计算机系统结构论文：无线传感器网络 时间同步 TPSN RBS 路由协议 GPSR 按需

无线传感器网络中基于层次结构的时间同步算法陶志勇;胡明【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2012(32)6【摘要】时间同步作为无线传感器网络的关键技术之一,对整个网络的工作和发展有着至关重要的作用.提出了基于层次结构的传感器网络时钟同步协议(TPSN)改进算法:在层次建立阶段采取等级广播,在同步阶段采取直接双向和间接双向相结合的时间同步方式,获得相对较少的报文开销和系统维护开销；进行了时间频率偏移校正,以保证节点的时间同步精度.仿真实验结果表明,该算法不仅提高了网络的同步精度,也节约了网络的能量消耗,更加满足实际应用的需求.%Time synchronization is one of the key technologies for wireless sensor networks, and it plays an irreplaceable role for the work and development of the entire wireless sensor network- This paper proposed an improved Timing-sync Protocol for Sensor Networks (TPSN) algorithm based on hierarchy. This algorithm took level-broadcast in phase of level establishment, and a combined active and inactive two-way synchronization algorithm was used in phase of time synchronization, obtaining a relatively small cost of packet and system maintenance. This improved algorithm carried out time-frequency offset correction, and ensured the accuracy of the node. The improved TPSN algorithm not only enhances the accuracy of synchronization, but also saves the energy consumption for the network.【总页数】4页(P1513-1515,1551)【作者】陶志勇;胡明【作者单位】辽宁工程技术大学电子与信息工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学研究生学院,辽宁葫芦岛125105【正文语种】中文【中图分类】TP393.02【相关文献】1.无线传感器网络中基于层次时间同步算法 [J], 金虎2.基于无线传感器网络的井下时间同步算法设计 [J], 杨治秋;原福永3.基于频偏估计的无线传感器网络时间同步算法 [J], 孙毅;曾璐琨;武昕;陆俊;孙跃4.基于区域扩散机制的无线传感器网络时间同步算法 [J], 汪涛5.基于簇的能量均衡无线传感器网络时间同步算法 [J], 孙毅;南婧;武昕;陆俊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

关于无线传感器网络的时间同步技术探究无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的网络系统，这些节点可以自组织地协同工作，收集和处理环境中的信息，并通过网络传输给用户或其他节点。

在无线传感器网络中，时间同步技术是一项重要的关键技术之一，它可以保证网络中节点的时间一致性和精确度。

在无线传感器网络中，由于节点分布范围广泛，资源有限，且节点容易出现故障等因素的影响，时间同步技术的实现相对复杂。

目前，主要有两种时间同步技术：以时间为基准的同步和以事件为基准的同步。

以时间为基准的同步是指利用节点之间的通信和计算来保证节点间时间的一致性。

最常用的时间同步协议是RBS（Reference Broadcast Synchronization）协议。

RBS协议利用广播的方式，将参考节点的时间信息传播给其他节点。

各节点通过接收广播消息，根据相关的算法来计算自身时间。

RBS协议具有较高的时间同步精度和鲁棒性，但也存在着节点能耗高、网络负载大等问题。

以事件为基准的同步是指节点根据感知到的事件的发生时间来进行时间同步。

这种同步方式不需要进行时间比对和计算，能够减少通信开销和计算复杂度。

常用的以事件为基准的同步技术包括FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）协议和TPSN （Timing-sync Protocol for Sensor Networks）协议等。

这些协议在节点之间进行事件信息的传播和交换，通过计算事件的传播时间来实现时间同步。

除了以上的时间同步技术，还有一些新的时间同步技术正在被提出和研究。

利用GPS （Global Positioning System）技术来实现时间同步，在节点中加入GPS接收器，通过接收GPS信号来获取全球的时间参考，从而实现时间同步。

这种方法能够获得较高的时间精度和稳定性，但也存在着对GPS信号的依赖和成本较高的问题。

时间同步技术在无线传感器网络中具有重要的作用，能够保证网络中节点的时间一致性和精确度。

无线传感器网络的时钟同步问题研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布在无线环境中的微型传感器节点组成的网络系统。

