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第四章_2_-无线传感器网络的支撑技术-时间同步4学时

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WSN选择题

WSN选择题

1.无线传感器网络的组成模块分为：通信模块、（）、计算模块、存储模块和电源模块。

AA．传感模块B。

ARM模块C网络模块D实验模块2.在开阔空间无线信号的发散形状成（）。

AA球状B网络C直线D射线3.当前传感器网络应用最广的两种通信协议是（）dA .IEEE802.15B .IEEE802.16C .IEEE802.10D .IEEE802.144.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结构，下列哪种不是。

DA星型结构B网状结构C簇树型结构D树形结构5.下面不是传感器网络的支撑技术的技术。

BA定位技术B节能管理C时间同步D数据融合6.下面不是无线传感器网络的路由协议具有的特点？DA．能量优先B.基于局部拓扑信息C.以数据为中心D预算相关7.下面不是限制传感器网络有的条件？CA电源能量有限B通信能力受限C环境受限D计算和存储能力受限8.（）技术是一种面向自动化和无线控制的低速率、低功耗、低价格的无线网络方案。

CA.WANB.Ad hocC.ZiggbeeD.TinyOS9.网络连接度是所有节点的邻居数目的()，它反映了传感器配置的密集程度。

AA.平均值B.最大值C.最小值10. 传感器一般由（）、转换原件和基本转换电路组成。

AA.敏感原件B.红外原件C.单片机D.ARM模块11.传感器节点通信模块的工作模式有（）、接收和空闲。

AA．发送B. 启动C.认证D.互联12.传感器节点的能耗主要集中在（）模块。

CA．连接B.电池C通信D.传感13.主动反击能力是指网络安全系统能够主动地限制甚至消灭入侵者，下面不是具备的能力DA．入侵检测能力B.隔离入侵者能力C.消灭入侵者能力D.恢复能力14.对传感器网络物理层的攻击主要有：隔离入侵者能力和（）。

CA．入侵检测能力B.自检入侵者能力C.消灭入侵者能力D.恢复能力15.IEEE 802.15.4标准,主要应用于物理层和（）。

CA.应用层B.传输层C.介质访问控制层D.网络层16.下面不是无线传感器网络可以选择的频段。

无线传感器网络复习资料

无线传感器网络复习资料

无线传感器网络复习资料第一章概述1、什么是无线传感器网络?无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。

另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。

3、传感器网络的体系结构包括哪些部分？各部分的功能分别是什么？（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。

它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。

包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。

这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。

（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。

包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。

第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。

敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。

转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。

基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。

另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。

2、集成传感器的特点是什么?体积小、重量轻、功能强、性能好。

课件--4.2无线传感网络支撑技术

课件--4.2无线传感网络支撑技术
④ 节点密度。节点密度通常以网络的平均连通度来表示，许多定位算法的精度受节点密度的影响。节 点密度增大会增加网络部署费用，而且会因为节点间的通信冲突问题带来有限带宽的阻塞。
⑤ 容错性和自适应性。定位系统和算法都需要比较理想的无线通信环境和可靠的网络节点设备。而真 实环境往往比较复杂，会出现节点失效或节点硬件受精度限制而造成距离或角度测量误差过大等 问题，因此，定位系统和算法必须有很强的容错性和自适应性，对无线传感器网络进行故障管理， 减小各种误差的影响。
《物联网技术》
定位技术
（3）基于测距的定位技术
不基于测距的技术虽然精度较低，但是对大多数应用已经足够，因为其拥有造价低、低功耗的 显著优势，所以在WSN中备受关注。
② 基于锚节点的定位技术和无锚节点的定位技术 基于锚节点的定位技术在定位过程中，以锚节点作为参考点，各节点定位后产生整体的绝对坐
标系统。无锚节点的定位技术只关心节点间的相对位置，在定位过程中各节点先以自身作为 参考点，将邻近的节点纳入自己定义的坐标系中，相邻的坐标系统依次转换合并，最后产生 整体相对坐标系统。 ③ 粗粒度定位技术和细粒度定位技术根据计算所需信息的力度划分。 细粒度定位计算所需的信息包括信号强度、时间等，而基于跳数和与锚节点的接近度来度量的， 则是粗粒度定位。
《物联网技术》
定位技术
（2） 定位性能评价标准
无线传感器网络定位性能的评价标准主要有定位精度、覆盖范围、锚节点密度、网络的容错性和鲁 棒性以及功耗位置精度指标以外，还有刷新速度、功耗和定位实时性等指标。
① 定位精度。定位精度是定位系统最重要的指标，精度越高，则技术要求越严，成本也越高。定位 精度指提供的位置信息的精确程度，它分为相对精度和绝对精度。绝对精度是测量的坐标与真实 坐标的偏差，一般用长度计量单位表示。相对误差一般用误差值与节点无线射程的比例表示，定 位误差越小，定位精确度越高。

