基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法.pdf

本发明公开了一种基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法，将时钟同步算法与AODV协议的路径发现算法整合可以按照节点自身的需求，实现与目标节点的时钟同步，时钟同步不再局限于以全网同步的方式实现；时钟同步算法基于源节点和目的节点的直接交互进行实现，中间节点不再参与时钟同步计算，因此可以克服时钟同步偏差的逐跳累计，提高了多跳时钟同步的精度；利用中间节点已有的时钟同步信息，一方面可以实现时钟同步算法通信开销的进一步优化，另一方面在拓扑结构快速变化的网络中，可以加快时钟同步算法的计算速度，实现节点与目标节点的快速同步，因此该项技术能够较好的适应拓扑结构快速变化的网络。

权利要求书1.  一种基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法，其特征在于：包括以下步骤： A：首先在AODV路由协议的原始数据结构中增加新的数据项，包括如下部分： A1：在路由表项中增加变量                                               作为源节点和目的节点之间的时钟偏差估计，的类型为双精度浮点型； A2：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点之间的传输延时估计，的类型为双精度浮点类型； A3：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点是否完成同步的标志，的类型为布尔型； 其中，所述的路由表项为保存有源节点到目的节点的路径信息的数据结构；所述的源节点是指发送数据的传感器节点，同时作为待完成时钟同步的传感器节点；所述的目的节点为接收数据的传感器节点，同时作为具有标准时钟的传感器节点； B：在原始AODV协议定义的命令分组的基础上，增加时钟同步功能需求的字段，包括如下部分： B1：在原有的路径发现命令RREQ分组定义的基础上，增加源节点的本地时钟标记字段Source Time Stamp，Source Time Stamp的数据类型为双精度浮点类型； B2：在原有的路径响应命令RREP分组定义的基础上，增加前向传输时延字段Forward Transmission Delay，Forward Transmission Delay的数据类型为双精度浮点类型； B3：在原有的路径响应命令RREP分组定义的基础上，增加目的节点的本地时钟标记字段Destination Time Stamp，Destination Time Stamp的数据类型为双精度浮点类型； 其中，所述的AODV协议定义的命令分组是指AODV协议为完成源节点到目的节点之间的路径发现过程以及路径维护过程定义的数据包的类型，包括RREQ分组和RREP分组； C：基于步骤A和步骤B定义的新的数据结构，进行时钟同步算法的执行； C1：源节点在本地时钟读数为时刻构建RREQ命令，并令RREQ命令的Source Time Stamp字段等于，而后，源节点广播发送RREQ命令，在网络中搜寻目的节点； C2：由于步骤C1中源节点广播发送RREQ命令，所以，RREQ命令分为两种情况被接收：一种是：中间节点；另一种是：目的节点；所述的中间节点是指网络中除源节点和目的节点之外的其他传感器节点； C2.1：当中间节点接收到来自源节点发送的RREQ命令时，首先判断在规定的时间间隔内是否为首次接收来自源节点的RREQ命令； 若中间节点接收过来自源节点的RREQ命令，则立即丢弃该RREQ命令； 若中间节点未接收过来自源节点的RREQ命令，则建立到该源节点的反向路由，并设置路由表项中变量的值为FALSE，表明该中间节点虽然与源节点之间建立了可用路径，但未实现与该源节点的时钟同步，而后中间节点继续广播该RREQ命令； C2.2：当目的节点接收到来自源节点的RREQ命令时，首先根据本地时钟记录目的节点接收到RREQ命令的时刻为；而后建立目的节点到源节点的反向路由，并设置路由表项中变量的值为FALSE；表明目的节点虽然建立了到源节点的路径，但未实现与源节点的时钟同步；最后目的节点在本地时钟读数为的时刻构建RREP命令并发送至源节点，在构建RREP命令的过程中，令RREP命令的Forward