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无线传感器网络时间同步方法研究随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）已经成为实现智能化、自动化和联网化的重要要素之一。
在WSNs中，时间同步是一项关键技术，它可以确保网络节点之间的时间一致性，从而实现数据的准确收集和处理。
本文将探讨无线传感器网络时间同步方法的研究，包括时钟同步协议和时间误差补偿方法。
一、时钟同步协议时钟同步协议旨在使WSNs中的节点能够在一个全局共享的时间轴上保持一致。
常见的时钟同步协议包括以下几种。
1.1 Berkeley算法Berkeley算法是一种分布式时钟同步算法，它通过选举一个特殊节点作为时间服务器来实现同步。
该算法将网络节点分为两类：时间服务器和普通节点。
时间服务器通过周期性地向所有普通节点广播时间信息来同步网络。
普通节点根据接收到的时间信息调整自己的时钟。
由于该算法采用分布式的方式，节点之间的通信开销相对较小，适用于大规模的WSNs。
1.2 RBS算法RBS（Reference Broadcast Synchronization）算法是一种基于参考广播的时钟同步算法，通过以广播方式将时间信息传播给其他节点来实现同步。
该算法先选举一个特殊节点作为参考节点，该节点拥有一个精确的时钟源。
参考节点周期性地广播时间信息，并且其他节点在接收到广播后根据参考节点的时间信息进行时钟的调整。
RBS算法适用于小规模的WSNs，但对网络中的通信开销较大。
1.3 FTSP算法FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）算法是一种基于洪泛方式的时钟同步算法，它通过广播方式将时间信息传播给所有其他节点。
FTSP算法基于对跳数的计算来估计节点之间的时钟差，并通过协调函数来调整时钟。
由于该算法采用全节点通信的方式，能够实现较高的同步精度。
二、时间误差补偿方法时间误差是指节点自身时钟与参考时间的差值，由于节点硬件等原因，时钟会存在一定的误差。
无线时间同步的基本过程
首先，无线时间同步通常由一个主设备和多个从设备组成。
主
设备负责生成一个准确的时间信号，并通过无线信道广播这个时间
信号。
从设备接收到主设备的时间信号后，根据一定的协议和算法
来调整自己的本地时钟，使得和主设备的时间保持一致。
其次，无线时间同步的基本过程包括时间信号的生成、传输和
接收。
主设备通常会使用高精度的时钟来生成时间信号，比如GPS
授时、原子钟等。
然后，主设备通过无线信道将时间信号广播出去，从设备接收到时间信号后，通过内部的时钟同步算法来调整自己的
本地时钟，使得和主设备的时间保持一致。
最后，无线时间同步的精度和稳定性对许多应用来说非常重要。
因此，在设计无线时间同步系统时，需要考虑信道的传输延迟、信
号的抖动、时钟的漂移等因素，以确保时间同步的精度和稳定性。
总的来说，无线时间同步是通过无线信号传输来保持多个设备
或系统的时间保持一致的过程，它在现代通信和计算系统中扮演着
非常重要的角色。
通过合理的设计和实现，无线时间同步可以确保
各个设备之间的时间是同步的，从而保证系统的正常运行和应用的可靠性。
时钟同步算法
时钟同步算法是计算机网络中的一种重要算法，它的作用是将网络中各个计算机的时钟同步，以保证计算机之间的通信和数据传输的准确性和可靠性。
时钟同步算法有多种实现方式，下面将介绍其中的两种常用算法：NTP和PTP。
NTP（Network Time Protocol）是一种广泛应用的时钟同步协议，它可以在互联网上实现高精度的时钟同步。
NTP的工作原理是通过向网络中的时间服务器发送时间请求，然后根据服务器返回的时间信息来调整本地时钟。
NTP协议采用了一种分层的时间服务器结构，每个时间服务器都可以向上级服务器请求时间信息，以保证时间信息的准确性和可靠性。
NTP协议的优点是具有高精度、高可靠性和广泛应用等特点，但缺点是需要较高的网络带宽和较长的时间延迟。
PTP（Precision Time Protocol）是一种新型的时钟同步协议，它可以在局域网内实现高精度的时钟同步。
PTP的工作原理是通过向网络中的主时钟发送时间请求，然后根据主时钟返回的时间信息来调整本地时钟。
PTP协议采用了一种分层的时钟结构，每个时钟都可以向上级时钟请求时间信息，以保证时间信息的准确性和可靠性。
