关于无线传感器网络的时间同步技术探究

２００８年第３期　（总第１０３期）　大众科技　ＤＡＺＨＯＮＧ　ＫＥ　Ｊ　Ｎｏ．３，２００８　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　Ｎｏ．１　０３）　

线传感器　

时钟同步研究　

王　鹏　

（桂林电子科技大学电子工程学院，广西桂林５４１００４）　

【摘要】根据无线传感器网络（ＷＳＮ）时钟同步机制的作用及研究现状，针对大规模无线传感器网络提出了基于ＰＣＯ　同步模型的无线传感器网络时钟同步算法。由于ＰＣＯ模型同步机制的可扩展性极好，可以有效的消除上层干扰，可以只通过物　

理层的相互作用有效的完成同步，因此它非常适用于大规模无线传感器网络的时间同步。　

【关键词】无线传感器网络；时钟同步；ＰＣＯ同步模型　【中图分类号】ＴＮ３９３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—１１５１（２００８）０３—００１８—０２　

（一）引言　

节点集成了传感器、处理器、无线通信模块并以Ａｄ　Ｈｏｃ　

方式构成大规模传感器网络，网络中节点协作完成数据采集、　

融合处理，通信发送等任务。作为分布式自治系统，无线传感　

器网络具有高灵活性、强鲁棒性及高智能度等优点，可被广　

泛应用于国防、环保、交通、医疗，以及制造业等多个领域。　

时钟同步是无线传感器网络的一项重要支撑技术，传感器网　

络自身协议的运行及基于其上的应用，如：标记数据采集时　

间、时分多址接入、协同休眠、定位、数据融合等都需要网　

络中节点的时钟保持同步。无线传感器网络中节点众多，节　

点的能量、带宽、处理能力等相对受限，这就要求时钟同步　

算法必须具有扩展性好、低通信开销、低计算复杂度等特性。　（二）无线传感器网络节点时钟不同步的原因及　

研究现状　

几乎所有的节点的计时装置都有相同的结构：有一一个特　

定频率的晶体震荡器（Ｏｓｃｉ】】ａｔｏｒｓ）和一个计数寄存器　

（Ｃｏｕｎｔｅｒ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ），没出现一个震荡脉冲寄存器就增加１。　

只需要访问寄存器，并读取计数值就可以知道当前时间，两　

个计数的间隔就是时间分辨率（Ｔｉｍｅ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）。　

¨；　，　●　

无线传感器网络同步算法的研究与探讨　

徐雄伟，王平。徐世武。黄唏　

（福建师范大学物理与光电信息科技学院，福州３５０００７）　＊　

摘要：时间同步是无线传感器网络进行数据融合、ＴＤＭＡ调度、定位等基本应用的基础。从时间同步的概念和定义出　发，首先对几种经典的常用的时间同步算法及新型的萤火虫同步和梯度同步算法进行了介绍，然后主要分析分布式的时　

隙互同步算法，最后展望了未来时间同步算法的研究方向。　关键词：无线传感器网络；梯度同步；分布式时隙同步算法　

中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ＳｙｎｃｈｒＯｎｉｚａｔｉＯｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ￣　

Ｘｕ　Ｘｉｏｎｇｗｅｉ，Ｗａｎｇ　Ｐｉｎｇ，Ｘｕ　Ｓｈｉｗｕ，Ｈｕａｎｇ　ｘｉ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｏＥ１ｅｃｔｒ０ｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｊｉａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ＷＳＮ　ｉｎ　ｂａｓｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｄａｔａ　ｆｕｓｉｏｎ，ＴＤＭＡ　ｓｃｈｅｄ—　ｕｌｉｎｇ，ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒ０ｎｉｚａｔｉ０ｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｆｉｒｅｆｌｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｌｏｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉ０ｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　ｌｏｏｋｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．　

