無線傳感器網(wǎng)絡中時鐘同步技術的研究及實現(xiàn).pdf

1、由于成本低、覆蓋范圍廣、低功耗的特點，無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)廣泛應用在眾多領域，如環(huán)境監(jiān)控、國防軍事、醫(yī)療健康、家庭護理等。
　　時鐘同步技術是無線傳感器網(wǎng)絡中必不可少的支撐技術之一。在無線傳感器網(wǎng)絡中，要依賴所有的傳感器節(jié)點協(xié)作來完成系統(tǒng)的功能，例如節(jié)點定位、數(shù)據(jù)融合、TDMA調度、協(xié)同睡眠等，其中都以節(jié)點精準的時間同步為基礎。本課題主要針對無線傳感器網(wǎng)絡時鐘同步算法進行研究，所做工作從以下幾方面展開：
　　首先，介紹了課題研

2、究的背景及意義；對無線傳感器網(wǎng)絡的結構、關鍵技術和面臨的挑戰(zhàn)等知識進行簡要的介紹；具體介紹了無線傳感器網(wǎng)絡時鐘同步技術的理論，對目前具有代表性的幾種時鐘同步算法進行了分析、總結。
　　其次，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)算法，通過對TPSN算法的誤差進行分析，提出改進的TPSN-B算法。研究表明，消息傳遞時延引起的誤差服從期望為0的正態(tài)分布，從而對

3、接收時間進行貝葉斯估計，得到更加準確的接收時間。TPSN-B算法沒有改變TPSN算法的信息包傳輸機制，只是在對接收時間建立數(shù)學模型的基礎上進行結果的優(yōu)化，消耗的能量可以忽略。OMNeT++仿真結果表明，在不影響能耗的前提下，經(jīng)過貝葉斯估計改進得到的TPSN-B算法和TPSN算法相比，有效的減小了時鐘同步的誤差，得到更為精確的時間偏差。
　　最后，在 TPSN-B算法的基礎上做進一步改進。導致時間同步存在誤差的兩個主要來源是信息傳輸

4、延遲和晶體振蕩器頻率的不穩(wěn)定。TPSN-B算法是針對信息傳輸延遲所做的改進，沒有考慮晶體振蕩器頻率的不穩(wěn)定引起的時鐘漂移，因此需要節(jié)點在短時間內不斷地進行同步過程，這將消耗很多的帶寬和能量。本章提出的TPSN-L算法和TPSN-C算法分別采用最小二乘法和切比雪夫逼近算法來估計時鐘漂移率的值，節(jié)點可以在短時間內根據(jù)漂移率調整本地時間，而不需要不斷地進行同步過程。仿真結果表示，改進的TPSN-L算法、TPSN-C算法與TPSN-B相比，在不