煤矿井下物联网感知层时间同步技术综述

袁亮， 陈珍萍

(1.安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001；2.苏州科技大学 电子与信息学院，江苏 苏州 215009)

0 引言

物联网感知技术是智能矿山应用服务的基础，是实现智能矿山建设需要首先突破的课题[1]。煤矿井下物联网感知的诸多应用，如节点定位、数据融合等，都要求参与的节点拥有一致的时间，因此，精确时间同步是矿山协同检测的前提，是实现智能矿山的时间基础[2]。

煤矿井下空间的诸多特性，如地形狭窄冗长、巷道表面不平整等，会造成同步误差累积效应大、信号传输可靠性差，给无线节点间时间同步技术研究带来了很大挑战。本文在分析现有物联网感知层时间同步方法的基础上，阐明了煤矿井下物联网感知层对时间同步性能的特殊需求；给出了煤矿井下物联网时间同步方法的研究进展；从层次型拓扑动态构建、实时同步方法引入和虚拟通信链接构造等角度，展望了煤矿井下物联网感知层时间同步的研究方向。

1 物联网感知层时间同步基础

1.1 节点时钟模型

(1)

网络中节点的本地时钟τi(t)不能随意调整[4]。在设计时间同步方法时，需要为节点设置虚拟时钟，并建立其与本地时钟τi(t)的映射关系：

Ti(t)=αi(t)τi(t)+βi(t)=ωi(t)t+φi(t)

(2)

式中：Ti(t)为节点i在标准UTC(协调世界时)时间t时刻的本地虚拟时钟值；αi(t)和βi(t)为调整系数;ωi(t),φi(t)分别为Ti(t)相对于真实时间t的速率和相位。

通过改变αi(t)和βi(t)的值，可以调整ωi(t)和Ti(t)，从而达到校正虚拟时钟的目的。

1.2 同步信息交换模型

为实现感知层时间同步，需要在节点间进行时间信息传输，估计出节点间的频率和相位差异，并对自身的虚拟时钟进行调整，进而实现所有节点在虚拟时钟上的同步。……