一种应用于TDMA无线传感网的低能耗同步机制.pdf

第37 卷第1 期2024年1 月浙江万里学院学报Journal of Zhejiang Wanli UniversityVo1.37 No.1January2024一种应用于TDMA无线传感网的低能耗同步机制刘高平，徐锋（浙江万里学院，浙江宁波31 51 0 0）摘要：为了降低时分多址网络中时钟同步所导致的节点能耗，根据节点晶振器件的潜在漂移，提出了一种应用于星型无线传感网的低能耗同步机制。该机制中整个时间轴由长顿组成，每个长顿包含一个同步帧与多个子顿，每个子顿由所有子节点绑定的子时隙构成。根节点在长顿开始时发送同步帧，使得所有子节点时钟同步。每个子时隙增加了相应的保护间隔，有效地避免子节点之间因时钟漂移导致时隙间相互影响，从而最大限度地增加长顿中的子顿数量,降低子节点唤醒进行同步的频率。与传统的TDMA每个子顿均需同步相比,从接收同步帧角度来讲，大幅度减少了子节点能耗。最后，假定晶振频率误差为正态分布的情况下，利用MATLAB进行仿真，验证了该低能耗同步模型公式的正确性，并将仿真情况在CC1310器件构建的星型网上进行了应用验证。关键词：时钟同步；时隙；保护间隔；时钟漂移；低能耗中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1 6 7 1-2 2 50（2 0 2 4)0 1-0 0 8 7-0 9时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)技术具有零冲突、低时延的特点,因此被广泛应用于无线传感网中，与其它竞争型协议对比，TDMA协议能更好的对信道资源进行合理分配1-2 。每个节点由其自已的物理时钟控制,受到工件自身或者外部的影响可能导致时钟漂移3。为了保证时隙间互不干扰，节点之间有必要定期发送和接收信标以校准时钟。然而时钟同步需要节点之间消息交换，同步信息的收发会相应增加能耗。由于无线节点通常由电池供电，因此作为一种能量有限的自组织网络4-5,降低时钟同步所带来的能耗对提高整个网络生命周期有着重要的意义。为此,文章提出一种应用于TDMA无线传感网的低能耗同步机制，最大限度地增大节点需要同步的间隔，降低子节点唤醒的频率。最后对通过MATLAB仿真以及实际运行测试,验证文章所提出的低能耗同步机制方案的正确性。1问题提出在TDMA机制中,根节点定期广播同步顿，并为簇内子节点分配合适时隙6-7。为了保证n个子节点共享信道，将时间轴划分成若干个子顿，每个子顿划分为n个固定时隙，每个子节点分配并绑定一个时隙，依次占用收稿日期：2 0 2 3-0 3-1 7基金项目：浙江省基础公益研究计划项目“基于射频能量采集的畜牧业电子标签关键技术研究”（LGF19F010002)；宁波市公益类科技计划项目“面向社区智慧养老的自供能电子标签关键技术研究”（2 0 2 0 0 2 N3136）作者简介：刘高平（1 9 6 4 一），男，江西南昌人，浙江万里学院智能与信息工程学院教授，博士，研究方向：物联网技术。根节点子节点1子节点2一子节点n同步帧子时隙1 子时隙2图1 传统TDMA工作机制示意图871子时隙n同步帧12024 年 1 月信道发送数据。传统的TDMA工作机制如图1 所示。1)n个子节点在发送数据前,监听根节点定期广播的同步帧；2)子节点均在同一时刻接收到同步顿,并以收到同步帧的时刻为基准,为每个子节点分配固定的子时隙，使子节点能依次按时序发送数据；3)子节点循环在对应的子时隙发送数据,所有子节点完成后再转至步骤1)。在步骤3)中,由于节点晶体振荡器受环境变化或自身性能改变等因素影响,造成实际工作频率漂移8。为了保证时隙的准确分配，节点需要定期转至步骤1)进行时钟同步。2解决方案为了减少子节点同步次数，文章对传统的TDMA进行改进，改进后的低能耗同步工作机制如图2 所示。其主要工作流程与传统TDMA类似，但在步骤3)时子节点是多次循环发送数据,其次数的多少是文章下一步解决的重点。下面通过建模计算出各子时隙的适宜时长、子节点循环发送的最大次数以及同步顿周期。浙江万里学院学报第1 次循环第2 次循环人根节点子节点1-子节点21子节点n-同步顿子时隙1 子时隙2图2 TDMA低能耗同步工作机制示意图2.1数据顿通信时长数据顿通信时长是研究分配时隙的基础。