無(wú)線傳感器wsn期末報(bào)告(編輯修改稿)
2024-08-31 01:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定需要同步的時(shí)間，需要同步時(shí)，節(jié)點(diǎn)選擇距離自己最近的一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，并向其發(fā)出同步請(qǐng)求，然后參考節(jié)點(diǎn)向該節(jié)點(diǎn)的路徑上的節(jié)點(diǎn)逐對(duì)進(jìn)行同步，直到該節(jié)點(diǎn)被同步。LTS算法與TPSN協(xié)議的區(qū)別在于，LTS算法中節(jié)點(diǎn)只與自己的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步，其同步次數(shù)是路徑長(zhǎng)度的線性函數(shù)，同時(shí)精度也隨路徑的長(zhǎng)度線性降低，即在降低計(jì)算代價(jià)的同時(shí)降低了同步精度。參考廣播時(shí)鐘同步協(xié)議（RBS）用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步協(xié)議可以看作是NTP在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的改進(jìn)版本，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳播介質(zhì)是無(wú)線信道，能否利用無(wú)線信道的廣播特性設(shè)計(jì)相關(guān)的時(shí)間同步算法呢？參考廣播時(shí)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(luò)的時(shí)間同步協(xié)議不同，參考廣播時(shí)鐘同步協(xié)議不是去同步報(bào)文的收發(fā)雙方，而是去同步報(bào)文的多個(gè)接收者。如圖2的右圖所示：在由3個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的單跳網(wǎng)絡(luò)中，參考節(jié)點(diǎn)每發(fā)出一個(gè)參考報(bào)文，其廣播域內(nèi)的其他接收者節(jié)點(diǎn)都將接收到該報(bào)文，并各自記錄下接收到該參考報(bào)文時(shí)的本地時(shí)刻。接收者們交換它們記錄的時(shí)刻并計(jì)算差值，該差值就是接收者之間的時(shí)鐘偏移。圖2發(fā)送者接收者同步機(jī)制與接收者接收者同步機(jī)制根據(jù)偏移信息可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送者接收者同步，若能精確地估計(jì)出報(bào)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(gè)報(bào)文的傳輸很難準(zhǔn)確地估計(jì)出傳輸延遲。圖2的左圖為發(fā)送者接收者同步機(jī)制?？梢钥闯?，發(fā)送者接收者同步機(jī)制的同步關(guān)鍵路徑為從發(fā)送方到接收方。關(guān)鍵路徑過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)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(jī)制，其關(guān)鍵路徑大為縮短，完全排除了發(fā)送時(shí)間和訪問(wèn)時(shí)間的影響。（HRTS）基于雙向報(bào)文交換的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步協(xié)議具有同步精度高的優(yōu)點(diǎn)，但一次只能同步一對(duì)節(jié)點(diǎn)。n個(gè)節(jié)點(diǎn)的單跳網(wǎng)絡(luò)則需要n1次同步操作，同步功耗較大。參考廣播時(shí)鐘同步協(xié)議只需要一次同步過(guò)程就可完成一個(gè)單跳網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)間的同步，同步功耗降低，當(dāng)然，同步精度也相對(duì)變差。層級(jí)時(shí)間同步協(xié)議[6]是一種結(jié)合用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步協(xié)議和參考廣播時(shí)鐘同步協(xié)議思想的同步方法。圖3描述了層級(jí)時(shí)間同步的過(guò)程。假設(shè)單跳網(wǎng)絡(luò)有包含時(shí)間基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的3個(gè)節(jié)點(diǎn)BS、n1和n2。同步步驟如下：步驟1：參見(jiàn)圖3，時(shí)間基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)BS相當(dāng)前面圖1中的A節(jié)點(diǎn)，按照與用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步協(xié)議相同的同步方式，時(shí)間基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)BS發(fā)出一個(gè)同步請(qǐng)求報(bào)文，該報(bào)文隨機(jī)指定一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)（例如n1）作為應(yīng)答者節(jié)點(diǎn)（即對(duì)應(yīng)于圖1中的B節(jié)點(diǎn)）。