无线传感器网络中时间同步算法的研究

论文摘要

无线传感器网络(WSN)包含大量的无线传感器节点,具有计算、通信以及感知等能力。精确的时间同步是很多WSN应用的关键组成部分。在过去的大多数时间同步算法中,普通节点通常将时钟与参考节点(或根节点)同步。这非常容易被意外事件所干扰(例如:环路失效或节点毁坏)。本文中,基于对ATSP算法的改进,提出了一种同步所有节点时钟到它们的平均值的算法——IATS算法。在本文中,有三个主要的创新,列举如下:第一,在IATS算法中采用了ROS(仅接收同步)方法,减少了报文发送量,同时也降低了全网时间同步的能耗。第二,IATS算法采用了基于扩散的方法,使采用ROS同步的节点数目达到最大,并把本地同步扩展到全网范围的时间同步。第三,IATS算法允许相邻节点通过估计相对时钟偏移和漂移彼此进行相对同步。在高斯分布延迟下,最大似然估计(MLE)可同时估计时钟偏移和漂移。这种联合时钟偏移和漂移校正机制极大地缩短了时间同步的周期,这是全网同步中降低能耗的重要因素。本文中新颖的想法和方法,已经通过系统的分析和仿真得到了研究和证实,显示了算法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 论文主要创新点
• 1.3 论文组织结构
• 第二章 无线传感器网络及其时间同步概述
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络系统及协议栈
• 2.1.2 无线传感器网络的特点
• 2.1.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.2 无线传感器的时间同步概述
• 2.2.1 时间同步简介
• 2.2.2 时间同步的分类
• 2.2.3 时钟模型介绍
• 2.2.4 面临的挑战
• 2.3 本章小结
• 第三章 传统时间同步算法的研究
• 3.1 双向报文交换模式
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 传感器网络时间同步协议（TPSN）
• Sync 和Mini_Sync 同步算法（TS/MS）'>3.1.3 Tiny_Sync 和Mini_Sync 同步算法（TS/MS）
• 3.2 单向报文传递模式
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 泛洪时间同步协议（FTSP）
• 3.2.3 延迟测量时间同步（DMTS）
• 3.3 接收者/接收者同步模式
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 参考广播同步（RBS）
• 3.4 时间同步算法分析比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 优化的平均时间同步算法
• 4.1 平均时间同步算法介绍
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 平均时间同步的定义
• 4.1.3 ATSP 的同步机制
• 4.1.4 ATSP 的扩散机制
• 4.1.5 ATSP 的特性和缺陷
• 4.2 ROS 模式改进算法
• 4.2.1 ROS 模式简介
• 4.2.2 基于ROS 模式的平均时间同步
• 4.3 IATS 算法的提出
• 4.3.1 改进的扩散机制
• 4.3.2 IATS 算法描述
• 4.4 时钟偏移和漂移的估计
• 4.4.1 时钟偏移的最大似然估计
• 4.4.2 时钟偏移和漂移的联合最大似然估计
• 4.5 仿真结果分析
• 4.5.2 同步能耗
• 4.5.3 同步周期
• 4.5.4 同步精度
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.1.1 论文的工作总结
• 5.1.2 论文的创新性总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 图表清单
• 参考文献