在通信过程中，发送一个数据帧首先从应用层开始，经过MAC层到物理层，最后通过天线发送出去9 ,反之，接收节点通过天线接收，将数据传递到MAC层，直至应用层为止0 。其中发送端执行发送命令时，需要先触发射频发送器，物理层启动存在一定的延迟；同理，接收端触发接收也同样存在延迟。发送端在发送数据的同时，接收端也在接收,所以数据发送与接收在时间上存在重合部分。一条数据顿发送与接收过程的分时流程示意图如图3所示。图中,tpern为发送前预处理时长、tperx为接收前预处理时长、tixDelay为物理层发送触发时长、trDelay为物理层接收触发时长、为发送数据传输时长、t为接收数据传输时长、tporx为发送后处理时长、tpostrx为接收后处理时长。节点发送一条数据帧的流程依次包括发送前预处理、物理层发送触发、发送数据传输、发送后处理，而接收节点接收一条数据顿的流程依次包括接收前预处理、物理层接收触发、接收数据传输、接收后处理。接收节点在数据顿到达之前先完成接收前预处理，在收到数据帧前导码时触发启动物理层接收。由于电磁波在空中的传播速度接近于光速，相对于节点间几十、上百米的距离，空中传播引起的延迟可忽略不计，故可认为发送数据传输与接收数据传输的结束时刻相同。此后，发送节点进行发送后处理，结束发送过程，而接收节点在接收后还须将数据帧解封后,把有效数据存放在指定的内存中,通常情况下接收后处理时长 tpalrx大于发送后处理时长 tpalx。因此，完成一条数据顿发送与接收所需的最短时长为tinera+tixDaly+tx+/子时隙n11发送端接收端图3数据顿收发过程分时流程示意图1!tpielx!trxDelaytpelxitrDelayi1同步顿txtxtpPostTxtpostTx:88刘高平，徐锋：一种应用于TDMA无线传感网的低能耗同步机制tPostRxo文章假设整个时间轴由长帧组成，每个长帧包含一个同步顿和个子顿，一个子顿被划分为n个子时隙，每个子时隙内相对应的子节点发送数据。为了统一时隙分配，在子节点接收完同步顿后，每个子时隙提前到上一个子时隙开启发送数据，即发送前预处理时长tpex分配在上一个子时隙中,其时序与上一个子时隙发送相重叠,而第1 个子时隙的tpex放在同步帧中。如果一个时隙传输数据的字节数为m,空中传输速率,那么数据空中传输的时长tx为 m/u。因此,根据上述数据发送与接收过程的分析，同步顿时长tsymc可表示为：(1)V第个子顿中第i个无穴余时间的子时隙时长为：为了准确计算同步帧与各子时隙的时长,需要获得其中各阶段的时长参数值。发送端的tpex与接收端的 tpostR因受到操作系统调用以及处理器负载等影响，无法理论计算，可通过打时间戳标记的方法可获得非常高的时钟精度。tipdly可通过固定延迟时间收发数据，检测射频信号的时间偏差来估计触发延迟时间。2.2时隙分析在完成时钟同步后，需要为每个子节点分配其对应的时隙，子节点在各自分配好的时隙内实现数据传输，而在其它时隙内休眠2。子节点在接收到同步帧后,以固定的间隔时间定期执行数据传输，该间隔时间便为子帧时长，也为子节点发送周期,在此记为T。2.2.1子时隙保护间隔记Tpl、T z 分别为子节点、根节点采用晶振的最大频率误差,那么基准时间后一段时间（记为t)收发数据帧,则必须考虑漂移的影响,即为了保证接收端能正确接收,接收节点必须提前t(TpI+T,2)开启、推迟(t+t.)（T p i+T,z)关闭接收，即接收端在时间段t-t(Tp+T,z),t+(t+t.)(Tp1+T,z)内处于接收状态,以便能确保正确接收到数据帧。其中,t，为发送数据帧时长。为了保证每个子节点都不会因时钟漂移而与相邻节点产生数据碰撞，在子时隙的头部与尾部各设置一个保护间隔，即用余的时间补偿子时隙可能产生的漂移,如图4 所示。每个子时隙除了补偿所在子顿前面时隙所产生的漂移,还需要补偿前面所有子顿时长产生的漂移。例如,在第2 子顿中子时隙3需要补偿自身时长产生的漂移、以及子时隙1、2 产生的漂移，还需要补偿第1 子帧时长产生的漂移。时间轴同步顿子时隙1 子时隙2头部保护间隔尾部保护间隔口无保护间隔时隙图4 含有保护间隔的子顿时隙示意图利用公式可表示第k子帧中子时隙i的头部保护间隔为：tra(h,i)=(i-1)(Tp+T,e)(tapdla+m+pak)+(k-1)(Tpi+T,e)T第k子帧中子时隙i的尾部保护间隔为：tre2(h,i)=i(TpI+T,e)(taDdly+t R r a k)+(k-1)(T p I+T,e)T其中1 ink1。