無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗時間同步技術(shù)的研究.pdf

1、時間同步是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)的一項關(guān)鍵技術(shù),它為分布式系統(tǒng)提供了一個共同的時間基準(zhǔn),在數(shù)據(jù)融合、功率管理、傳輸調(diào)度、定位跟蹤等方面都具有重要意義。因此,時間同步已成為研究的熱點話題之一。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署之后,網(wǎng)絡(luò)的壽命很大程度上取決于電池的壽命。在實際無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,通常節(jié)點不易收回,因此能源是一種稀缺資源。能量效率是設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議時應(yīng)該優(yōu)先考慮的主要

2、因素,因此本文深入研究了低能耗的時間同步問題。本文的主要工作如下:
　　(1)分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和時間同步的基本理論,對目前經(jīng)典的時間同步算法進行了分析與比較,為后續(xù)的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　(2)運用最大似然估計原理,提出了一種時鐘頻率偏移補償方法。針對現(xiàn)有的基于發(fā)送端接收端雙向時間同步的模型(例如TPSN算法等),都未考慮時鐘頻率偏移補償問題,導(dǎo)致同步精度較低。本文通過將網(wǎng)絡(luò)延遲建模為指數(shù)

3、延遲模型,并對雙向交換中第一個和最后一個的同步信標(biāo)分組的時間戳進行采樣,計算出時鐘頻率偏移和時鐘偏移,提高了時間同步精度,延長了同步周期。
　　(3)針對時間同步中的時間間隔、節(jié)點間雙向同步時交換的同步信標(biāo)數(shù)目、以及同步模式的選擇等問題,提出了一種低能耗的多跳自適應(yīng)時間同步算法( MATS:Multi-hop Adaptive Time Synchronization)。該算法設(shè)計了一套靈活的機制來調(diào)整同步模式、全網(wǎng)重同步周期以及

4、每對節(jié)點同步時的信標(biāo)數(shù),并給出了對應(yīng)的量化模型,同時對節(jié)點的時鐘頻率偏移和時鐘偏移進行估計,實現(xiàn)了用較小的能量損耗完成長期的、全網(wǎng)的時間同步的目標(biāo)。
　　(4)對上述提出的MATS算法在同步精度和能耗方面的影響因素進行了分析,并給出了幾種主要節(jié)能策略。同時,對MATS算法的同步誤差和能量消耗與TPSN算法進行了實驗比較,理論與仿真結(jié)果表明:MATS算法在同步精度和同步能耗上都是優(yōu)于TPSN算法的。
　　對時間同步協(xié)議的設(shè)計是