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

1、時(shí)間同步是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),它為分布式系統(tǒng)提供了一個(gè)共同的時(shí)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(shí)間同步已成為研究的熱點(diǎn)話題之一。
　　無(wú)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(shí)際無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,通常節(jié)點(diǎn)不易收回,因此能源是一種稀缺資源。能量效率是設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議時(shí)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(shí)間同步問題。本文的主要工作如下:
　　(1)分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和時(shí)間同步的基本理論,對(duì)目前經(jīng)典的時(shí)間同步算法進(jìn)行了分析與比較,為后續(xù)的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　(2)運(yùn)用最大似然估計(jì)原理,提出了一種時(shí)鐘頻率偏移補(bǔ)償方法。針對(duì)現(xiàn)有的基于發(fā)送端接收端雙向時(shí)間同步的模型(例如TPSN算法等),都未考慮時(shí)鐘頻率偏移補(bǔ)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(duì)雙向交換中第一個(gè)和最后一個(gè)的同步信標(biāo)分組的時(shí)間戳進(jìn)行采樣,計(jì)算出時(shí)鐘頻率偏移和時(shí)鐘偏移,提高了時(shí)間同步精度,延長(zhǎng)了同步周期。
　　(3)針對(duì)時(shí)間同步中的時(shí)間間隔、節(jié)點(diǎn)間雙向同步時(shí)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(shí)間同步算法( MATS:Multi-hop Adaptive Time Synchronization)。該算法設(shè)計(jì)了一套靈活的機(jī)制來(lái)調(diào)整同步模式、全網(wǎng)重同步周期以及

4、每對(duì)節(jié)點(diǎn)同步時(shí)的信標(biāo)數(shù),并給出了對(duì)應(yīng)的量化模型,同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率偏移和時(shí)鐘偏移進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)了用較小的能量損耗完成長(zhǎng)期的、全網(wǎng)的時(shí)間同步的目標(biāo)。
　　(4)對(duì)上述提出的MATS算法在同步精度和能耗方面的影響因素進(jìn)行了分析,并給出了幾種主要節(jié)能策略。同時(shí),對(duì)MATS算法的同步誤差和能量消耗與TPSN算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(duì)時(shí)間同步協(xié)議的設(shè)計(jì)是