Transmission Delay字段等于，Destination Time Stamp字段等于； C3：源节点在本地时钟读数为的时刻接收到来自目的节点的RREP命令时； C3.1：首先建立到目的节点的路由，将路径信息写入相应的路由表项； C3.2：根据公式⑴推导出源节点和目的节点之间的时钟偏差估计和源节点和目的节点之间的传输时延估计，时钟偏差估计如公式⑵，传输时延估计如公式⑶所示，公式⑴如下：     ⑴ 推导出的公式⑵如下：      ⑵ 推导出的公式⑶如下：      ⑶ C3.3：将时钟偏差估计和传输时延估计写入路由表项，并设置路由表项中变量的值为TRUE；表明源节点到目的节点的时钟同步参数有效； C4：当需要进行数据传输时，执行时钟校准函数公式⑷，实现源节点到目的节点的时钟同步，公式⑷如下：      ⑷ D：当中间节点在时刻接收到来自源节点的RREQ命令，假设此时该中间节点已经包含了到目的节点的路径信息以及时钟同步参数和时，对步骤C的时钟同步算法进行开销优化； D1：依据步骤B2和步骤B3所述RREP命令中包含有前向传输时延字段Forward Transmission Delay和目的节点的本地时钟标记字段Destination Time Stamp，因此可以利用中间节点与目的节点的时钟同步参数和进行计算，得出源节点到目的节点的前向传输时延字段Forward Transmission Delay和本地时钟标记字段Destination Time Stamp，计算方法依据公式(5)和公式(6)；       ⑸        ⑹ D2：中间节点在本地节点时钟读数的时刻发送RREP命令至源节点； D3：源节点在本地节点时钟读数的时刻接收来自中间节点的RREP命令，建立到目的节点的路径，并依据公式(2)和公式(3)计算与目的节点的时钟同步参数和，从而实现与目的节点的时钟同步，并达到时钟同步算法的开销优化。

说明书基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法
技术领域
本发明涉及监测技术和通信技术领域，尤其涉及一种基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法。
背景技术
无线传感器网络是由随机布置在监测区域内的大量传感器节点通过短距无线通信形成的分布式自治网络系统。节点间相互协作完成物理信息的感知、采集、传输以及其他特定任务。通过基站等设备，无线传感器网络还可以与因特网和移动通信网等现有的网络连接，实现物理目标的远程监测。无线传感器网络从组网到配置、管理和运行都是由传感器节点相互协作完成，基本不需要人的干预和基础网络设施的辅助，因此在实现方式上具有快捷性和灵活性。与传统的传感器技术相比，无线传感器网络能够布置在更大范围的监测区域中，获取具有更高空间分辨率和更高时间分辨率的数据，因此在军事、工业、农业、环境监测、医药卫生、智能家居和智能交通领域具有广阔的应用前景。
在无线传感器网络这样的分布式系统中，并没有全局时钟来为地理位置分散的传感器节点提供统一的时间基准，节点对时间的认知来至于各维护的本地时钟。由于节点本地时钟的计时速率快慢不一，在同一时刻，不同节点的本地时间值不尽相同。无线传感器网络时钟同步技术是使无线传感器网络中各节点对时间的认知达到并保持一致。
无线传感器网络的时钟同步需求来至于两方面：
1.与数据相关的应用，如数据压缩融合、测距定位、波束成型以及目标跟踪等。这一类应用利用数据的时间相关性剔除冗余的数据以减少通信量，或根据采集时间来确定不同节点的数据间的时序关系，以便融合多节点的观测数据来提取高层次的物理量信息。实现节点的时钟同步是实施这些应用的前提条件，而且时钟同步精度会对他们的性能产生关键性的影响。
2.与协作相关的应用，如节点周期性睡眠-唤醒调度机制、协作传输以及安全协议等。这一类应用利用节点间的协作来优化网络性能或弥补传感器硬件功能的不足，这些应用也要求节点间实现并保持时钟同步。