2.2.2子时隙与子时长根据上述论述可知，每个子时隙时长由子节点发送触发时长tipDely、数据空中传输时长tix、根节点接收第1 期(2)第1 子顿第2 子顿字时隙n89第M子帧(3)(4)(5)2024 年1 月后处理tpoRx和子时隙保护间隔组成。因此，由式(2）、（3）（4)可求得第k子中带保护间隔的子时隙i时长为：TSsurs(k,i)=(tpDdlg+tRrarx)+(2i-1)(Tp+T,e)(taDly+t R r e R k)+2(k-1)(T p+T,e)T第k子帧中所有n个子时隙的总时长,即第子帧时长为：T(hk)=n(taDdlg+m+tpan)+n2(Tr+T,)(tapdl+m+trar)+2n(k-1)(T1+T,e)T值得注意的是,在式(5）、（6)中子时隙的补偿时间未再次进行补偿,这是因为补偿时间再次补偿的值，相对于式中其它的时间值很小，可以忽略不计。2.3低能耗时钟同步2.3.1最大子顿数根节点周期性地向所有子节点发送同步帧，以保持所有子节点与根节点的时钟同步。如果要确定同步周期，必须知道一个长帧中的子顿数。为了保证根节点能准确接收所有子节点发送的信息，那么一个子顿时长内必须能分配所有子时隙，即第K顿子时隙时长的总和不能大于T,故有：T(k)=n(tuply+t p a l r x)+n 2(T p i+T,2)(t u p D d l y+t p a l x)+2 n(h k-1)(T i+T,2)T T将式(7)整理后可得：故,k存在一个最大值kmx,向下取整后并记为M,即：M=LkmaxJ其中LJ为向下取整符号。在T、n 已知的情况下，子节点连续循环发送数据的次数越多越好，即M值越大越好。与传统的每个子帧均需同步相比，子节点接收同步顿所消耗的能量只有原来的1/M,即节省了（M-1)/M 能量。2.3.2同步顿周期在一个长帧中子顿数M确定后，就可以计算出根节点发送同步帧的周期，即长顿时长由1 个同步帧时长tsme、M 个子帧时长组成，如图5所示。第1 子帧时间轴K同步帧字时隙1 子时隙2时隙n头部保护间隔尾部保护间隔无保护间隔时隙图5含有保护间隔的长顿结构示意图根节点经过一个长帧时间会产生时钟漂移，与子时隙处理方法一样，文章采用保护间隔时间tResI和tRe2去补偿同步顿和M个子帧所产生的时钟漂移。上述已经求得最大顿数M,根据式(1)可计算出同步帧头部补偿时间为：trel=(TpI+T,e)(trena+topbla+m+trala+tpen+MT)同步帧尾部补偿时间为：tre2=(Tp+Tpe)(2(tpen+tapbly+t p s l r+t p e l t)+M T)将式(1 0)、(1 1)添加到式(1)中，可求得带保护间隔的同步帧时长为：浙江万里学院学报VVV2n(Tpi+T,2)T第2 子帧V(6)(7)+1(8)(9)第M子顿(10)(11)(12).90刘高平，徐锋：一种应用于TDMA无线传感网的低能耗同步机制因此同步帧发送周期,即长帧时长为：Lom=(1+3(T,+T,e)(tn+tupla+m+ranr+her)+(2(T,+Te)+1)MT值得注意的是,在式(1 0)、（1 1)中同步帧的补偿时间未再次进行补偿,这是因为补偿时间再次补偿的值,相对于式中其它的时间值很小，可以忽略不计。从式(1 0)（1 1)可知，子节点在根节点开启发送同步顿之前，就必须先进人接收状态,以确保能正确接收到同步顿,提前量为tRes1;同理，为了确保子节点能完全接收到同步帧、以及与第1 个子时隙不冲突，在时序上子节点在根节点完成发送后,再延迟tRe2关闭接收。2.4进一步讨论从式(5)可知，同号的子时隙时长随子顿号增大而增长，故必须在子时隙中添加空闲时长，添加的原则是以子帧M为基准,在子帧1,2,，（M-1)的子时隙中添加空闲时间,使得同号的子时隙时长相等,故第k子帧中子时隙i添加的空闲时长为：(14)将式(5)代人式(1 4),可得：Tial(k,i)=2(M-k)(Tpi+T,2)T其中1 in、1 k M。从式(1 5)可知,相同子顿中的不同子时隙添加的空闲时长是相等的。将式(5）、（1 5)相加，便可求得含有空闲时长的第k子帧中子时隙i时长为：Taursl(k,)=(taply+m+trt)+(2i-1)(T,+T,)(tulg+m+trarn)+2(M-1)(Tp+T,e)T从式(1 6)可知,不同子帧中同号子时隙均相等,从而每个子帧的时长也相等,均为T(M)。