無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)鐘同步技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、由于成本低、覆蓋范圍廣、低功耗的特點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在眾多領(lǐng)域，如環(huán)境監(jiān)控、國(guó)防軍事、醫(yī)療健康、家庭護(hù)理等。
　　時(shí)鐘同步技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中必不可少的支撐技術(shù)之一。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要依賴所有的傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作來(lái)完成系統(tǒng)的功能，例如節(jié)點(diǎn)定位、數(shù)據(jù)融合、TDMA調(diào)度、協(xié)同睡眠等，其中都以節(jié)點(diǎn)精準(zhǔn)的時(shí)間同步為基礎(chǔ)。本課題主要針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法進(jìn)行研究，所做工作從以下幾方面展開：
　　首先，介紹了課題研

2、究的背景及意義；對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和面臨的挑戰(zhàn)等知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹；具體介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)的理論，對(duì)目前具有代表性的幾種時(shí)鐘同步算法進(jìn)行了分析、總結(jié)。
　　其次，介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)算法，通過(guò)對(duì)TPSN算法的誤差進(jìn)行分析，提出改進(jìn)的TPSN-B算法。研究表明，消息傳遞時(shí)延引起的誤差服從期望為0的正態(tài)分布，從而對(duì)

3、接收時(shí)間進(jìn)行貝葉斯估計(jì)，得到更加準(zhǔn)確的接收時(shí)間。TPSN-B算法沒有改變TPSN算法的信息包傳輸機(jī)制，只是在對(duì)接收時(shí)間建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)果的優(yōu)化，消耗的能量可以忽略。OMNeT++仿真結(jié)果表明，在不影響能耗的前提下，經(jīng)過(guò)貝葉斯估計(jì)改進(jìn)得到的TPSN-B算法和TPSN算法相比，有效的減小了時(shí)鐘同步的誤差，得到更為精確的時(shí)間偏差。
　　最后，在 TPSN-B算法的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步改進(jìn)。導(dǎo)致時(shí)間同步存在誤差的兩個(gè)主要來(lái)源是信息傳輸

4、延遲和晶體振蕩器頻率的不穩(wěn)定。TPSN-B算法是針對(duì)信息傳輸延遲所做的改進(jìn)，沒有考慮晶體振蕩器頻率的不穩(wěn)定引起的時(shí)鐘漂移，因此需要節(jié)點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)不斷地進(jìn)行同步過(guò)程，這將消耗很多的帶寬和能量。本章提出的TPSN-L算法和TPSN-C算法分別采用最小二乘法和切比雪夫逼近算法來(lái)估計(jì)時(shí)鐘漂移率的值，節(jié)點(diǎn)可以在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)漂移率調(diào)整本地時(shí)間，而不需要不斷地進(jìn)行同步過(guò)程。仿真結(jié)果表示，改進(jìn)的TPSN-L算法、TPSN-C算法與TPSN-B相比，在不