目前，多数基于无线传感器网络的监测系统采用ZigBee协议标准构建，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率。ZigBee技术主要适合于主要适用于广域环境的监测，自动控制和远程控制等领域，能够方便的与各种设备集成。
尽管应用ZigBee技术构建无线传感器网络具有诸多优势，但由于其没有涉及有效的时钟同步算法，因此基于ZigBee协议构建的无线传感器网络中，各传感器节点采集的数据在时间标记上相对于标准时钟会有较大的偏差，因此限制了其在高精度时间标记的监测系统中的应用。
近年来，研究人员针对无线传感器网络，已提出多种时钟同步算法。这些算法大致可分为三类：（1）基于发送者的同步模型， 典型算法有基于时延测量的DMTS 算法和基于洪泛的FTSP 算法；（2）基于发送者-接收者交互的同步模型，典型的是TPSN 算法；（3）基于发送者-接收者交互的同步模型，典型的是RBS 算法和Adaptive RBS 算法。纵观现有的这些算法及其它一些相关算法，我们可以发现它们都是以实现无线传感器网络全网高精度时钟同步为目标。考虑到实际的应用需求，一些实际的系统并不要求实现无线传感器网络的全网时钟同步，全网时钟同步过程在网络运行过程中略显繁琐，不仅增加了网络的通信开销，而且会降低数据分组的投递率。另外，这些算法都没有与现有的通信协议标准进行整合，因此在实际应用中具有局限性。
在基于无线传感器网络技术的监测系统中，一方面由于传感器节点采用的晶振在生产工艺上存在差异，而节点的自身时钟由晶振提供，因此当网络长时间运行时，各节点的时钟将会逐渐产生差异；另一方面，由于无线传感器网络是一种分布式的网络，各节点在监测场景中分布式的布置，实际工程应用中很难保证节点启动的同步性，当系统投入到监测任务时，节点启动时刻的差异性会使各节点的时钟呈现出不同的初相位；此外，考虑到网络的可扩展性时，网络允许新的传感器节点能够随时加入，这些新的传感器节点无论在时钟频率和时钟的初相位方面与原有网络同样存在着差异。由以上因素导致的无线传感器网络各节点的时钟差异会使其采集的数据在时间标记上具有较大的偏差，这对于侧重于采样时间精度的基于无线传感器网络是不允许的。在实际应用中，主流的基于无线传感器网络的监测系统多数采用ZigBee协议构建，ZigBee协议的PHY层和MAC层采用IEEE802.15.4标准，网络层采用简化的AODV路由协议（jrAODV）。无论是IEEE802.15.4还是AODV路由协议均没有涉及多跳时钟同步功能。针对ZigBee协议在时钟同步功能方面的缺陷，本发明为无线传感器网络监测系统提供了一种基于AODV路由协议的按需时钟同步技术。
发明内容
 本发明的目的是提供一种基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法，能够解决监测任务中各节点所采集的数据在时间标记上具有较大偏差的问题，避免无线传感器网络中节点之间不必要的同步过程，从而降低时钟同步过程对于通信的开销，使网络的性能有较好的提升。
 本发明采用的技术方案为：
基于AODV路由协议的无线传感器网络按需时钟同步方法，包括以下步骤：
A：首先在AODV路由协议的原始数据结构中增加新的数据项，包括如下部分：
A1：在路由表项中增加变量                                                作为源节点和目的节点之间的时钟偏差估计，的类型为双精度浮点型；
A2：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点之间的传输延时估计，的类型为双精度浮点类型；
A3：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点是否完成同步的标志，的类型为布尔型；
其中，所述的路由表项为保存有源节点到目的节点的路径信息的数据结构；所述的源节点是指发送数据的传感器节点，同时作为待完成时钟同步的传感器节点；所述的目的节点为接收数据的传感器节点，同时作为具有标准时钟的传感器节点；
B：在原始AODV协议定义的命令分组的基础上，增加时钟同步功能需求的字段，包括如下部分：
B1：在原有的路径发现命令RREQ分组定义的基础上，增加源节点的本地时钟标记字段Source Time Stamp，Source Time Stamp的数据类型为双精度浮点类型；
