3 时间同步协议设计与实现
在多参数采集传感器节点协同工作的可穿戴式监护系统中，分布式采样、集中式信号处理与数据融合、有效的通信信道共享和传感器节点需要可行的时间同步机制。现有的时间同步协议包括参考广播同步(RBS)、延迟澳4量时间同步(DMTS)、传感器网络同步协议(TPSN)和洪泛时间同步协议(FTSP)等。综合考虑系统的鲁棒性、稳定性、收敛性和计算复杂性等因素，本设备选用洪泛时问同步协议FTSP进行设计和实现。FTSP动态地选择一个根节点，周期性地发送时间同步消息，当一个节点接收到时间同步消息，它重新广播这个消息，使时间同步消息泛洪整个网络。该协议还用线性回归来估计时钟漂移，通过在MAC层插入时间信息以改进同步精度。
在如图1中，主节点(协调器)作为标准时间源，应该注意，当时间产生并加入到消息中时，该消息已经开始发送了。当一个信标帧被发送时，处理器把整个帧载人发送FIFO，接着使能发送。然而，信标帧必定包含该帧开始发送后产生的时间。因此，在主节点发送信标帧的过程中，当产生SFD中断时，就提取出捕获计时器值并转换成全局时间。该全局时间通过RAM(随机)的读写方式插入到正在发送的FIFO发送队列中。这个过程必须足够快地完成，以保证整个信标帧正确发送。如果处理太慢，发送FIFO会向下溢出，发送消息失败。
时间同步协议软件的测试连接图如图11所示。主控节点和传感器节点被连接到一个公共的有线信号上，这个信号又连接到MSP430的带计时器捕获周期性地发送一个包含时间信息的信标帧给从节点来维持网络同步通信。在协议软件实现时，需要对FTSP进行简化，采用ZigBee星型网络拓扑结构对时间同步所需的计算资源进行最小化处理。Zig-Bee消息的时间固定点选择为帧起始限定符(SFD)。参考图3中的CC2420射频收发器与微控制器接口对应管脚的高低电平，图1O显示了IEEE802.15.4物理帧格式l和时间信息获取过程。主节点无线收发器发送一个信号给控制器，指示SFD字节已被接收或发送。一旦SFD字节被发送，无线收发器驱动SFD管脚，向微处理器提出中断要求，并启动时间捕获。这样，微处理器在SFD字节被发送后可立即获得一个时间点，并将该时间插入到当前的时间同步消息中去。同样，当接收器接收到SFD，也随即产生一个本地时间信息，并把它和时间同步消息一起存储。微控制器通过比较两个时间信息，可以确定本地时间和全网时间的偏移量，并调整本地时钟与主节点(协调器)全局时钟保持一致。
能力的数字I/0端口。每次当公共信号状态改变时，所有节点各自报告它们的全局时间信息。通过比较主处理器与从节点的时间信息，可确定从节点时间的绝对误差，从而修正同步精度。
表1给出了十六进制数据表示的时间同步测试结果。表中，左边三个两位十六进制数分别表示小时、分钟和秒，接着两个两位十六进制数表示毫秒，最右边的两位十六进制数以10微秒为单位。从表中可以看出：当同步校正间隔约为1s时，以约100mS的频度中断一次进行同步测试，其最大时间同步误差为50us。显然，时间同步精度满足设计要求。在时间同步测试过程中还发现：提高同步消息发送的频率，网络节点时间与全网时间可维持更好的同步。