PTP协议的优点是具有高精度、低延迟和适用于局域网等特点，但缺点是需要较高的硬件要求和较长的配置时间。
总的来说，时钟同步算法是计算机网络中的一种重要算法，它可以保证计算机之间的通信和数据传输的准确性和可靠性。
NTP和PTP是两种常用的时钟同步算法，它们各自具有优点和缺点，可以根据实际需求选择合适的算法。
在实际应用中，时钟同步算法的选择和配置需要考虑多种因素，如网络带宽、时间延迟、硬件要求等，以保证算法的准确性和可靠性。
无线传感器网络时间同步无线传感器网络是由许多分布式传感器节点组成的，这些节点能够自组织通信，以收集数据和感知环境。
由于这些节点必须协作，因此它们必须具有准确的时钟以便能够对数据或事件进行同步。
无线传感器网络时间同步旨在协调网络中的每个节点以确保它们具有相同的时间参考。
它是网络内数据可靠性和完整性的基础，因为许多应用程序需要使用时间戳和顺序号来正确处理数据。
但是，在无线传感器网络中实现时间同步是具有挑战性的，因为节点的时钟精度可能受到环境条件和硬件偏差的影响。
下面是一些目前用于无线传感器网络时间同步的主要协议和技术：1. 基于发送时间戳的时间同步协议基于发送时间戳的时间同步协议是最常见的无线传感器网络时间同步协议。
在这种协议中，每个节点在发送消息时将当前时间戳附加到消息中。
接收方使用其本地时钟的当前值与时间戳比较以计算往返时延，并校准它的时钟。
该协议的优点是它的实现简单易用；缺点是由于时间戳的传输，它无法在所有情况下达到足够准确的时间同步。
2. 基于跳数的时间同步协议基于跳数的时间同步协议利用无线传感器网络中节点之间的跳数来进行时间同步。
假设网络中的所有节点都具有相同的无线电发射时间，并且在发出时间信号后，将该信号转发到所有相邻节点。
通过测量传输时间和跳数，节点可以确定其当前时间偏差，并进行时间同步。
该协议需要更高的能量消耗以维护节点之间的同步。
3. 时钟插值算法时钟插值算法是一种通用的时间同步方法，它使用数学插值来改进节点时钟的准确性。
它的基本思想是，每个节点保留它在本地的最后一次时间同步，然后通过使用两个时间同步点之间的本地振荡分组来估计其本地钟差。
这种方法需要节点能够记录更多的历史时间同步信息，并需要更复杂的算法来计算时钟偏差。
4. 时间同步协议中的校准方法为了提高时间同步协议的准确性，一些校准方法被加入其中，例如跨层反馈校准、以及基于信号速率不变性原则的校准方法。
这些校准方法可以帮助减少噪声和误差，提高时间同步协议的准确性和可靠性。
一种基于超帧机制的Zigbee时间同步算法研究与实现高广恩;刘全利;贾灵利;王伟【摘要】Time synchronization is essential for almost all the wireless sensor network application. Because of the multi-nodes and low energy consumption feature of wireless sensor network, the realization of a proper time synchronization algorithm is especially important. Based on a self- developed hardware platform, an appropriate single-hop and multi-hop time synchronization algorithm of Zigbee protocol is presented and a detailed algorithm analysis and implementation flow are given. The experimental results show that the time synchronization algorithm has a favorable performance in the single-hop and multi-hop beacon networks,which ensures a high synchronization accuracy and the low power consumption. At the same time of implementing Zigbee energy-saving mechanism, the algorithm provides high synchronization.