２００８年第２期　福建　电脑　８９　

无线传感器网络的多跳时间同步算法研究　

彭冬勤．周新莲　

（湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南湘潭４１１２０１）　

【摘要】：时间同步是传感器网络的一个热点，目前单跳时间同步趋于成熟，而多跳同步研究相对薄弱，具体表现在过　

大的能量开销和随跳数而累积的同步误差。本文对典型的传感器网络多跳时ｔ＇．－Ｉ同步算法进行论述，并指出了进一步的研究　

方向。　【关键词】：无线传感器网络；时间同步；多跳　

１．引言　无线传感器网络（ＷＳＮ）是由分布在物理空间上大量传感器　

节点通过自组织的方式构成网络，节点协作完成数据采集，融合　处理，通信发送等任务。作为分布式系统，无线传感器网络具有　

高灵活性。强鲁棒性等优点，被广泛应用于国防，环保，交通，医　疗以及制造业等多个领域『１１ｆ２】。时间同步已经成为无线传感器　

网络应用的重要组成部分。　

由于传感器节点的能量资源。计算能力．通信带宽，存储容　

量有限的特点使得传统网络时间同步算法ＧＰＳ和ＮＴＰ已经不　适用于无线传感器网络。目前已有针对无线传感器网络的一些　

基本时间同步算法．单跳同步已经趋于成熟，精度可达到１　ｓ，　而多跳的同步研究相对薄弱。现有的大多时间同步算法集中于　关注提高单跳的时间同步精度。然后扩展到多跳网络中，而忽略　

了过大的同步开销和随跳数增加而造成的累积误差。本文就目　前已有的典型多跳时间同步算法进行综述．其内容安排如下：第　

２部分详细介绍了目前典型的多跳时问同步算法．第３部分对　所述的同步算法分析比较．第４部分对下一步研究工作的展望。　

２．现有的典型多跳时间同步算法　

２．１　Ｉ＇ＰＳＮ算法　ＴＰＳＮ（Ｔｉｍｉｎｇ—Ｓｙｎｃ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）算法【３】　

是Ｇａｎｅｒｉｗａｌ等人提出的。采用发送者与接受者ｆｓｅｎｄｅｒ－ｒｅｃｅｉｖｅｒ）　之间成对同步的工作方式．并将其扩展到全网域的时间同步。　第一阶段为层次发现阶段（１ｅｖｅｌ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ　ｐｈａｓｅ）。根节点　

第３７卷　

、ｂ１＿３７　第２３期　

Ｎｏ．２３　计算机工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１１年ｌ２月　

Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２０１　１　

・网络与通信・　文章缩号｛１０００＿＿－３４２８（２０ｌ１）２３—＿０ｎ６＿＿０３　文献标识码ｔ　Ａ　中田分类号ｌ　ＴＰ３１１　

无线传感器网络时间同步算法研究　

阳韬　

（盐城工学院实验教学部，江苏盐城２２４０００）　

摘要：在洪泛时间同步协议的基础上，提出一种层次时间同步协议。该协议采用层次结构机制收集统计网络中每个节点的子节点数，消　

除叶子节点广播信息数据包的环节。仿真实验结果表明，该协议可以取得与洪泛时间同步协议一样的精确度，且能量消耗仅为洪泛时间同　

步协议的７４％。　关健诃：无线传感器网络；时间同步；网络时间协议；洪泛时间同步协议；层次时间同步协议　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｔｉｍｅ　Ｓｙｎｃｈｒ０ｎｉｚａｔｉ０ｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

ｆ０ｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　

ＹＡＮＧＴａｏ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　２２４０００，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｃａｌｌｅｄ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＨＴＳＰ）　

ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｌｏｏｄｉｎｇ　Ｔｉｍｅ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＦＴＳＰ）．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｃｈｉｌｄ　ｎｏｄｅｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｎｏｄｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｃｈｉｌｄ　ｎｏｄｅｓ，ｔｈｅ　ＨＴＳＰ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