论文研究-低功耗无线传感器网络时间同步方法.pdf

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综合考虑了无线传感器网络中时间同步过程中时间误差的来源,为了解决一般同步方法中普遍存在的信息开销量大的问题,提出了一种基于一次信息交换,通过簇头对各节点进行时间补偿来维持整个簇内节点同步的方法。该方法在簇头与各簇内节点进行一次成对同步之后,通过簇头对各节点时间偏差进行有效估计后进行补偿来维持同步时间精度。通过仿真实验,该方法在信息开销和同步精度上具有良好的性能。
邓亚平,王旭:低功耗无线传感器网终时间同步方法 2011,47(6 101 0.09 本文算法 本文算法 7000TPSN “TPS 0.07 0.07 600 a006 0.05 0.04 300 0.03 003 2090120140160180200220240260 0405060708090100110120 45678910 节点数 节点数 图2与TPSN信息开销对比 图3与TPSN时间精度对比 图4各簇平均同步精度 dC-()_a;+1 (7) (5)簇头定期计算时间偏移量发送给各节点,各节点收到 dC:() 后进行时间修正。 dC积分可得 (6)一个同步周期完成后又重复步骤1~5。 C+C (8) 3仿真及其分析 C是一个积分常数,可通过取特殊值得到。由式(8)很容易得到 这一章,给出了在NS231网络仿真工具下的仿真结果。 a=C (9)首先配置NS2如下:双径地面反射传播樸型、增益全向天线模 在图1的模型中,节点C可通过由节点A和B发来的估计 型、IEEE802.15.4MAC层协议等,并修改了部分模块,例如,通 频偏值来计算与A和B两节点在一次同步之后的时间偏差量, 信能量、数据包类型、MAC层吋间戳类型和跟踪类型等等 通过不定期和定期的补偿,使节点间的时间同步误差在一定 设置仿真坏境为50m×50m的止方形区域,随机部署100 范围内,以满足网络工作需要。 个节点,设置无线通信距离为10m进行仿真,整个网络利用分 25时间同步表 簇算法进行分簇 为了减少信息交换开销,将同步时需要的主要参量进行 通过仿真结果图2可以看出,本文提出的算法需要的同步 缓存,部分参数在同步时通过估算得到的方法,为此设计了如 开销比TPSN小得多,主要是因为该算法在一个同步周期内簇 头只需要与各节点进行一次信息交换,从而降低了开销。 4表2所示的缓存表。 在时间同步精度上,由于TPSN同步受同步跳数的影响, 表2时间同步表 当同步跳数增加时时间误差越大,通过布置不同节点数目来 Node 检验提出的算法时间精度受网络规模的影响,图3显示,由于 发送时间TmTm2Tmn Ix 是基于簇的同步,络规模的增加,对时间同步误差影响不是 收到时间 T T 很大,不会像TPSN·样随着节点数目的增加呈上升趋势。 估计频偏 信息交换时延B1B2B B 同样也分析了在一个同步周期内,各个簇的平均时间误 计算误差 D, DD 差值,通过图4可以发现,各个簇的平均误差波动不大。 该缓存表被第一方节点保存,即图中的节点C。表中发送4结语 时间表示节点N的本地时间,收到时间为第三方节点收到N 时间同步技术是无线传感器网络的一项支撑技术,对于 发来的信息时记录的时间,估计频偏是由节点M估计的自己无线传感器的其他应用至关重要,但在很多应用中对时间精 时钟频偏,信息交换时延为传输过程中产生的偏差估计,计算度的要求不是很高,而对于网络节点的节能更为重要,本文通 误差,是由第三方节点通过计算得到的节点N与节点M+1的过对传感器节点时钟研究,提出了一种基于时间偏差补偿的 时钟偏差。 同步方法,通过很少的信息交换来实现一定误差范围的同 26同步过程 步。大大提高了同步效率,降低了节点的能量开销。但是由 这里主要分析簇内的节点同步过程,将簇头节点作为第于频偏是由节点估计,时间精度会受频偏的估计影响较人,所 三方节点,即通过簇头节点来完成其他节点的同步。在每个以对于频偏的估计是下一步需要研究的工作。仿真结果也显 同步周期内同步过程将分成两个阶段,第一个阶段为参数估示该算法在能量开销和同步精度较TPSN更好。 计,这个阶段需要完成两个任务,首先是节点的初次同步,其 次通过一次信息交换将需要的参数进行估算,存储。第三个参考文献: 阶段为时间维护阶段,在完成了初次同步之后,可以通过定期 []孙利民,李建中无线传感器网络[M]北京:清华大学出版社,2005 或不定期的由簇头对簇内节点时钟进行补偿。步骤如下 [2] Maroti M, Kusy B, Simon G Thc flooding timc synchronization (1)簇头节点和簇内各点之间完成一次成对同步 protocol, Technical ReportISIS-04[RI (2)簇头节点向各节点发送同步消息。 [3 Ganeriwal S, Kumat R.Timing-sync protocol for sensor net- (3)各节点在收到簇头同步消息之后,将频偏估计值发送 works[c] /First ACM Conference on Embedded Networked Sen- 给簇头,并且将发送时本地时间一起发送。 sor Systcms( Scn Sys), Novcmbcr 2003 (4)簇头节点收到消息,便填写“时间同步表”。 (下转180贞

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