%对于几乎所有无线传感器网络应用来说，时间同步是非常重要的．由于无线传感器网络的多节点、低功耗等特点，一种合适的时间同步算法的实现尤为关键．以自主研发的硬件平台为基础，设计并实现了一种适用于Zigbee无线通信协议的单跳和多跳网络的时间同步算法，并给出了详细的算法分析及实现流程．实验结果表明所提出的时间同步算法在Zigbee单跳及多跳信标网络中均有良好的性能表现，满足了Zigbee协议低功耗、高同步精度的要求，在实现Zigbee休眠节能机制的同时，算法达到了较高的时间同步精度．【期刊名称】《大连理工大学学报》【年(卷),期】2012(052)005【总页数】6页(P719-724)【关键词】时间戳;时间同步算法;Zigbee网络【作者】高广恩;刘全利;贾灵利;王伟【作者单位】大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TN9250 引言无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）是近几年一个新兴的研究热点，可广泛应用于军事、环境监测、工业控制等领域.在无线传感器网络中，无论数据融合、节点定位还是传感节点的协同都要求网络同步.因此，时间同步技术已成为无线传感器网络的关键技术之一[1].无线传感器网络有着自组织、多跳、资源受限、低能耗、低带宽的特点，这使其对时间同步算法提出特殊的要求.在某些特定网络环境或应用场合，现有的时间同步算法有着较好的同步精度和较短的收敛时间.但针对Zigbee协议的时间同步算法较少，不能和协议很好兼容.针对无线个域网Zigbee联盟提出了Zigbee[2]标准，它为用户提供了一种成本低、功耗小、速率低、可靠性高、灵活性好的解决方案.Zigbee技术被广泛应用于智能家居、监控监测、智能交通、过程控制等领域，完成数据采集和处理，并对采集对象进行控制等功能.已有的Zigbee网络时间同步算法，考虑的多为星形网络中的同步问题，而对多跳网络研究较少.基于此，借鉴已有的时间同步算法思想并结合Zigbee网络的特点，本文提出一种适用于Zigbee网络的时间同步算法Zigbee－Sync.Zigbee－Sync充分利用超帧机制，具有低开销、高精度、高可靠性的特点.最终通过搭建测试平台验证算法的性能.1 无线传感器网络时间同步目前国内外已有多篇文献对无线传感器网络的时间同步问题进行了研究，提出了不同的时间同步算法.下面将几种具有代表性的时间同步算法进行介绍和分析.RBS算法[3]利用无线信道的广播特性，节点发送参考信标到邻居节点，邻居节点交换它们收到参考信标的时间信息，根据此信息接收节点调节本地时间，达到和其他邻居节点同步的目的.RBS算法消除了发送时间和访问时间的影响，提高了邻居节点间的同步精度.TPSN算法[4]是一种基于层次结构的时间同步算法，整个同步过程分为两个阶段：一是层次发现阶段，二是时间同步阶段.TPSN算法可实现全网同步，其同步收敛时间的长短和网络规模有关，若需要长时间保持同步，则需要周期性地执行同步过程.LTS算法[5]是一种轻量级的同步算法.当节点i需要同步时，就发送同步请求到其邻居节点.若邻居节点此时处于同步状态，则发送同步时间信息到节点i，完成节点i的时间同步；否则邻居节点继续沿着朝向时钟源节点的方向发送同步请求，直到完成同步.LTS算法降低了同步所需的信息开销，其同步收敛时间和节点所处的深度有关系.每一种同步算法都有其优势和不足，所以针对不同的应用网络，要充分考虑其网络特点来设计合适的算法，Zigbee－Sync便是针对Zigbee网络设计的同步算法.2 Zigbee－Sync算法Zigbee是 Zigbee联盟在IEEE 802.15.4[6]定义的物理层和媒体访问控制层的基础之上，又定义了网络层和应用层，因此它包含IEEE 802.15.4的所有功能和特点.2.1 软时钟构造在实际的无线节点上，处理器所使用的时钟周期和无线网络时间同步所需要的同步参数有着较大的差别，因此需要在程序设计中构建时间同步所需的软时钟.此软时钟不仅要精度高、可靠性高，更要符合网络需求和便于实现.在Zigbee协议中，超帧是网络设备访问信道的基本周期，协调器维护超帧，为网络内设备分配访问时隙，图1为Zigbee协议的超帧结构，其中BO（beacon order）、SO （superframe order）分别为信标阶数和超帧阶数，SDb表示基本超帧周期.