B2：在原有的路径响应命令RREP分组定义的基础上，增加前向传输时延字段Forward Transmission Delay，Forward Transmission Delay的数据类型为双精度浮点类型；
B3：在原有的路径响应命令RREP分组定义的基础上，增加目的节点的本地时钟标记字段Destination Time Stamp，Destination Time Stamp的数据类型为双精度浮点类型；
其中，所述的AODV协议定义的命令分组是指AODV协议为完成源节点到目的节点之间的路径发现过程以及路径维护过程定义的数据包的类型，包括RREQ分组和RREP分组；
C：基于步骤A和步骤B定义的新的数据结构，进行时钟同步算法的执行；
C1：源节点在本地时钟读数为时刻构建RREQ命令，并令RREQ命令的Source Time Stamp字段等于，而后，源节点广播发送RREQ命令，在网络中搜寻目的节点；
C2：由于步骤C1中源节点广播发送RREQ命令，所以，RREQ命令分为两种情况被接收：一种是：中间节点；另一种是：目的节点；所述的中间节点是指网络中除源节点和目的节点之外的其他传感器节点；
C2.1：当中间节点接收到来自源节点发送的RREQ命令时，首先判断在规定的时间间隔内是否为首次接收来自源节点的RREQ命令；
若中间节点接收过来自源节点的RREQ命令，则立即丢弃该RREQ命令；
若中间节点未接收过来自源节点的RREQ命令，则建立到该源节点的反向路由，并设置路由表项中变量的值为FALSE，表明该中间节点虽然与源节点之间建立了可用路径，但未实现与该源节点的时钟同步，而后中间节点继续广播该RREQ命令；
C2.2：当目的节点接收到来自源节点的RREQ命令时，首先根据本地时钟记录目的节点接收到RREQ命令的时刻为；而后建立目的节点到源节点的反向路由，并设置路由表项中变量的值为FALSE；表明目的节点虽然建立了到源节点的路径，但未实现与源节点的时钟同步；最后目的节点在本地时钟读数为的时刻构建RREP命令并发送至源节点，在构建RREP命令的过程中，令RREP命令的Forward Transmission Delay字段等于，Destination Time Stamp字段等于；
C3：源节点在本地时钟读数为的时刻接收到来自目的节点的RREP命令时；
C3.1：首先建立到目的节点的路由，将路径信息写入相应的路由表项；
C3.2：根据公式⑴推导出源节点和目的节点之间的时钟偏差估计和源节点和目的节点之间的传输时延估计，时钟偏差估计如公式⑵，传输时延估计如公式⑶所示，公式⑴如下：
    ⑴
推导出的公式⑵如下：
     ⑵
推导出的公式⑶如下：
     ⑶
C3.3：将时钟偏差估计和传输时延估计写入路由表项，并设置路由表项中变量的值为TRUE；表明源节点到目的节点的时钟同步参数有效；
C4：当需要进行数据传输时，执行时钟校准函数公式⑷，实现源节点到目的节点的时钟同步，公式⑷如下：
     ⑷
D：当中间节点在时刻接收到来自源节点的RREQ命令，假设此时该中间节点已经包含了到目的节点的路径信息以及时钟同步参数和时，对步骤C的时钟同步算法进行开销优化；
D1：依据步骤B2和步骤B3所述RREP命令中包含有前向传输时延字段Forward Transmission Delay和目的节点的本地时钟标记字段Destination Time Stamp，因此可以利用中间节点与目的节点的时钟同步参数和进行计算，得出源节点到目的节点的前向传输时延字段Forward Transmission Delay和本地时钟标记字段Destination Time Stamp，计算方法依据公式(5)和公式(6)；
      ⑸
       ⑹
D2：中间节点在本地节点时钟读数的时刻发送RREP命令至源节点；
D3：源节点在本地节点时钟读数的时刻接收来自中间节点的RREP命令，建立到目的节点的路径，并依据公式(2)和公式(3)计算与目的节点的时钟同步参数和，从而实现与目的节点的时钟同步，并达到时钟同步算法的开销优化。
本发明直接将时钟同步算法与AODV协议的路径发现算法整合，AODV路由协议本身是一种按需路由协议，因此基于AODV路由协议的时钟同步算法是一种按需时钟同步算法，可以按照节点自身的需求，实现与目标节点的时钟同步，时钟同步不再局限于以全网同步的方式实现。