这些节点通常由微控制器、无线模块、能量供应、感应器等组成，并能对环境中的物理量进行感测、处理和传输数据。

由于传感器节点的分散和数量较多，为确保正常工作，需要对网络节点的时钟进行同步。

目前，时钟同步算法在无线传感器网络中的研究已经取得了很大的进展，本文将从以下几个方面对时钟同步问题进行探究：一、时钟同步问题概述在无线传感器网络中，传感器节点的数量众多，而且分散在广阔的区域内，节点之间的距离不同，传输延时也不同，因此节点之间的时钟可能会出现误差。

节点之间的时钟同步是保证网络正常运行的重要保障。

时钟同步指的是将不同节点时钟的时间误差控制在一个可接受的范围内。

常见的时间同步误差包括相对误差和绝对误差两种。

相对误差指的是不同节点的时钟相对误差，绝对误差则是节点的时钟与真实时间之间的误差。

时钟同步问题近年来引起了广泛关注，尤其是在军事、环境监测、智能交通等领域的应用中。

二、传统时钟同步算法的缺陷传统的时钟同步算法主要是采用时间戳或者基于网关的同步方法。

其中，时间戳同步是一种分散式的算法，它通过节点间相互交换时间戳信息来实现同步，但是由于节点之间的距离、链路质量等因素的影响，时间戳同步算法无法达到高精度同步的要求。

而基于网关的同步方法则是采用网关节点作为中央时钟参考，通过点对点的同步算法实现节点之间的时钟同步，但是由于网关节点的数量不足以满足复杂环境下的同步要求，所以这种同步方法存在着一定的局限性。

三、现有时钟同步算法的研究进展为了解决上述问题，近年来研究者们提出了许多高精度的时钟同步算法。

其中，两种最常见的同步算法是链式同步（Chain-Based Synchronization）和公告板协议（Bulletin Board Protocol）。

链式同步算法采用了一种由根节点向下延展的同步方式，每一个节点都从其父节点处接收同步信息，计算出自己的时间，并将同步信息传递给其子节点。

无线传感器网络中的时钟同步算法设计无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布在有限区域内的无线传感器节点组成的网络。

每个节点负责采集、处理和传输感知数据，形成一个自组织、自配置和动态变化的网络系统。

在无线传感器网络中，节点之间的时钟同步是一个至关重要的问题，因为节点之间的时钟不一致性会导致通信的失序和数据的丢失。

因此，设计一种高效可靠的时钟同步算法对于无线传感器网络的正常运行至关重要。

时钟同步问题的核心是如何实现传感器节点之间的时钟一致性。

在无线传感器网络中，节点之间的时钟同步可以通过两种方式实现：硬件同步和软件同步。

硬件同步是指通过硬件设备来实现节点之间的时钟同步。

其中一种典型的方式是使用GPS（Global Positioning System）进行时钟同步。

通过接收GPS信号，并根据接收到的信号来校准本地时钟，从而实现节点之间的时钟同步。

然而，由于GPS信号在室内接收不到或者信号衰减导致精度下降，使用GPS进行时钟同步并不适用于所有的无线传感器网络。

因此，需要设计一种适用于无线传感器网络的软件同步算法。

软件同步是指通过软件算法来实现节点之间的时钟同步。

其中一种常见的软件同步算法是基于节点之间的时间差来实现时钟同步。

算法的核心思想是每个节点周期性地向邻居节点发送时间请求消息，邻居节点收到消息后，记录下接收时间和发送时间的差值，作为时间补偿值。

根据补偿值，每个节点都可以校准自己的本地时钟。

然而，由于无线传感器网络中的节点是分布在空间中的，距离远近不一，导致传输延迟的差异较大，这样的算法并不能保证高精度的时钟同步。

针对传输延迟的差异较大的问题，提出了一种基于时间同步协议的算法。

该算法使用多轮通信的方式，通过多次传输时间请求消息来求解传输延迟的差异。

算法的具体步骤如下：首先，每个节点周期性地向邻居节点发送时间请求消息，并记录下每次发送和接收的时刻；然后，每次接收到时间请求消息的邻居节点将记录下发送和接收的时间信息，计算传输延迟差；接着，每个节点通过多次传输时间请求消息来求解传输延迟的差异；最后，根据传输延迟的差异，每个节点校准自己的本地时钟。