图1 超帧结构Fig.1 Structure of superframe在Zigbee网络中，时间同步指的是两个设备间的相对同步，而非和国际标准时间的绝对同步.Zigbee标准中，维护超帧所需的最小时间单位为符号（symbol）周期，其实际时间长度为16μs，因此选取符号周期为基本的时间单位.符号周期为软时钟的基本时钟节拍（tick），超帧周期用节拍的数目表示.这利于超帧维护，同时便于退避周期、时隙等时间参数的计算.DLUTWIA－PA平台上MCU的主时钟频率为11.059 2MHz，本文通过定时器分频得到时间长度为16.004 7μs的基本时钟节拍，其与16μs的误差很小，可以满足网络要求.在信标开始时对节拍从零进行计数，在本次超帧结束，下一信标帧到来前记录此计数值，表示超帧周期的大小，通过设定此计数值的大小可达到维护超帧的目的.软时钟的同步精度为一个节拍，为16μs.网络内的两个设备可调节本地的计数值达到同步的目的，其最大时间偏差应为两个节拍，即32μs，可达到较高的同步精度.2.2 时间戳标记时间戳为发送设备在发送数据帧时所获取的本地节拍计数值，其准确性对网络同步精度有很大影响.因此在中断中获取此计数值，尽量减少程序处理带来的误差.在Zigbee－Sync算法中，发送设备将时间戳信息添加在信标帧负载中，以广播的方式告知网络内其他节点.从节点捕获信标帧并解析负载中的时间戳信息，根据此信息调节本地时钟，以达到和发送设备同步的目的.Zigbee协议规定在发送数据帧时首先传输同步头和定界符（SFD）.射频芯片可在发送数据帧时产生SFD中断，发送设备在SFD中断中获取本地时间信息，并将其作为时间戳放在信标帧负载中.接收设备在数据接收完成中断中可解析信标帧负载中的时间戳信息，并根据信标帧的长度估算出数据接收时间.发送设备和接收设备处理时间戳的时刻如图2所示.Mica2等一些平台可以通过处理器直接控制发送数据流，从而可以很容易地标记和读取时间戳[7].而在 DLUTWIA－PA 平台上处理器通过SPI接口和射频芯片相连，数据的发送与接收都需通过SPI接口进行.所以在时间同步算法中要考虑数据在SPI接口上传输所需要的时间.SPI接口数据传输速率为5Mbps，射频收发器的数据传输速率为250kbps.并且射频收发器支持先执行“发送”命令，然后再写入数据到射频收发器内部的缓存，只要保证数据发送过程中缓存中有数据可用.在IEEE 802.15.4物理层标准中，定义了5个字节的同步头，发送完毕需要160 μs，且射频收发器从空闲状态切换到发送状态需要192μs，在这352μs时间内处理器可将数据写入射频收发器的内部缓存.并且射频收发器的数据传输速率小于SPI接口的速率，不会产生内部缓存被读空的情况.时间戳信息共32位，通过SPI接口其传输需要6.4μs，所需时间很短.图3为携带时间戳负载的信标帧.图2 时间戳标记Fig.2 Mark of timestamp图3 信标帧Fig.3 Beacon frame如图3所示，信标帧中Beacon payload部分为时间戳信息，表示发送方信标帧发送时刻的本地时间.由于每次发送信标帧之前都要对本地计数器清零，在超帧周期一定的情况下，其时间戳大小不会有太大变化.在时间戳信息中，前4个字节0x00000012为SFD触发时的本地时间，即第18个符号周期.最后一个字节0x04为本地修正时间，表示读取本地时钟以及时间戳处理的时间，主要通过理论计算的方式，根据具体的软硬件环境进行设定.2.3 算法描述在单跳的星形网络中，协调器周期性广播信标帧，网络内其他节点只需跟踪捕获信标帧，根据时间戳信息调节本地时钟便可达到和协调器同步.为了进一步降低网络能耗，网络内设备并不转发信标帧，这样节点可在无数据传输时处于睡眠状态，延长网络生存时间.树形网络是一种多跳拓扑的网络.假如两个相邻设备同时发送信标帧，则会产生信标帧冲突，造成子设备无法正常接收来自父设备的同步信息，进而影响网络同步.如何避免信标帧冲突便成为一个重要问题[8].可以通过分时复用的方式将各设备发送信标帧的时刻错开以避免冲突.在设备入网时根据设备在拓扑中的位置为其分配网络内短地址.根据此地址信息计算出父子设备间发送信标帧的时间偏移量（Δt），通过在父设备发送信标帧的起始时刻添加偏移量，子设备发送信标帧的时刻便与父设备错开.各子设备间的偏移量有所不同，所以多个子设备发送信标帧的时刻也不会相同.