分布式無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議設(shè)計(jì)與建模優(yōu)化.pdf

1、分布式無線網(wǎng)絡(luò)是由一系列地位完全平等的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的多跳、臨時(shí)性的自組織系統(tǒng),主要包括無線ad hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線Mesh網(wǎng)絡(luò)。分布式無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步是指網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)采用分布式的方法調(diào)整各自的時(shí)鐘時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)間的統(tǒng)一。時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)可以保證網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成各種分布式的任務(wù),比如節(jié)點(diǎn)的周期休眠、基于時(shí)分多址的媒質(zhì)接入控制、各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)聚合等。因此,如何高效而準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間的同步成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界廣泛

2、關(guān)注的熱點(diǎn)研究問題。本文分別從互時(shí)間同步協(xié)議和主從時(shí)間同步協(xié)議兩方面進(jìn)行了研究,其中互時(shí)間同步協(xié)議被廣泛用于無線ad hoc網(wǎng)絡(luò),而主從時(shí)間同步協(xié)議則更多的應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。圍繞該研究目標(biāo),本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)在現(xiàn)有互時(shí)間同步協(xié)議的研究基礎(chǔ)上,首先給出了新的信標(biāo)幀競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。該機(jī)制采用完全分布式的方法,保證每個(gè)信標(biāo)周期內(nèi)至少完成一次信標(biāo)幀的成功傳輸。然后指出,退避參數(shù)W的取值對(duì)互時(shí)間同步的性能有重要影響。最后針對(duì)互

3、時(shí)間同步的過程,提出了一種二維馬爾科夫鏈模型,用于分析給定網(wǎng)絡(luò)規(guī)模條件下節(jié)點(diǎn)成功完成信標(biāo)幀傳輸需要的時(shí)間與退避參數(shù)W的定量關(guān)系。通過模型的求解,即可得到在每個(gè)信標(biāo)周期內(nèi)使得互時(shí)間同步性能最優(yōu)的退避參數(shù)W的值。模型求解得到的理論結(jié)果與EXata網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境下的仿真結(jié)果的比較證明了該模型的有效性。
　　(2)在對(duì)現(xiàn)有的三種主從時(shí)間同步協(xié)議進(jìn)行介紹和對(duì)比之后,首先指出基于雙向同步報(bào)文交換實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的協(xié)議具有更加廣闊的應(yīng)用價(jià)值,然后分析

4、了TPSN在處理同步報(bào)文沖突方法上的不足之處,進(jìn)而提出了一種高效沖突避免的主從時(shí)間同步協(xié)議。該協(xié)議將全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建成一個(gè)樹狀分層結(jié)構(gòu),并由主節(jié)點(diǎn)通過廣播req_syn報(bào)文發(fā)起每個(gè)同步周期內(nèi)的時(shí)間同步過程。針對(duì)子節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答過程,提出了一種二維馬爾科夫鏈模型來分析子節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)窗口的取值對(duì)回復(fù)過程完成時(shí)間的影響。通過模型的求解,即可得到在競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量一定的情況下,子節(jié)點(diǎn)回復(fù)rep_syn報(bào)文的最優(yōu)競(jìng)爭(zhēng)窗口的值。父節(jié)點(diǎn)收到所有子節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答后,再次通