无线传感器网络中的时间同步机制研究随着科技的发展，无线传感器网络已经成为现今智能化生活中不可或缺的组成部分。

然而，由于各个节点的分散部署以及传输延迟、时钟漂移等问题，节点之间的时间同步成为了无线传感器网络关键的技术挑战之一。

本文将探讨在无线传感器网络中时间同步的机制研究。

一、时间同步的意义无线传感器网络中的时间同步，主要是为了保证节点之间网络数据的可靠传输，确保数据的正确性和一致性。

比如煤矿企业使用无线传感器网的监控系统，如果各个传感器节点的时间不同步，就会导致监测数据不准确，甚至影响煤矿的安全生产。

二、时间同步的挑战无线传感器节点的数量很大，一般每个节点都有自己的时钟，由于各个节点分散部署且室内外环境不同，会面临时钟漂移和频率不同步等问题。

若节点之间没有时间同步机制，将会导致网络数据传输时覆盖率降低，数据传输效率降低，还可能导致数据的错误传输等问题。

三、时间同步机制的现状目前时间同步机制主要有GPS同步、Beacon同步、时钟频率修正同步等。

其中GPS同步是通过接收GPS卫星信号，调节节点的时钟来实现同步，而Beacon同步是利用信标在网络节点之间同步，时钟频率修正同步则是通过时钟线性和偏移量等差错修正方式进行同步的。

1. GPS同步GPS同步方式是利用全球卫星定位系统，通过卫星信号和节点接收接收器，来实现节点之间的同步。

GPS同步精度很高，能够达到亚毫秒级别，而且GPS信号广泛覆盖，能在室内、室外等各种环境下使用。

然而，该同步方式需要一定的硬件设施支撑，且存在天气、天空、可见性等一系列限制因素，可能导致无法正常工作。

2. Beacon同步Beacon同步方式是通过在网络中部署多个特殊的节点，这些节点定期广播同步数据信息，其他节点通过定期接收Beacon节点广播的时间同步信息进行时钟同步。

Beacon同步较为简单，并且适应性很好，因为Beacon节点可以灵活部署在任何需要同步的地方。

但Beacon同步方式也有局限性，主要在于需要额外的与无线传感器节点无关的节点，网络复杂度变大。

无线传感器网络中的时钟同步算法研究一、引言无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布式的传感器节点组成的网络系统，用于监测、收集和传输环境中的数据。