时钟同步算法基于源节点和目的节点的直接交互进行实现，中间节点不再参与时钟同步计算，因此可以克服时钟同步偏差的逐跳累计，提高了多跳时钟同步的精度。
时钟同步算法通过AODV协议的路径发现过程实现，不再需要额外的诸如生成树的计算过程，因此相比较传统的技术，本项时钟同步技术在通讯开销方面具有不可比拟的优势。
利用中间节点已有的时钟同步信息，一方面可以实现时钟同步算法通信开销的进一步优化，另一方面在拓扑结构快速变化的网络中，可以加快时钟同步算法的计算速度，实现节点与目标节点的快速同步，因此该项技术能够较好的适应拓扑结构快速变化的网络。
 AODV路由协议作为较成熟的无线传感器网络路由协议，已广泛应用在目前主流的基于无线传感器网络的监测系统中，本项技术以AODV路由协议为基础进行实现，因此具有较好的可集成性，易于在现有的硬件平台中集成。
附图说明
图1为本发明基于AODV路由协议的按需时钟同步算法流程；
图2为本发明的基于AODV路由协议按需时钟同步过程；
图3为本发明基于接收者-发送者模型的时钟同步算法原理；
图4为本发明具有时钟同步功能的AODV协议路由表项结构图；
图5为本发明具有时钟同步功能的AODV协议RREQ命令结构；
图6为本发明具有时钟同步功能的AODV协议RREP命令结构；
图7为本发明利用中间节点优化时钟同步算法的通信开销图；
图8为本发明应用于监测系统的结构图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括以下步骤：
A：首先在AODV路由协议的原始数据结构中增加新的数据项，包括如下部分：
A1：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点之间的时钟偏差估计，的类型为双精度浮点型；
A2：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点之间的传输延时估计，的类型为双精度浮点类型；
A3：在路由表项中增加变量作为源节点和目的节点是否完成同步的标志，的类型为布尔型；
其中，所述的路由表项为保存有源节点到目的节点的路径信息的数据结构；所述的源节点是指发送数据的传感器节点，同时作为待完成时钟同步的传感器节点；所述的目的节点为接收数据的传感器节点，同时作为具有标准时钟的传感器节点；
B：在原始AODV协议定义的命令分组的基础上，增加时钟同步功能需求的字段，包括如下部分：
B1：在原有的路径发现命令RREQ分组定义的基础上，增加源节点的本地时钟标记字段Source Time Stamp，Source Time Stamp的数据类型为双精度浮点类型；
B2：在原有的路径响应命令RREP分组定义的基础上，增加前向传输时延字段Forward Transmission Delay，Forward Transmission Delay的数据类型为双精度浮点类型；
B3：在原有的路径响应命令RREP分组定义的基础上，增加目的节点的本地时钟标记字段Destination Time Stamp，Destination Time Stamp的数据类型为双精度浮点类型；
其中，所述的AODV协议定义的命令分组是指AODV协议为完成源节点到目的节点之间的路径发现过程以及路径维护过程定义的数据包的类型，包括RREQ分组和RREP分组；
C：基于步骤A和步骤B定义的新的数据结构，进行时钟同步算法的执行；
C1：源节点在本地时钟读数为时刻构建RREQ命令，并令RREQ命令的Source Time Stamp字段等于，而后，源节点广播发送RREQ命令，在网络中搜寻目的节点；
C2：由于步骤C1中源节点广播发送RREQ命令，所以，RREQ命令分为两种情况被接收：一种是：中间节点；另一种是：目的节点；所述的中间节点是指网络中除源节点和目的节点之外的其他传感器节点；
C2.1：当中间节点接收到来自源节点发送的RREQ命令时，首先判断在规定的时间间隔内是否为首次接收来自源节点的RREQ命令；
若中间节点接收过来自源节点的RREQ命令，则立即丢弃该RREQ命令；
若中间节点未接收过来自源节点的RREQ命令，则建立到该源节点的反向路由，并设置路由表项中变量的值为FALSE，表明该中间节点虽然与源节点之间建立了可用路径，但未实现与该源节点的时钟同步，而后中间节点继续广播该RREQ命令；
