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2．2 TPSN时钟同步算法的实现
TPSN算法是通过多级的逐步同步，能够实现全网范围内的节点的时钟同步，在多跳网络中非常适用。其会在整个网络中选择一个根节点(设计中使用协调器作为根节点)，由根节点提供整个网络中的时钟源，它采用的是层次型的网络结构，其实现过程主要分为两个阶段：层次发现阶段和同步阶段。
在层次划分阶段主要进行的是对整个网络的节点进行层次划分，分为0～n个层次，其简要结构如图3所示。
其中根节点一般定义为0级，它在时钟同步阶段的作用是广播分组数据包，通过广播的方法给每个节点分配一个层次号(不惟一)和ID号(惟一)。根节点的相邻节点在收到分级的数据包后，会把自己的同步级别设置为1级。然后这个1级节点会继续广播分级数据包，其他的节点按照这个发放依次确定自己的级别，一直到网络中的所有节点都设置了自己的级别，这个过程就完成了层次发现的阶段。
第二阶段为同步阶段，该阶段的主要任务是层次结构建立以后根节点通过广播时间同步分组启动同步阶段。以根节点和1级节点进行时间同步为例子来介绍同步阶段的整个过程。根节点和1级节点在进行时间同步是通过两个节点之间的双向信息的交换来实现的。其整个过程如图4所示。
层次结构建立后，根节点通过广播时间同步分组启动同步阶段，其中同步分组中包含有根节点的等级和发送信息报的本地时间T1。第1级节点在收到这个分组以后首先会检查该信息包中的节点信息是否和其父节点即根节点的节点信息一致，如果一致则记录收到该包时的时间为T2，否则丢掉这个同步包，然后1级节点在T3时刻发送应答分组给根节点，分组中含有1级节点的级别和T1，T2及T3的信息，根节点在T4时刻收到应答帧，因此可以推出以下公式：
式中：△为根节点和1级节点之间的时间偏差；d为根节点和1级节点之间的传输时延，假设其双向之间的传输时延相同。当1级节点收到根节点发送的同步信息报SYNC后，其中包含T1和T4，它根据式(2)就能计算时间偏差△和传输时延d，然后将自己的时钟和根节点进行同步。
3 同步唤醒算法的研究与设计
3．1 问题的提出
本项目中利用无线传感器网络对擦窗机钢丝绳运行过程中的状态进行实时监测，提高擦窗机在运行中的安全性。但是由于擦窗机运行场景的特殊性及无线传感器网络穿墙能力的有限性，位于大楼不同楼面上的传感器节点在擦窗机不在该楼面施工时，该节点是不会参与到数据的转发过程中的，为了节省整个网络的能量及延长整个网络的生命周期，此时这些节点的运行是没有必要的，为了减少网络能量消耗应使其处于低功耗模式。
3．2 系统功耗模式
本设计采用CC2530单片机，其共有五种工作模式，分别为主动模式、空闲模式、PM1、PM2和PM3。主动模式为一般模式，PM3具有最低的功耗。其不同的供电模式对系统的影响如表1所示。
主动模式为全功能模式，空闲模式除了CPU内核停止运行，其他和主动模式是一样的。PM1模式适用于相当短时间内的休眠时间。PM2模式适用于相当长时间内的休眠事件，特别是用于休眠定时状态。在PM1和PM2模式中，系统可以通过重置或者一个外部中断或者休眠定时唤醒转入主动模式。PM3模式只能通过重置或者一个外部中断转入主动模式。在本设计中选择PM2模式为低功耗模式，虽然PM3模式功耗最小，但是PM3模式必须通过外部中断或重置才能重新进行数据收发工作，这在无线传感器网络应用中十分不实际。因为本设计的节点很多都处于楼层高处或外表面，无法通过采用外部中断的方式进行唤醒。 |
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