另外,由于长帧中子帧M时长小于或等于T,为了保证每个子顿的时长均为T,故必须在每个子顿后添加适当的空闲时长,即T-T(M)。子时隙(除第M子帧外)与子顿分别添加空闲时长后，一个长顿示意图如图6 所示。时间轴工同步顿子时隙1 子时隙2头部保护间隔尾部保护间隔无保护间隔时隙子时隙空闲时长子顿空闲时长图6 含有空闲时长与保护间隔的长顿结构示意图为了文章后续仿真测试时绘制长帧结构示意图，在此给出各个子时隙起始时间公式：1)含补偿时间的第k子子时隙i起始时刻为：j=12)无允余时间的第k子顿子时隙i的起始时刻,即数据实际发送起始时刻为：ti(k,i)=to(k,i)+tRes(k,i)3解决方案下面对上述推导出的模型进行验证测试。3.1测试环境验证方案中节点主芯片选用德州仪器(Texas Instruments,TI)公司的CC13103l,该芯片包含一个32位MCU内核,其低功耗工作状态有休眠与掉电低功耗模式4。测试系统由2 1 个节点构成星型网,其中1个作为根节点,其余均作为子节点，即n=20;并假定子节点每隔1 0 0 ms向根节点广播一次数据帧,即T=100ms。设定发送数据顿格式如表1 所示，通过前导码与同步字使接收端的时钟调正到与发送端同步。第1 期(13)VTiale(h,i)=TslotRes(M,i)-TslotRes(k,i)第1 子顿子时隙n(k-1)Tto(k,i)=91(15)(16)第2 子顿第M子顿(1)(17)(18)2024年1 月3.2子时隙参数1)数据帧通信时长。根据第2 节分析,为了计算子时隙时长，需要先获得发送前预处理、触发延迟、数据空中传输以及接收后处理时间。根据2.1 节中提及的方法,测得 tpenx=280s、t a p d e l y=9 6 us、t p o a r x=30 4 s。测试方案设置器件空中传输速率为2 0 0 kbps，根据表1 可知传输的数据共2 2 个字节，因此可求得数据传输时长t为m/u=880s。2)子时隙时长。根据CC1310芯片晶振选型手册可知1 5,CC1310器件正常运行时时钟频率为2 4 Mhz，相应的晶振精度为1 0 ppm；低功耗运行时时钟频率为32.7 6 8 khz，相应的晶振精度为2 0 ppm。根节点一直处于运行状态，故取Trz=10 x10;而子节点绝大部分时间处于低功耗状态，故取Tpl=2010。通过式(9),可求得最大顿数M=620。再根据式(1 6),求得第k顿子时隙i时长为：3)同步顿时长及周期。将上述计算得出的各值代人式（1 2）、（1 3），可得tsym=5560.166s、T s m=6 2.0 0 556 s。3.3仿真测试与分析为了验证上述最大顿数以及时隙时长的准确性，在利用CC1310器件构建网络测试之前，先通过MATLAB进行实验仿真，以便最大程度验证时钟漂移的随机情况。假定子节点i根节点在第子顿中第i子时隙时晶振频率误差分别为li(k,i)ITpl、l z2(k,i)ITp2,其中i(k,i)、2(k,i)为均差为0、标准差为0.33的正态分布。根据正态分布的特性可知,在均值0 附近的随机数出现概率最高,越远离均值出现概率越低。由于正态分布函数没有界限,为此规定随机数i(h,i)、2(k,i)大于0.9 9 或小于-0.9 9 时,i(k,i)、2(k,i)均置为1 或-1即i(k,i)、2(k,i)的范围为-1,1 。为了表达方便,记(k,i)=li(,i)12(k,i)=l2(,i)I,即i(,i)2(,i)的范围均为0,1。3.3.1子时隙仿真测试时隙仿真测试流程图如图7 所示,其步骤如下：1)首先执行节点数、顿数、时隙时长、同步帧、发送周期等参数初始化；2)根据3.3节中的方法分配带保护间隔的同步帧以及所有子时隙，并绘制时序图；3)根据正态分布生成每个节点各自的随机系数i(h,i)2(k,i),并计算出i(k,i)Tpl(k,i)T,z及其对应子时隙的起止时间;4)各子节点模拟发送,并绘制数据帧实际发送的时隙时序图，若与上一个时隙存在重叠，在时隙上方绘制一个冲突标记*;5)若M个子顿发送完,结束一次测试,次数增加1;否则,转到步骤3),产生下一个子时隙;6)判断所有测试次数是否到达。如次数已到,结束测试;否则,转到步骤2),测试下一个长帧。为了测试不同条件下子时隙情况，进行3次仿真测试。