C2.2：当目的节点接收到来自源节点的RREQ命令时，首先根据本地时钟记录目的节点接收到RREQ命令的时刻为；而后建立目的节点到源节点的反向路由，并设置路由表项中变量的值为FALSE；表明目的节点虽然建立了到源节点的路径，但未实现与源节点的时钟同步；最后目的节点在本地时钟读数为的时刻构建RREP命令并发送至源节点，在构建RREP命令的过程中，令RREP命令的Forward Transmission Delay字段等于，Destination Time Stamp字段等于；
C3：源节点在本地时钟读数为的时刻接收到来自目的节点的RREP命令时；
C3.1：首先建立到目的节点的路由，将路径信息写入相应的路由表项；
C3.2：根据公式⑴推导出源节点和目的节点之间的时钟偏差估计和源节点和目的节点之间的传输时延估计，时钟偏差估计如公式⑵，传输时延估计如公式⑶所示，公式⑴如下：
    ⑴
推导出的公式⑵如下：
     ⑵
推导出的公式⑶如下：
     ⑶
C3.3：将时钟偏差估计和传输时延估计写入路由表项，并设置路由表项中变量的值为TRUE；表明源节点到目的节点的时钟同步参数有效；
C4：当需要进行数据传输时，执行时钟校准函数公式⑷，实现源节点到目的节点的时钟同步，公式⑷如下：
     ⑷
D：当中间节点在时刻接收到来自源节点的RREQ命令，假设此时该中间节点已经包含了到目的节点的路径信息以及时钟同步参数和时，对步骤C的时钟同步算法进行开销优化；
D1：依据步骤B2和步骤B3所述RREP命令中包含有前向传输时延字段Forward Transmission Delay和目的节点的本地时钟标记字段Destination Time Stamp，因此可以利用中间节点与目的节点的时钟同步参数和进行计算，得出源节点到目的节点的前向传输时延字段Forward Transmission Delay和本地时钟标记字段Destination Time Stamp，计算方法依据公式(5)和公式(6)；
      ⑸
       ⑹
D2：中间节点在本地节点时钟读数的时刻发送RREP命令至源节点；
D3：源节点在本地节点时钟读数的时刻接收来自中间节点的RREP命令，建立到目的节点的路径，并依据公式(2)和公式(3)计算与目的节点的时钟同步参数和，从而实现与目的节点的时钟同步，并达到时钟同步算法的开销优化。
下面结合附图和实例图，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方案和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例应用于无线传感器网络搭建的监测系统中，本系统的结构如图8所示，上位机的硬件部分采用工控机实现，软件部分由VC++结合SQL-Sever数据库搭建。上位机作为人机交互系统与无线传感器网络的交互需要借助网关实现，本系统中，网关同时作为无线传感器网络的汇聚节点与其他的传感器节点构成整个无线传感器网络。
无线传感器网络中，主控芯片采用TI公司MSP430微处理器，无线射频芯片采用TI公司的CC2420，CC2420通过SPI接口与MSP430通信，CC2420能够完美的支持IEEE802.15.4协议标准，应用2.4GHz频段，实现无线通信。按照IEEE802.15.4协议标准，在MSP430实现通信协议的MAC层部分，另外将AODV协议栈写入MSP430的FLASH中。
首先，结合图3，时钟同步模型采用发送者-接收者的交互模型，说明公式⑴、公式⑵、公式⑶和公式⑷的由来：
a)节点1在本地时钟读数为T1的时刻发送探测信息给节点2，探测信息中包含节点1的本地时钟读数T1；节点1作为源节点，节点2作为目的节点；
b)节点2在本地时钟读数为T2的时刻接收到节点1的探测信息后存储并处理；此时， ，其中，表示从节点1传输到节点2的传输延时估计，表示节点1和节点2之间的时钟偏差估计；
c)节点2在本地时钟读数为T3的时刻发送响应信息给节点1，响应信息中包含节点2的本地时钟读数T3和探测信息的前向传输时延T2-T1；
d)节点1在本地时钟读数为T4的时刻接收到节点2发送的响应信息，此时， ，表示从节点2传输到节点1的传输延时估计，表示节点1和节点2之间的时钟偏差估计。