在Zigbee网络中，一个发送信标帧设备的典型信标时序如图4所示.图4 信标设备典型信标时序Fig.4 Classic beacon timing of beacon device在Zigbee中，信标间隔BI＝SDb×2BO，活动周期CAP＝SDb×2SO，其中时间长度为960个符号.在活动周期，网络内设备进行数据传输，而在非活动周期则处于空闲，子设备可利用非活动周期发送信标帧.一个超帧周期可包含BI/CAP＝2（BO－SO）个 CAP.非活动周期内还可以容纳2（BO－SO）－1个CAP，这些周期均可合理调度用来发送信标帧.以一个BO＝6，SO＝2的网络为例，选取父子设备的时间偏移Δt＝2＊CAP，经过信标调度后的协调器和两个子设备间的信标发送时序如图5所示.经过这样的信标调度之后，不会产生邻居节点间信标冲突的情况，每个节点只需侦听其父设备的信标帧，根据信标帧负载中的时间戳信息完成与其父设备的同步，达到间接和协调器同步的效果.这种机制简化了整个网络的同步机制，减少了节点间的信息交换，同时在网络规模不是很大的情况下可保证一定的时间同步精度.图5 父子设备信标时序关系Fig.5 Beacon timing relationship between child and father device3 算法实验验证本时间同步算法在TinyOS[9]软件平台中实现，硬件平台为自主研发的DLUTWIA －PA平台.DLUTWIA－PA平台选用LPC2136作为微处理器，提供了丰富的外围接口，射频芯片为TI公司的CC2520，该芯片兼容Zigbee协议.3.1 实验方案在实验室环境下，将同步算法在DLUTWIAPA上加以实现，并对算法的性能进行了实验验证.网络分为星形网络和树形网络2种.在星形网络中包括Zigbee网络协调器，协调器上电后完成本地参数初始化并周期性广播信标帧.5个Zigbee终端设备扫描网络，并尝试加入网络.终端设备入网成功后执行本地的时间同步算法，解析时间戳信息，完成与协调器的时间同步.在超帧的起始时刻处理器触发一个IO的翻转操作，可通过示波器捕获波形，来观察设备间的同步误差.树形网络包括1个Zigbee协调器、3个路由设备和5个终端设备.协调器和路由设备均发送信标帧，终端设备捕获信标帧，最终达到全网同步.为了更真实地模拟现场工作环境，整个网络在发送信标帧的同时，还在CAP时段和GTS时段传输数据.在实验过程中，网络连续运行12h，不断统计此期间各设备间的时间偏差.具体实现流程如图6所示.3.2 算法验证在星形网络中，每隔5min采样一次主从节点和从从节点间的同步偏差，每次采样20个超帧周期.进行多组实验，发现各组间时间偏差并不大，同步算法有着较好的稳定性.在此给出一组时间同步精度的统计结果，如图7所示，n表示第n个超帧周期，Δt表示时间偏差.图6 算法实现流程Fig.6 Process of algorithm realization图7 星形拓扑时间同步精度Fig.7 Time synchronization precision for star topology由图7可见，主从节点间的同步精度随时间变化波动较大，这主要是受信标帧长度变化的影响.在网络工作过程中，信标帧除了需传递时间戳信息，还需传递GTS 分配等信息.而不同的GTS分配情况会带来信标帧负载长度的变化.接收方只能在接收完整个信标帧后才能对时间偏差进行处理和调整，而信标帧负载长度的变化会对此处理时间产生影响，进而影响到同步精度.用Ta表示从节点所需调整的本地时间偏差，那么Ta＝Ts＋t，其中Ts表示时间戳信息，t为根据信标帧长度估算出的一个补偿变量.从从节点间的时间偏差波动较小.因为各从节点的时间戳信息均来自同一信标帧，由于超帧长度变化对各从节点造成的影响相同，所计算出的时间偏差相差不大.按照相同的实验方法，统计了多跳树形网络中父子路由设备之间以及各终端节点间的时间同步偏差情况，统计结果如图8所示.将实验中获取的时间偏差统计结果和加州大学伯克利分校在MICA平台上实现的RBS和TPSN算法[4]进行比较，结果如表1所示.本文算法取得的平均时间偏差要小于其他两种算法.图9给出了不同大小的时间偏差在所有偏差中所占百分比p.