無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)作時間同步機制研究.pdf

1、隨著微電子機械系統(tǒng)、無線通信和低功耗嵌入式技術的快速發(fā)展，具有低成本、低功耗和多功能的無線傳感器網(wǎng)絡(WSN:Wireless Sensor Network)得到了快速發(fā)展，并在國防軍事、災害預測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境科學和日常生活等領域展現(xiàn)出巨大的應用前景。然而無線傳感器網(wǎng)絡的實際應用卻面臨著諸多挑戰(zhàn)，如時間同步問題。在無線傳感器網(wǎng)絡中，大量的應用都要求傳感器節(jié)點時間保持一致。因此，如何在能量有限且惡劣的無線信道條件和時變的拓撲環(huán)

2、境中，為無線傳感器網(wǎng)絡提供滿足應用需求的時間同步算法具有重要的意義?，F(xiàn)有的時間同步算法一般只是針對普通無線傳感器網(wǎng)絡同步精度和同步能耗的需求，無法適用于數(shù)據(jù)量大、對網(wǎng)絡性能要求較高的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡。因此為了解決大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡同步精度低、可擴展性差的問題，必須制定一個兼顧高同步精度和良好擴展性的時間同步算法。
　　本文摒棄了典型時間同步算法的思想，采用新型的時間同步機制，設計一種基于脈沖耦合和分布式擴散相結合的時間同步協(xié)

3、議。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡時間同步技術的國內(nèi)外研究動態(tài)和相關理論知識，全面分析和總結了現(xiàn)有時間同步協(xié)議的優(yōu)缺點，為下文的同步算法設計做好理論基礎。其次借鑒生物學中的螢火蟲同步思想，研究應用于無線傳感器網(wǎng)絡的螢火蟲同步算法，重點闡述了M&S模型和 RFA算法，在此基礎上通過引入后相應窗口和分布式序列對RFA算法進行了優(yōu)化改進，并且進行了仿真實驗。最后設計一種基于脈沖耦合和分布式擴散相結合的協(xié)作時間同步協(xié)議PCODD，將同步分為時鐘節(jié)拍同

4、步和時間同步兩個階段。時鐘節(jié)拍同步階段，通過脈沖信號耦合來改變節(jié)點相位實現(xiàn)節(jié)拍同步；時間同步階段，基于雙向信息交換模式，把主節(jié)點域的平均時間擴散有限的跳數(shù)，采用互擴散使節(jié)點時間近似同步到網(wǎng)絡節(jié)點的平均時間上實現(xiàn)時間同步。優(yōu)化設計完成后，將 N-RFA算法和 PCODD算法在 Matlab仿真平臺上進行了仿真實現(xiàn)。仿真結果表明，PCODD算法在不同的網(wǎng)絡規(guī)模中均能獲得接近百微秒的同步精度，并且具有較短的收斂時間、低同步誤差、低數(shù)據(jù)包交換的