传感器网络原理与应用VIP专享VIP免费

实用标准文档《传感器网络原理与应用》学习报告——时间同步技术学号：6141905039姓名：唐波专业：控制科学与工程一、时间同步基本概述1)时间同步概念时间同步是传感器网络技术研究领域里的一个新热点，它是无线传感器网络应用的重要组成部分，很多无线传感器网络的应用都要求传感器网络节点的时钟保持同步。在集中式管理的系统中，事件发生的顺序和时间都比较明确，没有必要进行时间同步。但在分布式系统中，不同节点都有自己的本地时钟。由于不同节点的晶振频率存在偏差，以及温度变化和电磁干扰等，即使在某个时刻所有节点都达到时间同步，他们的时间也会逐渐出现偏差。2)时间同步的意义在无线传感器网络的应用中，传感器节点将感知到的目标位置、时间等信息发送到传感器网络中的首领节点，首领节点在对不同传感器发送来的数据进行处理后便可获得目标的移动方向、速度等信息。为了能够正确地监测事件发生的次序，就要求传感器节点之间实现时间同步。在一些事件监测的应用中，事件自身的发生时间是相当重要的参数，这就要求每个传感器节点维持唯一的全局时间以实现整个网络的时间同步。3)时间同步算法优劣性判别标准实用标准文档无线传感器网络时间同步算法设计的目的是为网络中节点的本地时钟提供共同的时间戳。我们评价一个无线传感器网络时间同步算法的性能，主要包括了网络能量效率、可扩展性、精确度、健壮性、寿命、有效范围、成本和尺寸、及时性等指标。①能量效率。无线传感器网络的主要特点就是节点的能量受限问题，涉及的时间同步算法需以考虑节点有效的能量资源为前提。②可扩展性。无线传感器网络需要部署大量的传感器节点，时间同步方案应该有效扩展网络中节点的数目或者密度。③精确度。精确度的需要依赖于特殊的应用和时间同步的目的而有所不同，对某些应用，知道时间和消息的先后顺序就够了，而对某些其他的，则要求同步精度到微秒级。④健壮性。无线传感器网络可能在敌对区域长期无人管理，一旦某些节点失效，在余下的网络中，时间同步方案应该继续保持有效并且功能健全。⑤略。二、传统时间同步算法1)算法一：RBS时间同步机制RBS参考广播时间同步协议是2002年由J.Elson等人提出的基于接收者一接收者的时间同步。该协议利用了无线数据链路层信道的广播特性，一个节点发送广播消息，在无线传输范围内的一组节点可以认为是几乎同时接收到该广播消息，这就把消息延迟中非确定因素的最主要部分一发送时延和访问时延消除在外，如图1所示。然后接实用标准文档收到广播消息的这组节点通过交换各自接收到消息的本地时刻，计算时间差值，从而实现它们之间的时间同步。图1时间同步机制关键路径参考广播时间同步协议最简单的情形是两个节点单跳范围内的时间同步，其基本过程如图2所示。Step1：第三方节点广播一个信标分组，在其广播范围内的节点A和B都能够接收到这个分组；Step2：节点A和B根据自己的本地时钟记录收到该消息的时刻；Step3：节点A和B交换它们记录的信标分组的接收时间，节点A和节点B记录的接收时间的差值就是这两个节点之间的时间偏差；Step4：节点A和B中一个可以根据该差值更改它的本地时间，从而使得这两个接收节点的时间达到同步。图2RBS时间同步机制的基本过程实用标准文档优：RBS时间同步协议思路比较新颖，利用无线信道的广播特性来同步接收节点的时间，去除了时间同步误差中所有发送节点引入的误差，比采用往返时间的时间同步机制具有更高的精度。劣：RBS同步过程中需要第三方节点广播同步消息，随着传感器节点数量的增加，时间同步过程中的消息传递数量也会显著增长，因此也显著地消耗了节点能量。因此，RBS协议并不适用于规模较大的网络，扩展性较差，适用于构造局部时间，对于需要时间同步但不需要绝对时间的传感器网络应用非常有用。2)算法二：TPSN时间同步机制传感器网络时间同步协议TPSN是Ganeriwal等人提出的与传统网络NTP时间同步协议类似的无线传感器网络时间同步算法，它的目的是能够提供全网范围内节点间的时间同步，是基于发送者一接收者的双向时间同步算法的典型代表，属于类客户-服务器模式。TPSN协议采用层次型网络结构，假定网络中的...