無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時間同步算法的分析與研究.pdf

1、時間同步是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)重要的支撐技術(shù)，在很多的協(xié)議以及應(yīng)用場景中都需要時間同步。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)的能耗、通信、體積等方面有著特殊的要求，以及在分布式處理?xiàng)l件下的限制，一些傳統(tǒng)的時間同步算法如NTP和GPS并不適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此需要研究適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步算法，并且該領(lǐng)域在國內(nèi)外得到了廣泛的關(guān)注。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步的研究主要集中在三個方面，一是采用統(tǒng)計學(xué)分析方法進(jìn)一步提高現(xiàn)有算法的同步精度;二是采用不同

2、時間消息交換方法，達(dá)到降低能耗的目的;三是跳出傳統(tǒng)算法的思路，研究新型的傳感器同步機(jī)制。
　　本文通過選取具有代表性的新型時間同步算法—螢火蟲同步算法，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步的研究提供了新的思路。首先對傳統(tǒng)的螢火蟲同步算法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其存在算法在穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性方面仍然存在不足。對傳統(tǒng)的RFA進(jìn)行了改進(jìn)，提出了加窗算法RFAwithLSW。仿真結(jié)果證明了相比較于原始的RFA算法，RFAwithLSW算法在網(wǎng)絡(luò)同步收斂速率方面

3、得到了一定程度的優(yōu)化，同時同步過程中產(chǎn)生的Fire分組數(shù)目也在一定程度上減少，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載減輕。
　　為了改進(jìn)算法的性能，本文提出了一種分簇型螢火蟲同步算法CFSA(ClusteringFireflySynchronizationAlgorithm)。按照自然界螢火蟲閃爍的實(shí)際意義來說，閃爍亮度較高的個體總是能吸引更多的其他個體，從而對閃爍事件進(jìn)行協(xié)調(diào)一致。該算法不僅保留了原始螢火蟲同步算法的一些優(yōu)點(diǎn)，同時通過基于初始相位進(jìn)行分簇，

4、促使了其他節(jié)點(diǎn)更快的協(xié)調(diào)與追趕，使得整個網(wǎng)絡(luò)的同步變得有針對性和方向性，并且減少了同步事件的不確定性。通過仿真驗(yàn)證了CFSA在網(wǎng)絡(luò)同步收斂速率和報文負(fù)載兩方面的改善。
　　由于算法的實(shí)現(xiàn)基于理想的脈沖耦合振蕩器假設(shè)之上，并未考慮到不同節(jié)點(diǎn)之間的晶振頻率存在差異的實(shí)際情況，因此本文提出了一個改進(jìn)的耦合振蕩器模型。通過數(shù)學(xué)分析的結(jié)果，從理論上證明了在不同頻率下，兩個節(jié)點(diǎn)之間也能達(dá)到時間同步，并且可以保持同步的狀態(tài)，同時給出了瞬時同步條