同時(shí)n2也記錄下該報(bào)文的接收到時(shí)刻，記為。步驟2：與用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步協(xié)議對(duì)同步方式相同，應(yīng)答者節(jié)點(diǎn)n1向BS節(jié)點(diǎn)發(fā)一個(gè)同步應(yīng)答報(bào)文，報(bào)文中包含了與。步驟3：現(xiàn)在BS節(jié)點(diǎn)已經(jīng)和n1節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了一次雙向報(bào)文交換，按照用于傳感器的時(shí)間同步協(xié)議，BS節(jié)點(diǎn)計(jì)算出它與n1節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏移?。圖3層級(jí)時(shí)間同步協(xié)議同步過(guò)程步驟4：BS節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)包含?和信息的報(bào)文。步驟5：當(dāng)nn2節(jié)點(diǎn)接收到該報(bào)文，對(duì)于應(yīng)答者節(jié)點(diǎn)n1來(lái)說(shuō)，只要將其本地時(shí)間減去?就達(dá)到與BS節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)同步。對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，只要在其本地時(shí)間加上?即可達(dá)到與BS節(jié)點(diǎn)間的瞬時(shí)同步。層級(jí)時(shí)間同步協(xié)議充分利用了無(wú)線傳輸?shù)膹V播特性來(lái)進(jìn)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(shù)的邊，而是廣度優(yōu)先生成樹(shù)中非葉子節(jié)點(diǎn)的單跳廣播區(qū)域。同步次數(shù)是廣度優(yōu)先生成樹(shù)非葉子節(jié)點(diǎn)個(gè)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(jí)時(shí)間同步協(xié)議略遜于LTS協(xié)議。 TinySync/MiniSyncTinySync和MiniSync是兩種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輕量級(jí)時(shí)間同步算法。該算法基于一個(gè)假設(shè)：傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘頻率恒定且線性相關(guān)。即對(duì)于時(shí)鐘TT2有：其中a12為相對(duì)時(shí)鐘漂移，b12為相對(duì)時(shí)鐘偏移。算法采用雙向報(bào)文交換來(lái)估計(jì)相對(duì)時(shí)鐘漂移和相對(duì)時(shí)鐘偏移，如圖4所示：圖4TinySync和MiniSync的雙向報(bào)文交換首先節(jié)點(diǎn)1向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送一個(gè)探測(cè)數(shù)據(jù)包，并加入發(fā)送時(shí)刻的本地時(shí)間To；節(jié)點(diǎn)2收到該數(shù)據(jù)包后，立即返回給節(jié)點(diǎn)1的一個(gè)數(shù)據(jù)包，其中包含收到探測(cè)數(shù)據(jù)包的本地時(shí)間Tb；最后，當(dāng)節(jié)點(diǎn)1收到節(jié)點(diǎn)2發(fā)回的數(shù)據(jù)包時(shí)記錄本地時(shí)間Tr。通過(guò)這三個(gè)時(shí)間戳的絕對(duì)位置，可以得到：三個(gè)時(shí)間戳組成的三元組(To,Tb,Tr)稱(chēng)作一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。算法通過(guò)不斷地收集這樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)估計(jì)a12和b12，并且隨著數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加，算法的精度不斷提高。如圖5所示,每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)約束（Tb,To）和（Tb,Tr）。注意到a1b12對(duì)應(yīng)的直線必定在所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)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(guò)求解所有數(shù)據(jù)點(diǎn)約束下的線性規(guī)劃問(wèn)題，別可以得到最優(yōu)解。但是，這種方法太過(guò)復(fù)雜，無(wú)法在計(jì)算資源有限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算上下界時(shí)并不需要所有數(shù)據(jù)點(diǎn)。如圖5所示，上下界其實(shí)只由第3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)確定。TinySync算法就利用了這一點(diǎn)，而只保存確定
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