图8 树形网络时间同步精度Fig.8 Time synchronization precision for tree network表1 时间同步偏差Tab.1 Error of time synchronization算法平均时间偏差/μs 最大时间偏差/μs最小时间偏差/μs低于平均时间偏差百分比/%RBS TPSNZigbee－Sync 29.13 16.90 14.70 44 93 28 003 64 53 54图9 节点间时间偏差Fig.9 Time deviation between nodes功耗对Zigbee网络设备来说是一个非常重要的指标，根据实际的实验环境通过仿真软件NS2仿真得出网络节点的能耗曲线图，如图10所示.具体的仿真参数设置见表2.通过仿真结果可以看出，同异步网络相比，引入同步算法的Zigbee网络，其网络设备能耗大大降低，延长了网络生存时间.图10 节点能耗曲线图Fig.10 Energy－consuming graph for nodes表2 仿真参数Tab.2 Parameters of simulation参数取值仿真时间/s 10 000节点个数协调器（1），终端节点（6）拓扑结构星形数据流/（packet·s－1） 0.1数据包大小/bit 32 BO 6 SO 2初始能量/J 100接收功率/mW 35发送功率/mW 37空闲功率/μW 712睡眠功率/nW 1 114Zigbee－Sync算法借鉴了RBS算法的思想，借助第三方广播传递时间戳信息，并达到了较好的同步精度.针对RBS算法不适于多跳网络的缺陷，本文通过引入信标帧调度机制，成功将Zigbee－Sync算法在多跳网络中实现.TPSN算法将时间戳信息标记在MAC层，可达到16.9μs的同步精度[4]，Zigbee－Sync 算法将时间戳放在MAC层的信标帧负载中，其同步精度和TPSN算法不相上下，但却有效降低了同步过程中信息交换的次数，使节点由于传输同步信息所消耗的能量大大降低.网络内设备还可以进行按需同步，在无任务处理之时，转入休眠状态；当有中断唤醒新任务时，可按照已获取的网络信息重新捕获信标帧，这可进一步降低能耗.对于轻量级的LTS算法而言，其所取得的同步精度要低于Zigbee－Sync 算法.本算法基于节点较少的无线网络对同步算法的性能进行了验证.要想更好地在多节点、大规模网络中实现此同步算法，则需要考虑引入信标帧调度机制，保证路由节点间的信标传输不会发生冲突，以可靠地传输同步信息.一个中间路由设备在接收到其父设备的信标帧后，根据自身与父设备之间的时间偏移量以及信标帧中的时间戳信息来校正本地时钟，从而确定出自身的信标时序.因为路由设备和父设备间的时间偏移量是一个预先分配的固定值，此值对本算法的同步精度不会造成负面影响，多跳网络中的路由设备及其父设备之间依然能够保证较好的同步精度.可见在引入信标帧调度机制的情况下，本同步算法在多节点、大规模的无线网络中依然是可行的、有效的.4 结语本文提出了一种基于超帧机制的适合于Zigbee网络的时间同步算法，该算法有效降低了同步过程中的信息交换次数，降低了网络内节点能耗，并且具有良好的稳定性.将Zigbee－Sync算法在实际平台DLUTWIA－PA上进行了实验验证，通过实验结果可知其可达到较高的同步精度，且运行稳定.本文设计的通过软件来标记时间戳的方式，可广泛用于其他无法通过处理器直接发送数据的硬件平台.【相关文献】[1] 康冠林，王福韵，段渭军.无线传感器网络时间同步综述[J].计算机测量与控制，2005，13（10）：1021－1030.KANG Guan－lin，WANG Fu－yun，DUAN Wei－jun.Survey on time synchronization for wireless sensor networks [J].Computer Measurement ＆ Control，2005，13（10）：1021－1030.（in Chinese）[2] Zigbee Alliance.Zigbee Standards.[2011－04－02].http：//.[3] Jeremy E，Lew G，Deborah E.Fine－grained network time synchronization using reference broadcasts[C]//Proceedings of the 5th Symposium on Operating Systems Design and Implementation.New York：ACM Press，2002：147－163.[4] 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图 1 相邻节点 S 和 R 之间的消息交换(1) 无线传感器网络的时间同步算法误差分析Error Analysis of Time Synchronization in WSNs封红霞周莹（北京邮电大学，北京市 100876）Feng Hongxia Zhou Ying(Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876)【摘 要】 消息传输过程中的非确定性延迟是影响无线传感器网络时间同步精度的主要因素。
