無線傳感器wsn期末報告(編輯修改稿)
2025-08-31 01:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 定需要同步的時間，需要同步時，節(jié)點選擇距離自己最近的一個參考節(jié)點，并向其發(fā)出同步請求，然后參考節(jié)點向該節(jié)點的路徑上的節(jié)點逐對進行同步，直到該節(jié)點被同步。LTS算法與TPSN協(xié)議的區(qū)別在于，LTS算法中節(jié)點只與自己的父節(jié)點進行同步，其同步次數(shù)是路徑長度的線性函數(shù)，同時精度也隨路徑的長度線性降低，即在降低計算代價的同時降低了同步精度。參考廣播時鐘同步協(xié)議（RBS）用于傳感器網(wǎng)絡的時間同步協(xié)議可以看作是NTP在無線傳感器網(wǎng)絡上的改進版本，而無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳播介質(zhì)是無線信道，能否利用無線信道的廣播特性設計相關的時間同步算法呢？參考廣播時鐘同步協(xié)議所依據(jù)的就是這樣的算法。與用于傳感器網(wǎng)絡的時間同步協(xié)議不同，參考廣播時鐘同步協(xié)議不是去同步報文的收發(fā)雙方，而是去同步報文的多個接收者。如圖2的右圖所示：在由3個節(jié)點組成的單跳網(wǎng)絡中，參考節(jié)點每發(fā)出一個參考報文，其廣播域內(nèi)的其他接收者節(jié)點都將接收到該報文，并各自記錄下接收到該參考報文時的本地時刻。接收者們交換它們記錄的時刻并計算差值，該差值就是接收者之間的時鐘偏移。圖2發(fā)送者接收者同步機制與接收者接收者同步機制根據(jù)偏移信息可以實現(xiàn)發(fā)送者接收者同步，若能精確地估計出報文傳輸延遲，這種方法將能夠取得很高的精度。然而僅根據(jù)單個報文的傳輸很難準確地估計出傳輸延遲。圖2的左圖為發(fā)送者接收者同步機制。可以看出，發(fā)送者接收者同步機制的同步關鍵路徑為從發(fā)送方到接收方。關鍵路徑過長，導致傳輸延遲不確定性的增加，因此同步精度不可能很高。右圖則是接收者接收者同步機制，其關鍵路徑大為縮短，完全排除了發(fā)送時間和訪問時間的影響。（HRTS）基于雙向報文交換的用于傳感器網(wǎng)絡的時間同步協(xié)議具有同步精度高的優(yōu)點，但一次只能同步一對節(jié)點。n個節(jié)點的單跳網(wǎng)絡則需要n1次同步操作，同步功耗較大。參考廣播時鐘同步協(xié)議只需要一次同步過程就可完成一個單跳網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點間的同步，同步功耗降低，當然，同步精度也相對變差。層級時間同步協(xié)議[6]是一種結合用于傳感器網(wǎng)絡的時間同步協(xié)議和參考廣播時鐘同步協(xié)議思想的同步方法。圖3描述了層級時間同步的過程。假設單跳網(wǎng)絡有包含時間基準節(jié)點在內(nèi)的3個節(jié)點BS、n1和n2。同步步驟如下：步驟1：參見圖3，時間基準節(jié)點BS相當前面圖1中的A節(jié)點，按照與用于傳感器網(wǎng)絡的時間同步協(xié)議相同的同步方式，時間基準節(jié)點BS發(fā)出一個同步請求報文，該報文隨機指定一個鄰居節(jié)點（例如n1）作為應答者節(jié)點（即對應于圖1中的B節(jié)點）。同時n2也記錄下該報文的接收到時刻，記為。步驟2：與用于傳感器網(wǎng)絡的時間同步協(xié)議對同步方式相同，應答者節(jié)點n1向BS節(jié)點發(fā)一個同步應答報文，報文中包含了與。步驟3：現(xiàn)在BS節(jié)點已經(jīng)和n1節(jié)點進行了一次雙向報文交換，按照用于傳感器的時間同步協(xié)議，BS節(jié)點計算出它與n1節(jié)點之間的時鐘偏移?。圖3層級時間同步協(xié)議同步過程步驟4：BS節(jié)點發(fā)送一個包含?和信息的報文。步驟5：當nn2節(jié)點接收到該報文，對于應答者節(jié)點n1來說，只要將其本地時間減去?就達到與BS節(jié)點的瞬時同步。對于其他節(jié)點來說，只要在其本地時間加上?即可達到與BS節(jié)點間的瞬時同步。層級時間同步協(xié)議充分利用了無線傳輸?shù)膹V播特性來進一步降低LTS協(xié)議的同步功耗。和LTS協(xié)議不同，基本同步單元不再是廣度優(yōu)先生成樹的邊，而是廣度優(yōu)先生成樹中非葉子節(jié)點的單跳廣播區(qū)域。同步次數(shù)是廣度優(yōu)先生成樹非葉子節(jié)點個數(shù)的線性函數(shù)，因此降低了同步功耗。但在同步精度上，層級時間同步協(xié)議略遜于LTS協(xié)議。 TinySync/MiniSyncTinySync和MiniSync是兩種適用于無線傳感器網(wǎng)絡的輕量級時間同步算法。該算法基于一個假設：傳感器網(wǎng)絡中的時鐘頻率恒定且線性相關。即對于時鐘TT2有：其中a12為相對時鐘漂移，b12為相對時鐘偏移。算法采用雙向報文交換來估計相對時鐘漂移和相對時鐘偏移，如圖4所示：圖4TinySync和MiniSync的雙向報文交換首先節(jié)點1向節(jié)點2發(fā)送一個探測數(shù)據(jù)包，并加入發(fā)送時刻的本地時間To；節(jié)點2收到該數(shù)據(jù)包后，立即返回給節(jié)點1的一個數(shù)據(jù)包，其中包含收到探測數(shù)據(jù)包的本地時間Tb；最后，當節(jié)點1收到節(jié)點2發(fā)回的數(shù)據(jù)包時記錄本地時間Tr。通過這三個時間戳的絕對位置，可以得到：三個時間戳組成的三元組(To,Tb,Tr)稱作一個數(shù)據(jù)點。算法通過不斷地收集這樣的數(shù)據(jù)點估計a12和b12，并且隨著數(shù)據(jù)點個數(shù)的增加，算法的精度不斷提高。如圖5所示,每個數(shù)據(jù)點對應于兩個約束（Tb,To）和（Tb,Tr）。注意到a1b12對應的直線必定在所有的數(shù)據(jù)點對之間，因此圖中最陡的和最緩的兩條虛線給出了a1b12的上下界。并且上下界的區(qū)間越小，精度越高。通過求解所有數(shù)據(jù)點約束下的線性規(guī)劃問題，別可以得到最優(yōu)解。但是，這種方法太過復雜，無法在計算資源有限的無線傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)。 通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，計算上下界時并不需要所有數(shù)據(jù)點。如圖5所示，上下界其實只由第3個數(shù)據(jù)點確定。TinySync算法就利用了這一點，而只保存確定
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