物联网技术与应用第四章

物联网技术与应用第四章

4.3 无线传感器网络的通信协议
3）网络层
网络层主要负责路由生成与路由选择，主要功能包括分组路由、网络互联、拥塞控制等。路由协议的任务 是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠地传输数据。
4）传输层
传输层负责无线传感器网络中的数据流传输控制和维护，保证通信服务质量。传输层提供无线传感器网络 内部以数据为基础的寻址方式变换为外部网络的寻址方式，也就是完成数据格式的转换。
当无线传感器网络需要与其他类型的网络连接时，可以采用传统的TCP或UDP协议。但在无线传感器网络 的内部不能使用这些传统协议，因为传统网络的TCP或UDP协议会消耗大量的能量、计算和存储资源，因此不 适用于无线传感器网络。目前无线传感器网络常用的协议有慢存入快取出协议（PSFQ）和可靠的事件传输协议 （ESRT）。
4.2 无线传感器网络的特点
（4）节点资源有限。传感器节点采用嵌入式处理器和存储器，使用电池为节点供电，由于受到价格、 体积和功耗的严格限制，因此在实现各种网络协议和应用系统时，节点资源非常有限，具体表现为电源能 量有限、计算和存储能力有限、通信能力有限。 （5）安全性和可靠性。通过随机撒播传感器节点，无线传感器可大规模部署于指定的恶劣环境或人类 不宜到达的区域。由于节点可能工作在无人值守的露天环境中，遭受日晒、风吹、雨淋，甚至遭到人或动 物的破坏和入侵者的攻击，并且维护起来十分困难，这些都要求传感器节点非常坚固、不易损坏，能够适 应各种恶劣环境条件。因此，无线传感器网络在软硬件设计上必须要有较高的鲁棒性和容错性，来提高网 络的安全性和可靠性。 （6）多跳路由。网络中节点的通信距离一般在几十到几百米范围内，节点只能与它的邻居直接通信。 如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。无线传感器网络中的多 跳路由是由普通网络节点完成的，没有专门的路由设备。这样每个节点既可以是信息的发起者，也可以是 信息的转发者。

第四章 传感器网络的支撑技术

第四章 传感器网络的支撑技术
网络部署后，由根节点广播级别发现分组来启动层次发现阶段，级别 发现分组包含节点的ID和级别
邻居节点收到分组后，将自己的级别设置为分组中的级别加1，然后 广播新的级别发现分组
节点收到第i级节点的广播分组后，记录发送这个广播分组的节点ID ，设置自己的级别为（i+1），广播级别为（i+1）的分组，这个过程 持续到网络内每个节点都被赋予一个级别
层次结构建立以后，根节点通过广播时间同步分组启动同步阶段
第1级节点收到分组后，各自分别等待一段随机时间，再通过与根节 点交换消息同步到根节点
第2级节点侦听到第1级节点的交换消息后，等待一段随机时间，再与 它记录的上一级别的节点交换消息进行同步，网络中的节点依次与上 一级节点同步，最终都同步到根节点
... ...
时钟模型
硬件时钟模型 软件时钟模型
硬件时钟模型
硬件时钟由电池+硬件电路来实现 硬件时钟是独立运行的，通常比较精确 不适应环境变化剧烈的场合
温度漂移
软件时钟模型
它是由PC硬件产生的周期性的定时器中断来工作的
如果系统运行了太多的进程，它就需要较长的时间来执 行定时器中断程序，并且软件时钟就会漏掉一些中断。
节点一旦建立自己的级别，就忽略任何其他级别发现分组，防止网络 产生洪泛拥塞
TPSN协议过程
第二阶段 同步阶段（Synchronization Phase）
目的：实现所有树节点的时间同步，第1级节点同步到根节点，第i级 的节点同步到第（i-1）级的一个节点，最终所有节点同步到根节点 ，实现整个网络的时间同步
FTSP （Flooding Time Synchronization Protocol）
GCS （Global Clock Synchronization）

无线传感器网络中的节点定位与时钟同步技术

无线传感器网络中的节点定位与时钟同步技术

无线传感器网络中的节点定位与时钟同步技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布在特定区域内的无线节点组成的网络系统。

这些节点具有自主感知、信息处理和无线通信能力，能够实时感知环境信息并将其传输至中心节点或基站。

在WSN中，节点的定位和时钟同步是实现高性能和可靠性的关键技术。

节点定位技术是WSN中非常重要的一项技术，它可以提供节点的位置信息，从而实现对环境的精确监测和控制。

常用的节点定位技术可以分为基于信号强度的方法和基于几何方法两种。

基于信号强度的节点定位技术使用无线信号的传输强度来确定节点的位置。

这种方法利用信号在传输过程中的衰减和路径损耗进行位置估计。

常见的基于信号强度的节点定位方法有最小二乘法（Least Squares，LS）、加权最小二乘法（Weighted Least Squares，WLS）和贝叶斯推断等。

