無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)通常包含大量的自組織、多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)點(diǎn)，集數(shù)據(jù)采集、融合處理和通信為一體的網(wǎng)絡(luò)，其具有組網(wǎng)快捷、靈活，且不受有線網(wǎng)絡(luò)約束的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、家庭護(hù)理等領(lǐng)域都顯示了廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)全新的領(lǐng)域，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，成為當(dāng)前備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。 時(shí)間同步是任何分布式系統(tǒng)的重要組成部分，也是

2、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用都是關(guān)鍵的。而傳統(tǒng)的同步方法NTP和GPS因復(fù)雜度、能量問題、代價(jià)等因素都不適合傳感器網(wǎng)絡(luò)使用。由于傳感器節(jié)點(diǎn)受到成本、能量和體積的限制，因此就需要研究適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步方法。 本文是圍繞無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法展開研究的。首先研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及在實(shí)際中的應(yīng)用；然后詳細(xì)分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的必要性、同步原理、存在的挑戰(zhàn)性、算法的評(píng)價(jià)指

3、標(biāo)以及設(shè)計(jì)要素。對(duì)現(xiàn)有的各種同步技術(shù)進(jìn)行了分類，并深入研究了一些有代表性的算法，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)和比較。在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合已存在的一種算法 RBS (Reference Broadcast Synchronization)，對(duì)其在多跳網(wǎng)絡(luò)中的同步進(jìn)行了優(yōu)化，得到一種新的時(shí)間同步算法——BETS算法。該算法是針對(duì)RBS算法在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳時(shí)間同步過程中，節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的不穩(wěn)定性，以及節(jié)點(diǎn)間消息交換延遲所引起的同步誤差，利用概率論中

4、貝葉斯估計(jì)的先驗(yàn)知識(shí)和后驗(yàn)分布來減少同步誤差。通過使用 OPNET 仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別在小規(guī)模和中規(guī)模網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示BETS算法在多跳網(wǎng)絡(luò)中比RBS算法的同步精度有了顯著的提高；并對(duì)RBS算法和BETS算法在各種同步應(yīng)用中做了詳細(xì)研究，并得出了兩種算法適合的應(yīng)用；對(duì)BETS算法的安全性做了深入研究。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步涉及多方面的因素，利用仿真軟件只能對(duì)算法在理論上進(jìn)行驗(yàn)證，應(yīng)該在實(shí)際的硬件平臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，最終的