具浙江万里学院学报表1 数据发送顿格式有效载荷字节含义前导码同步字顿长度地址字节数(bytes)4Tslatell(k,i)=4 994+(2i-1)0.038 4(s)校验码数据41921分配并绘制带保护间隔的同步帧、子时隙生成正态分布随机系数计算数据发送的子时隙起止时间绘制时隙漂移图，并对冲突标记NM子帧发送完文YN测试次数完成Y结束图7 时隙仿真测试流程框图102开始参数初始化(19)刘高平，徐锋：一种应用于TDMA无线传感网的低能耗同步机制体方案为：第1 次测试时，将3.2 节中求出的参数代入仿真过程中,进行50 0 次测试；第2 次测试时,在测试1 的基础上,减小时隙头部和尾部保护间隔各0.2 ms，执行相同测试；第3次测试时，在测试1 的基础上,子数增加1,即最大子帧数变为6 2 1,执行相同测试，三次仿真测试结果如表2 所示。从上述表中3次测试对比分析可得，如果将保护间隔人为减小或子帧数M人为增加，时隙间会因保护间隔不足而产生相互冲突,从而验证了文章所提出模型的准确性。3.3.2同步帧仿真测试为了验证同步帧保护间隔的有效性,再对同步顿进行2 次不同的测试。同步顿仿真测试流程与子时隙仿真过程类似，在步骤2)计算出同步帧头部保护间隔均为1 8 6 0.0 552 s、长顿周期为6 2.0 0 556 s，并绘制出带保护间隔的同步顿时序图；在步骤3)计算出同步帧中数据实际发送的起止时间，再绘制出其时序图，完成一次同步帧仿真测试。第1 次测试时按照计算出的理论值进行1 0 0 次同步顿测试；第2 次测试时，减小同步顿头部和尾部保护间隔各50 s，再执行1 0 0 次测试，2 次仿真测试结果如表3所示。从上述表中2 次测试对比分析可得，文章所提出的同步保护间隔能够有效防止同步顿因时钟漂移而产生越界，避免出现子节点无法准确收到同步顿的问题3.4实际应用情况下面将上述仿真情况在CC1310构成的实际网络节点上给予实施。节点硬件方案采用CC1310手册上的典型应用电路1 。CC1310开发环境包含了TI公司提供的实时操作系统，该系统在应用层通过使用命令CMD_PROP_TX和CMD_PROP_RX驱动RF内核封装或解析数据包，并具有专用的底层RF协议命令实现数据包收发。3.4.1根节点软件设计作为整个网络的中心节点，根节点承担发送同步顿与接收子节点数据的任务，并将接收到数据帧通过串口发出,以便监测对应时隙收发的正确性。根节点具体执行步骤如下：1)首先同步帧初始化,将子节点数量、子节点发送周期、最大顿数封装成同步帧格式，,其中最大顿数M是根据节点采用的晶振参数、以及节点总数与节点发送周期计算得到；2)射频配置，通过调用无线电广播自身的计时器获得当前射频时间，以当前的射频时间为根节点接收基准时间；3)发送成功同步帧后,设定数据接收时间。若是超时,则表明接收完毕；反之，则继续接收子节点数据。根节点整体软件设计流程图如图8 所示。3.4.2子节点软件设计网络中的子节点需要执行同步帧接收和数据发送两个任务。为了实现子节点依次轮流使用信道，在接收到同步帧后，分配对应的子时隙。子节点整体软件设计流程如图9 所示，具体步骤如下：1)子节点首先执行数据帧初始化,随即进入监听状态，一旦监听到同步帧，将同步顿通过串口发出，解析数据包获取子节点数量、发送周期、最大的子数M,通过式(1 6)计算出时隙；2)完成时钟同步后，子节点根据时隙调度依次在相应的时隙内发送数据顿；3)发送完数据后进入休眠低功耗状态，在执行至第M次发送时，根据子帧空闲时间计算出下一次同步顿接收开启时间,即转至步骤1)；否则,转向步骤2)。3.4.3运行情况将节点软件中的参数先后设置为3.3节仿真的几组参数值进行分别测试，并利用串口调试助手接收节点上传的数据帧，通过对长时间运行的情况进行分析，可以发现：1)时隙仿真“测试一”参数设置情况下，根节点接收到子节点数据均正确，即未出现任何两个子节点的时隙相互重叠冲突现象；2)时隙仿真“测试1”“测试2 参数设置情况下，会出现两个子节点的时隙相互重叠冲突现象,且“测试3”中冲突均出第1 期表2 子时隙仿真测试结果测试次数测试1500测试2500测试3500表3同步顿真测试结果测试次数测试1100测试210093测试结果无异常2次异常1次异常测试结果无异常3次异常2024年1 月以当前射频时间为接收开启基准时间发送同步顿射频接收设定接收数据N接收时间结束浙江万里学院学报开始同步顿初始化射频配置开始数据顿初始化射频配置Rx监听N收到同步顿Y工解析同步顿Y分配子时隙休眠等待时隙发送数据支NM顿发送完Y工等待同步时隙图8 根节点软件流程框图现在长帧的最后一个子顿;3)在同步测试情况下,如果设置参数为式(1 2)推导出的值,未出现越界的情形；但当保护间隔减少时，会出现子节点无法接收到同步帧的现象。