论文摘要
分布式普适系统（Distributed Pervasive System）是具有高度动态性且可以应用于各类行业的分布式系统。不同于传统的分布式系统,在典型的分布式普适系统——WSNs（Wireless Sensor Networks）中,各个结点的需求是不断变化且不可预测的,这就要求系统可以动态地适应结点不断变化的需求,特别是无线传感器网络中新出现的多节点的时分多址技术和数据融合技术,对WSNs下的时间同步机制提出了更高的要求。自从Elson等人于2002年提出并阐述了无线传感器网络中的时间同步的研究课题以来,许多大学和科研机构提出了多种时间同步机制。这些机制主要可分为单向广播模式和双向交互模式。在比较典型的同步机制中,RBS和FTSP属于单向广播模式,TPSN,LTS和TS/MS属于双向交互模式。然而,这两种模式都有各自的缺点。基于这个问题,Bondavalli等人在2007年提出了SAClock作为一种在分布式普适系统中的同步架构,SAClock用一种类似时钟代理的方式,比较好的解决了在分布式普适系统中的能耗和同步精确度的问题,但SAClock方法存在一些值得改进的地方。基于以上的理论,本文提出一种GSAClock（Group Self-aware Clock）架构,这种方法是建立在节点分组技术和同步代理技术基础之上的时钟同步机制,能够进一步降低分布式普适系统的能耗,提高时钟同步效率。具体来说,为了解决类似FTSP算法中节点线性回归算法能耗过大的问题,GSAClock架构设计出一种较为合理的结构,在局域网的条件下,选取局域网的一台机器作为时钟同步代理节点,由这个节点统筹局域网的同步工作,成倍地减小封包交换量的同时也有利于节点的动态加入和移除。FTSP算法中,每个节点的计算任务在自己的CPU内处理,GSAClock架构引入了计算反转的思想,将相对偏移量和相对偏移量的计算交给代理节点处理,节省了其他节点的能耗,消除了通讯冗余和计算冗余,同时GSAClock架构引入一个基于贝叶斯模型的过滤器,过滤掉那部分偏差的数据。实验证明,GSAClock在同步能耗和精确度方面的表现均优于RBS、FTSP等著名算法。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 研究背景1.2 国内外发展现状及课题选型1.3 本文目标和研究方法1.4 课题主要工作1.5 本文内容安排1.6 本章小结第二章 背景知识2.1 无线传感器网络的体系结构2.2 无线传感器网络的特点2.2.1 节点计算能力、存储容量和通信能力等方面有限2.2.2 无线传感器网络节点的电池能量有限2.2.3 无线传感器网络是无中心、自组织网络2.2.4 无线传感器网络节点数量大、密度高2.2.5 多跳路由2.2.6 以数据为中心的网络2.3 石英晶体振荡器简介2.3.1 石英晶体振荡器的基本原理2.3.2 石英晶体振荡器类型特点2.3.3 石英晶体振荡器的主要参数2.4 时钟模型2.4.1 石英晶体振荡器与时钟2.4.2 本地时钟和软件时钟2.4.3 晶体振动速率恒定假设2.5 时钟同步的概念2.6 操作系统对时间的表示2.6.1 基本概念2.6.2 内核相关数据结构2.7 NTP 同步算法2.7.1 NTP 同步算法的特点2.7.2 实现方式2.7.3 工作模式2.7.4 NTP 协议在无线传感器网络中的缺陷2.8 本章小结第三章 典型的同步算法及误差分析3.1 单向广播模式3.1.1 单向广播同步模式存在的问题3.2 双向交互模式3.3 同步算法的误差来源3.3.1 典型的5 种误差3.3.2 同步算法与误差的关系3.3.3 无线传感器网络的数据传输过程3.3.4 MAC 层加盖时间戳的办法3.4 本章小结第四章 GSAClock 架构4.1 时钟代理节点4.2 计算反转4.3 按需同步法（时间修正）4.4 大数定律4.5 过滤器4.5.1 过滤器模型一4.5.2 过滤器模型二4.5.3 过滤器模型三4.5.4 过滤器模型四（贝叶斯过滤模型）4.5.5 参数的确定4.6 同步偏差表4.7 报文规范4.8 同步策略4.8.1 紧密同步模式4.8.2 按需同步模式4.8.3 事后同步（估算）模式4.9 本章小结第五章 相关实验5.1 过滤器实验5.2 无线传感器网络实验平台的发展历史5.3 本实验用到的平台5.4 TINYOS 的特点5.5 MICA2 平台实验5.6 PC 平台实验5.7 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间取得的研究成果致谢
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标签：无线传感器网络论文; 时间同步论文; 架构论文; 同步代理节点论文; 计算反转论文;
