一種即時同步與時鐘自校準結合的全網同步技術

這里選擇10 min作為本算法的補償周期是由物理層的具體特性決定的。在低功耗模式中，簇頭的偵聽窗口為50 ms，被上層節點喚醒的通信波特率是4．8 kbps。經過試驗得出：物理層發送一個有效載荷為3個字節的同步命令幀所需的時間約為22 ms。
即使10 min后的同步偏差達到24 ms，第N層節點和第N+1層節點仍然有50-24=26 ms的偵測窗口重疊期。如果第N層節點以兩個命令幀的密度向第N+1層節點發送同步指令，底層節點仍有機會捕獲到其中一個命令幀，因為26 ms>22 ms。以上均屬臨界時間狀態，如果兩級節點的晶振偏差方向相同，則捕獲到上層同步指令的幾率還會增加。
要想保證兩級節點的可靠同步，必須在10 min內執行一次同步算法，否則低層節點將偏離出高層節點的發送窗口，即高層發送的命令，低層節點將不會收到。
將第N+1層節點的時鐘同步到第N層節點并實現自校正的步驟如下：
①由第N層節點發起同步。首先第N層節點利用即時同步技術將低層(N+1)節點的時鐘同步到同步時間點t0，同時第N層節點將t0作為自身時間的零時初始時刻。
②t0+600 s后，第N層節點向第N+1層節點發送兩個時間校驗命令幀，幀格式如下所示。

③第N+1層節點判斷收到的時間校驗命令幀的序號(第一個字節)和第N層節點的時間tN(后兩個字節)。
④計算出第N+1層節點的本地時鐘tN+1與tN的差值△t。
⑤將△t作為一個常數，每隔10 min補償到tN+1中一次。
3．2 軟件流程
兩層節點以第N層和第N+1層節點為例說明軟件的流程。第N層節點的流程圖如圖5所示。

由于所有節點在上電后處于低功耗模式，且各層節點不同步，所以需要初始第一次同步動作。第N層簇頭連續發送“本地ID+時間序列”同步幀，利用即時同步技術，將兩層節點同步到“零時”。
Sync是一個unsigned char型變量，可以追蹤時間的增長。在實際中，采用芯片內部的RTC進行計時，Sync的初始值為0，每發生一次RTC中斷事件，Sync的值加1。RTC中斷事件每5 s發生一次，所以當Sync=120時，意味著10min的補償時刻到了。
在發送本地時鐘時，為了保證第N+1層節點能可靠地收到時間校正信號，采用了兩次發送同樣內容的方法。兩次發送幀中所帶的時間信息完全相同，物理層完成兩次發送的時間差是22 ms。幀頭0x81和0x82用來幫助下層節點區分收到的是哪一次發送的時間校正信號。
第N+1層節點的軟件流程圖如圖6所示。

當收到父節點ID幀頭時，利用即時同步機制第一次將本節點和上一層節點初始同步。當收到0x81或者0x82幀頭時，進行兩層節點間的時鐘校對：把本地時鐘和上一層時鐘的差值D_value保存，并把收到的上一層參考時鐘寫入本地RTC的CAPTUREn寄存器中。
本層節點每600 s進行一次晶振偏移補償：將本地時鐘減去D_value，然后寫入RTC寄存器，完成校對。
由于傳感器節點的偵聽窗口為5 ms，若同樣采用精度為20 ppm的晶振，經過計算，需要在第1 min的時候進行時鐘校驗，否則就會超出偵聽窗口。