时钟同步是无线传感器网络中的一个重要问题，它对于网络的可靠性和性能至关重要。

本文将介绍无线传感器网络中的时钟同步算法的研究进展。

二、时钟同步问题概述在无线传感器网络中，每个传感器节点都有自己的时钟，但由于各种因素的影响，如温度、电压等，节点的时钟会出现误差。

这些时钟误差会导致数据的不一致性和通信的不可靠性。

因此，时钟同步问题需要被解决，以确保节点的时钟能够保持一定的准确性和一致性。

三、时钟同步算法分类时钟同步算法可以分为两种类型：全局时钟同步算法和相对时钟同步算法。

1. 全局时钟同步算法全局时钟同步算法旨在使网络中的所有节点的时钟保持一致。

其中最为经典的算法是Flooding Time SynchronizationProtocol(FTSP)。

FTSP通过洪泛方式，将节点的时钟信息传递给其他节点，进而实现时钟同步。

然而，FTSP算法对网络资源的消耗较大，且易受到网络环境的影响。

2. 相对时钟同步算法相对时钟同步算法是指通过比较节点间的时钟差距，实现节点间的时钟同步。

一种常用的相对时钟同步算法是Timing-sync Protocol for Sensor Networks(TSPN)。

TSPN通过节点间的相对比较，计算出节点间的时钟差值，并以此来进行时钟同步。

相比于全局时钟同步算法，相对时钟同步算法更加灵活和适应性强。

四、时钟同步算法研究进展目前，无线传感器网络中的时钟同步算法研究已取得了一系列重要成果。

1. 时钟校准技术时钟校准技术是解决时钟同步问题的一种重要手段。

该技术主要包括外部校准和内部校准两类。

外部校准是通过与外界时间参照进行比较，对节点的时钟进行调整；内部校准是利用节点间的相对比较信息进行时钟校准。

无线传感器网络中的位置和时间同步技术研究随着移动通信、网络技术和微电子技术的迅猛发展，无线传感器网络成为了研究热点之一。

无线传感器网络由很多无线节点组成，这些节点能够采集和处理环境信息，并将处理后的结果传输至网络的其他节点。

在很多应用场景中，无线传感器网络的位置和时间同步是至关重要的。

本文将对无线传感器网络中的位置和时间同步技术进行一些探讨。

一、无线传感器网络的位置同步技术无线传感器网络中的位置同步技术是一项重要的研究内容。

在实际应用中，无线传感器网络一般用于需要定位的环境中，例如，地震采集、环境监测等。

无线传感器网络的位置同步技术可以将无线传感器节点通过计算方法同步，并确定节点的坐标，以便更好地监控所需监测的环境。

目前，常用的位置同步技术主要有两种：一种是基于超声波的技术，一种是基于无线电波的技术。

基于超声波的位置同步技术是通过节点之间相互发送超声波信号来实现同步。

该技术的优点是定位精度高，但需要大量的计算量和复杂的硬件设备。

基于无线电波的位置同步技术是利用无线电波在空气中的传播性质，通过测量信号的到达时间和发射时间来计算距离，并由此推算出节点的位置。

该技术比较简单，并且计算量小，但是定位精度不如基于超声波的技术。

二、无线传感器网络的时间同步技术无线传感器网络中的时间同步技术通常是将每个节点的时钟同步。

有时候，通过同步节点的时钟，可以使得节点之间能够进行有效的通信和协调，从而更好地完成采集和监测的任务。

目前，常见的时间同步技术有两种：一种是基于GPS的技术，一种是基于网络同步协议的技术。

基于GPS的时间同步技术是利用GPS中的时间信号，通过无线传感器节点和GPS接口的连接来实现时间同步。

虽然定位错误率极低，但是成本相对较高，并且无法在某些环境中使用，例如室内。

基于网络同步协议的时间同步技术是通过网络中的一个节点发送时间信号，来对网络中的其他节点的时钟进行校准，并达到时间同步的效果。

该技术的优点是成本较低，形式更加简洁，且支持室内应用。

无线传感器网络中的时间同步技术研究无线传感器网络是由许多小型传感器节点组成的自组织网络，这些节点能够通过无线方式进行通信和数据传输。

在传感器网络中，时间同步是一个重要的研究领域。

准确的时间同步对于许多应用来说至关重要，例如事件定位、数据融合和协调传感器节点的行为。

因此，无线传感器网络中的时间同步技术的研究变得尤为重要。

无线传感器网络中的时间同步技术的目标是使网络内所有节点的时钟相互同步，以确保节点在同一时间点上进行操作和通信。

然而，由于传感器节点之间的通信受到无线信号的干扰和传播延迟等问题的影响，实现准确的时间同步是一项具有挑战性的任务。

目前，主要有两种方法用于实现无线传感器网络中的时间同步：基于硬件的方法和基于协议的方法。

首先，基于硬件的方法通过使用具有高精度时钟和呈线性增加的稳定性的震荡器来提供时间同步。

这种技术通常会增加传感器节点的成本和能耗，并且只适用于小规模传感器网络。

然而，基于硬件的方法可以提供很高的时间同步精度，并且不受网络延迟和通信干扰的影响。

另一种方法是基于协议的方法，它使用分布式算法来实现时间同步。

