿和相对于第一个时间补偿S秒的采样时刻的m个短报文，每个传感器节点根据收到的短报文正确解码短报文中的时间补偿，对于第一个时间补偿的偏差时间设置自身开始采样的时刻时钟。
3.根据权利要求1所述的一种传感器网络时钟同步方法及装置，其特征在于：所述主节点发送每个短报文和从节点接收并解码每个短报文的时间为常数。
4.根据权利要求1所述的一种传感器网络时钟同步方法及装置，其特征在于：所述的唤醒电路包括谐振电路和放大电路，谐振电路为L0和C0组成的谐振电路，晶体管M0和M1组成放大电路。
5.根据权利要求4所述的一种传感器网络时钟同步方法及装置，其特征在于：所述谐振电路的参数为L0＝1nH,C0＝1uF，唤醒脉冲频率为5.03MHz。
6.根据权利要求1所述的一种传感器网络时钟同步方法及装置，其特征在于：所述唤醒电路可内置在调理模块或者传输模块中，接收特定频率唤醒脉冲并产生唤醒信号。
7.根据权利要求1所述的一种传感器网络时钟同步方法及装置，其特征在于：所述传感器网络时钟同步方法包括以下步骤：
步骤一：主节点连续发出N个大小为s字节的短报文；N为自然数；s为1到100Byte；
步骤二：每个传感器节点根据收到短报文，正确解码短报文；
步骤三：无线传感器节点根据收到的短报文时间补偿，由当时时刻动态计算下一个同步采样时刻；
步骤四：周期地重复以上步骤。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114035740A (zh) * 2021-11-13 2022-02-11 北京津发科技股份有限公司 一种时钟晶振同步的方法、装置及系统
CN114440872A (zh) * 2021-12-30 2022-05-06 广州幻境科技有限公司 一种多组惯性传感器的同步采样方法和装置

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