無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)通常包含大量的自組織、多跳無線網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)點，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，在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、家庭護理等領(lǐng)域都顯示了廣闊的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個全新的領(lǐng)域，已經(jīng)引起了許多國家學術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，成為當前備受關(guān)注的研究熱點。 時間同步是任何分布式系統(tǒng)的重要組成部分，也是

2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項重要支撐技術(shù)，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和應(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、代價等因素都不適合傳感器網(wǎng)絡(luò)使用。由于傳感器節(jié)點受到成本、能量和體積的限制，因此就需要研究適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步方法。 本文是圍繞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步算法展開研究的。首先研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點結(jié)構(gòu)和特點，以及在實際中的應(yīng)用；然后詳細分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的必要性、同步原理、存在的挑戰(zhàn)性、算法的評價指

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

4、貝葉斯估計的先驗知識和后驗分布來減少同步誤差。通過使用 OPNET 仿真軟件進行實驗，分別在小規(guī)模和中規(guī)模網(wǎng)絡(luò)進行了仿真實驗，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RBS算法和BETS算法在各種同步應(yīng)用中做了詳細研究，并得出了兩種算法適合的應(yīng)用；對BETS算法的安全性做了深入研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步涉及多方面的因素，利用仿真軟件只能對算法在理論上進行驗證，應(yīng)該在實際的硬件平臺上對其進行驗證，最終的