假设往返时延相等，即，由上述步骤可以得出：
 ⑵  和   ⑶
时钟同步算法为待同步的传感器节点提供两个参数：时钟偏差估计和传输时延估计。这两个参数用以实现将传感器节点的本地时钟校准为目的节点的标准时钟。校准函数为：⑷。
该技术的实现流程包括四个阶段，分别为：一、无线传感器网络协议栈配置阶段；二、无线传感器网络应用层配置阶段；三、无线传感器网络部署和实施阶段；四、无线传感器网络实施优化阶段。
一、无线传感器网络协议栈配置阶段；
无线传感器网络时钟同步技术的实现基于AODV路由协议，因此需要重新配置AODV路由协议栈，具体包括如下步骤：
1、在原始AODV路由协议的路由表项描述中增加源节点和目的节点之间的时钟偏差估计、传输延时估计和同步完成标志；其中，的类型为双精度浮点型，的类型为双精度浮点类型，的类型为布尔型。如图4所示为AODV路由协议的路由表项结构。
2、在原始AODV路由协议的RREQ分组定义的基础上，增加源节点的本地时钟标记字段STS(Source Time Stamp)，STS的数据类型为双精度浮点类型。如图5所示的RREQ命令结构图。
3、在原始AODV路由协议的RREP分组定义的基础上，增加源节点到目的节点的前向传输延时字段FTD(Forward Transmission Delay)，FTD的数据类型为双精度浮点类型，目的节点的本地时钟标记字段DTS(Destination Time Stamp)，DTS的数据类型为双精度浮点类型。如图6所示的RREP命令结构。
4、修改AODV路由协议的SendRequest方法，在函数对RREQ命令处理部分将本节点当前时钟读数写入RREQ命令中。
5、修改AODV路由协议的RecvRequest方法，通过定义一个变量保存接受RREQ命令的时刻，根据时钟同步开销优化方法，即前文所述的步骤D，如图7所示，如果该中间节点包含到目的节点的路径信息和时钟同步信息，根据D1所述的（5）和（6）令和，而后使用 SendReply方法发送RREP命令至源节点。否则继续使用SendRequest方法在网络中搜寻目的节点，当目的节点接受到RREQ命令时，令和，而后使用SendReply方法发送RREP命令至源节点。
6、在原始AODV路由协议的RecvReply方法中，增加时钟同步的计算过程，依据公式(2)和公式(3)计算源节点和目的节点的时钟偏差估计和传输延时估计，同时设置同步完成标志为TRUE。
7、修改AODV路由协议的SendData方法，在发送普通数据时，为普通数据包增加时间戳，依据公式(4)对时间戳进行处理，实现数据传输的时钟偏差消除。
8、编译修改后的AODV协议栈，并将其写入传感器节点的主控芯片MSP430中。
二、无线传感器网络应用层配置阶段；
按照应用需求，设置传感器节点采集数据的类型和周期，完成应用层的相关任务，并使用网络层修改后的AODV路由协议为代理进行数据的发送，实现监测任务。
1、依据传感器的检测对象特性，在软件的应用层为传感器节点配置数据的采样周期和汇报周期，一些开关量可以被设计为事件触发的汇报机制。
2、依据传感器的检测对象对同步精度的需求，设置主动时钟同步周期，对于时钟同步精度要求较高的节点可以设置较短的时钟同步周期，而对于时钟同步精度要求较低的节点可以设置较长的时钟同步周期。
三、无线传感器网络部署和实施阶段；
1、为不同的传感器节点设置唯一的物理地址，并将配置好的AODV协议栈以及应用层软件写入节点的FLASH存储器中，按照检测对象的位置部署传感器节点，实施检测任务。
2、根据需求在网络中设置汇聚节点，此时汇聚节点具有标准时钟，各传感器节点通过AODV路由协议实现到汇聚节点的路径发现，同时完成与汇聚节点的时钟同步。
四、无线传感器网络实施优化阶段；
因为优化过程本身就包含在时钟同步算法的实现过程中，同时可以由图2和图7中看出。在图2中，S点作为源节点、D点作为目的节点，节点1到节点12均为中间节点，详细的优化过程在此不再详细介绍。
应用本项技术，可以解决监测任务中各节点所采集的数据在时间标记上具有较大偏差的问题。本系统中，汇聚节点作为具有标准时钟的节点，网络中其他各传感器节点均与汇聚节点实现时钟同步，因此各传感器节点采集的数据在时间标记上具有同步性，所采集的数据在时间标记上将会非常精确。