与传统的每个子均需同步相比，能有效地减少同步顿带来的子节点监听唤醒次数,监听同步顿所需能量只有原来的1/6 2 0,即节省了6 1 9/6 2 0 的能量。4结语传统的TDMA每隔一个固定时间均需要根节点发送同步顿，子节点需要提前进入接收状态进行接收，以便时钟同步,但频繁的同步操作会显著提高子节点的能耗,影响子节点生命周期。文章构建了一种低能耗的时钟同步模型,模型中整个时间轴由长顿组成，每个长顿包含一个同步顿与多个子帧,每个子帧由所有子节点绑定的子时隙构成。在分析数据帧收发过程的基础上,构建了含有保护间隔与空闲时长的长顿结构。根据实际应用中子节点固定周期上传数据的特点，通过在子时隙首尾部添加保护间隔以及在子顿尾部添加空闲时长，推导出一个长帧中子顿数量最大值M的计算公式，即得出同步顿最大的发送周期，将子节点接收同步顿所需的能耗降低到1/M，特别适合子节点必须是电池供电的场合，如库存管理中电池供电的有源电子标签。最后通过仿真测试和实际运行，验证了文章提出的低能耗时钟同步机制，能最大限度地增大节点需要同步的间隔,降低子节点唤醒的频率。当然，文章提出的同步机制在实际应用时与传统方式一样会受到环境因素的干扰，造成子节点可能接收不到根节点发出的同步顿而无法上传数据，此时需要对网络系统再次进行同步，如何实现快速的重新同步可作为下一步研究的方向。图9 子节点软件流程框图参考文献：1刘韬,陈毅红，谭颖，等。基于无线传感器网络的分布式时分多址调度策略J.计算机应用,2 0 1 4(1):8-1 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several sub-frames,each sub-frame is composed of the sub-time slots bound by all the sub-nodes.The root nodesends a synchronization frame at the beginning of a long frame,which causing all child nodes tosynchronize their clocks.The corresponding protection interval is increased for each sub-slot,whicheffectively avoids the interaction between the sub-nodes due to clock drift,thus maximizing the numberof sub-frames in the long frame and reducing the frequency of the sub-nodes waking up for synchronization.From the perspective of receiving synchronous frames,the energy consumption of sub-nodes is greatlyreduced by comparison with traditional TDMA in which each sub-frame needs to be synchronized.Finally,under the assumption that the crystal frequency error is normally distributed,MATLAB simulation is usedto verify the correctness of the formula of the low-energy synchronization model,and the simulation isapplied to the star network constructed by CC1310 device.Key Words:clock synchronization;time slot;protection interval;clock drift;low energy consumption（责任编辑：刘阳雄）95