分布式無線網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議設(shè)計與建模優(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節(jié)點組成的多跳、臨時性的自組織系統(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)時間同步是指網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點采用分布式的方法調(diào)整各自的時鐘時間,從而實現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)點時間的統(tǒng)一。時間同步的實現(xiàn)可以保證網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點協(xié)同完成各種分布式的任務(wù),比如節(jié)點的周期休眠、基于時分多址的媒質(zhì)接入控制、各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)聚合等。因此,如何高效而準確的實現(xiàn)全網(wǎng)時間的同步成為了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界廣泛

2、關(guān)注的熱點研究問題。本文分別從互時間同步協(xié)議和主從時間同步協(xié)議兩方面進行了研究,其中互時間同步協(xié)議被廣泛用于無線ad hoc網(wǎng)絡(luò),而主從時間同步協(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,本文的主要創(chuàng)新點包括:
　　(1)在現(xiàn)有互時間同步協(xié)議的研究基礎(chǔ)上,首先給出了新的信標幀競爭機制。該機制采用完全分布式的方法,保證每個信標周期內(nèi)至少完成一次信標幀的成功傳輸。然后指出,退避參數(shù)W的取值對互時間同步的性能有重要影響。最后針對互

3、時間同步的過程,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)點成功完成信標幀傳輸需要的時間與退避參數(shù)W的定量關(guān)系。通過模型的求解,即可得到在每個信標周期內(nèi)使得互時間同步性能最優(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)在對現(xiàn)有的三種主從時間同步協(xié)議進行介紹和對比之后,首先指出基于雙向同步報文交換實現(xiàn)時間同步的協(xié)議具有更加廣闊的應(yīng)用價值,然后分析

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