对现有时间同步机制进行分类研究，根据消息传输过程中的延迟分解，详细分析了不同类型时间同步机制的误 差。
无线传感器网络需要结合特定的应用场合，根据精度要求高低和应用期限等，研究开发满足 不同需要的同步机制。
【关键词】 无线传感器网络 时间同步 TPSN DMTS RBSAbstract: Non-deterministic delay in message transmission is the significant factor affecting the accuracy of time synchronization in wireless sensor networks. Several existing time synchronization protocols are classified and studied. The errors of these different protocols are analyzed in detail based on the decomposition of the message delivery delays. Different time synchronization protocols should be designed to meet various situations considering the application field, the accuracy required and lifetime etc..Key words: WSN Time Synchronization TPSN DMTS RBS引言传感器技术、MEMS 技术、无线通信技术和微电 子技术的进步，促进了低成本、低功耗的微型多功能 传感器的快速发展。
基于无线网络的IEEE 1588时钟同步算法郭震津; 郑宾【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)031【总页数】5页(P258-262)【关键词】IEEE 1588; 无线传输; 时钟同步; 不对称比【作者】郭震津; 郑宾【作者单位】中北大学电气与控制工程学院太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP393近年来，随着科学技术的飞速发展，分布式测试系统的应用日趋广泛，其中无线传感器网络的相关研究逐渐成为研究热点[1,2]。
在无线传感器网络中，维持逻辑时钟的时钟同步是关键技术之一[3,4]。
时钟同步精度决定了分布式网络测控系统的性能。
为了满足网络测控系统对高精度同步时钟的需求，美国电气和电子工程师协会先后发布了IEEE 1588精确时钟同步协议标准(precision time protocol, PTP)、新版本的IEEE 1588v2协议[5]。
新版本的IEEE 1588协议对同步对时机制进行了改善并且使用多种方法来减小误差，使时钟同步精度有了明显的提高。
IEEE 1588协议在分布式测试系统中得到了广泛应用，如何将IEEE 1588协议应用到分布式无线网络中成了一个新的研究热点。
在目前中外的前沿研究中，Garone 等[6]在无线网络时钟同步的过程中使用鲁棒的方法调节节点的时钟频率和时钟偏移进而提高了时钟同步精度；杨文纶[7]针对无线传感器网络研究并提出了一种基于比例积分估计器的分布式时钟同步算法，使用其动态跟踪特性得到了较高的时钟同步精度；祝托[8]在基于IEEE 1588协议的从时钟同步技术研究中采用了卡尔曼滤波器对从时钟晶振不稳定性带来的频率抖动进行削减，在较短的同步周期内同步精度可达纳秒级；陈旿等[9]提出了一种基于卡尔曼滤波的时延过滤算法，在此基础上实现了时钟伺服系统，该算法实现了高精度的无线传感器网络时钟同步。