这些算法通常利用节点之间的通信和相对时延信息来进行同步。

一种常用的基于协议的时间同步算法是基于根节点的时间同步，其中一个节点被指定为根节点，其他节点通过与根节点的通信来同步时间。

这种方法适用于大规模传感器网络，并且可以通过调整与根节点通信的延迟来实现时间同步。

此外，一种被广泛使用的基于协议的时间同步算法是基于时隙的算法，例如时隙同步协议（Time-Slotted Synchronization Protocol）。

在时隙同步协议中，时间被划分为时隙，节点在特定的时隙内进行通信和数据传输。

通过对时隙进行调整，节点之间的时钟可以实现同步。

这种算法适用于动态网络环境，并能够在节点加入或退出网络时进行自适应。

除了上述方法，还有一些其他的时间同步技术正在被研究和开发。

例如，一些研究人员探索使用GPS（全球定位系统）来提供高精度的时间同步。

无线传感器网络TPSN-RBS联合时间同步算法姜帆;郑霖【摘要】针对大规模多跳传感器网络节点间所存在的同步误差及其累积误差问题,提出了一种基于加权最小二乘法的TPSN-RBS联合时间同步算法.该算法充分利用可监听到的消息,通过加权最小二乘法估计得到节点逻辑时钟的时间偏移和频率偏移的最优解.用Cramér-Rao下界对本算法进行性能分析,同时与TPSN算法进行仿真对比,结果表明:该算法提高了节点间的同步精度,且在节点密集的大规模无线传感器网络中,在保证较低通信量的同时降低了累积误差.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】5页(P149-152,160)【关键词】无线传感器网络;时间同步;加权最小二乘法【作者】姜帆;郑霖【作者单位】无线宽带与信号处理重点实验室,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;无线宽带与信号处理重点实验室,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TP393时间同步是无线传感器网络(WSNs) 的一项重要支撑技术，时间同步在很多方面都有广泛的应用。

从目前的研究成果来看，无线传感的网络中的时间同步技术主要可以分为基于发送者—接收者的同步 (sender-receiver synchronization,SRS)机制[1]，这种算法单跳同步精度比较高，但是需要多次的时间信息收发，因此,需要较大的通信量和存储空间。

基于接收者的同步(receiver-only synchronization,ROS) [2]，以及基于接收者—接收者的同步 (receiver-recei-ver synchronization,RRS)机制[3]，这些算法很难做到同时兼顾同步精度和能耗，且这些算法的同步误差随跳距累积，难以扩展到大规模高密度无线传感器网络。

无线传感器网络中的时间同步与路由技术无线传感器网络（WSN）是由许多分布在广阔区域的无线传感器节点组成的网络。

这些节点能够感知并收集环境中的数据，并将其传输到指定的目标节点。

时间同步和路由技术是使得无线传感器网络正常运行的两个关键方面。

时间同步是指在无线传感器网络中对所有节点的时间进行同步，确保节点之间的数据收集和传输在一个统一的时间参考下进行。

在实际应用中，无线传感器节点通常是通过无线信号相互通信的，而无线信号传输有不可忽视的时间延迟。

如果节点之间的时间不同步，就会导致节点之间的通信出现问题，从而影响数据的准确性和有效性。

无线传感器网络中的时间同步技术可以分为两种类型：基于外部时钟的同步方法和基于节点自身的同步方法。

基于外部时钟的方法利用外部时钟源（例如，全球定位系统）作为时间的参考，将各个节点的本地时钟与外部时钟进行同步。

这种方法的优势在于能够实现高精度的时间同步，但是需要额外的硬件和复杂的安装过程。

基于节点自身的方法则通过节点之间的相互通信来实现时间同步，节点通过相互交换数据包来调整自身的时钟。

这种方法的优势在于简单易用，但是时间同步精度较低。

路由技术是指在无线传感器网络中确定数据从源节点到目标节点的传输路径。

由于传感器节点通常分布在广阔的区域中，节点之间的通信距离有限，因此需要选择合适的路由路径来确保数据的可靠传输。

常用的路由技术包括单播路由、多播路由和广播路由等。

单播路由是指将数据从源节点传输到目标节点的最短路径，目标节点为单一节点。

在选择单播路由时，通常会考虑节点的能量消耗、网络拓扑结构和网络负载等因素，以实现高效的数据传输。

多播路由是指将数据从源节点传输到多个目标节点的路径。

多播路由通常用于需要将数据广播到多个接收节点的场景，例如多个节点需要共享某些数据的情况下。

广播路由是指将数据从源节点向网络中的所有节点广播的路径。

广播路由通常用于向网络中的所有节点发送控制信息或者同步时间信息等。