这些方法能够通过对信号强度进行测量和分析，实现对节点位置的估计和定位。

基于几何的节点定位技术则是利用节点之间的几何关系来确定位置。

这种方法通过节点之间的距离或角度信息，使用三角测量或多边测量等几何原理进行位置估计。

常用的基于几何的节点定位方法有距离测量法（Distance Measurement）和角度测量法（Angle Measurement）。

这些方法通常需要节点具备较高的计算和通信能力，但能够获得较高的定位精度。

除了节点定位，时钟同步技术也是WSN中的关键技术之一。

在WSN中，节点之间的时钟偏差会导致通信的时序问题，进而影响协同处理和信息传递。

因此，实现节点之间的时钟同步，对于保证数据的准确性和网络性能至关重要。

常见的节点时钟同步方法有全局时钟同步和局部时钟同步两种。

全局时钟同步是指通过协议或算法，实现网络中所有节点的时钟完全一致，例如网络时间协议（Network Time Protocol，NTP）。

但是，由于WSN中节点具有资源受限和网络拓扑动态变化等特点，实现全局时钟同步存在一定的困难。

第四章 无线传感器网络的支撑技术


2
4.1 时间同步机制
4.1.1 时间同步的意义和特点

1、传感器网络时间同步的意义 无线传感器网络的同步管理主要是指时间上的同步管理。时 间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。 在分布式系统中，时间同步涉及 在分布式系统中 时间同步涉及“物理时间”和“逻辑时 物理时间 和 逻辑时 间”两个不同的概念。 分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时间。全 局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。 无线传感器网络时间同步机制的意义和作用主要体现在如下 两方面： 首先，传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测 和感知任务。 其次，传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现 其次 传感 络的 些节能方案 利 时间 步来实 的。
5
4.1.2 TPSN时间同步协议
传感器网络TPSN时间同步协议类似于传统网络的NTP协议，目的是提 供传感器网络全网范围内节点间的时间同步。 供传感器网络全网范围内节点间的时间同步 TPSN协议采用层次型网络结构。
1 TPSN协议的操作过程 1、TPSN协议的操作过程
TPSN协议包括两个阶段： 第一个阶段生成层次结构，每个节点赋予一个级别，根节点赋予最高级别 第0级，第i级的节点至少能够与一个第（i－1）级的节点通信； 第二个阶段实现所有树节点的时间同步，第1级节点同步到根节点，第i级 的节点同步到第（i－1）级的一个节点，最终所有节点都同步到根节点，实 现整个网络的时间同步。
6
2、相邻级别节点间的同步机制
邻近级别的两个节点对间通过交换两个消息实现时间同步。
7
2、相邻级别节点间的同步机制
边节点S在T1时间发送同步请求分 组给节点R 分组中包含S的级别和 组给节点R，分组中包含S的级别和 T1时间。节点R在T2时间收到分

无线传感器网络-第4章-传感器网络的支撑技术

• RBS参考广播同步机制 – 接收者－接收者同步机制 – 基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个 收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消 除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协 议的缺点是协议开销大。
• Tiny-Sync和Mini-Sync是两种简单的时间同步机制。 • TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络节点的
26
4.2.1 传感器网络节点定位问题
设节点i的估计坐标与真实坐标在二维情况下的距离差值
为Δdi，则N个未知位置节点的网络平均定位误差为：
1 N
N i 1
d
i
覆盖范围和位置精度是一对矛盾性的指标。
刷新速度是指提供位置信息的频率。
功耗作为传感器网络设计的一项重要指标，对于定位这项
服务功能，人们需要计算为此所消耗的能量。
20
4.2.1 传感器网络节点定位问题
位置信息有多种分类方法。位置信息有物理位置和符号位 置两大类。
物理位置指目标在特定坐标系下的位置数值，表示目标的 相对或者绝对位置。
符号位置指在目标与一个基站或者多个基站接近程度的信 息，表示目标与基站之间的连通关系，提供目标大致的所在 范围。
21
4.2.1 传感器网络节点定位问题
定位实时性更多的是体现在对动态目标的位置跟踪。
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4.2.1 传感器网络节点定位问题 4、定位系统的设计要点
在设计定位系统的时候，要根据预定的性能指标，在众多 方案之中选择能够满足要求的最优算法，采取最适宜的技术 手段来完成定位系统的实现。通常设计一个定位系统需要考 虑两个主要因素，即定位机制的物理特性和定位算法。
• 缺点
• 没有考虑根节点失效问题。 • 新的节点加入时，需要初始化层次发现阶段，级

第四章_2_-无线传感器网络的支撑技术-时间同步4学时

隔，并不需要事件发生的绝对时间。这种情况下，只需要 内同步（相对同步），网络必须内部一致，不需要它们与 外界标准时间保持一致性。
另一类应用要求外同步（绝对同步），即每个节点都 要与外部时间标度（如UTC）保持同步。通常的环境监控 或者需要数据存档的应用中，比较需要外同步，而且要求 的同步期限比较长。
时间同步的参考时间来源？
参考时间来源有两种情况： 外同步：标准参考时间来自于外部 内 同 步 ： 参 考 时 间 来 自 于 网 络 内 部 某个节点的时间
1．硬件时钟模式
在硬件系统的时钟计数中，计算时间的一个重要的公式是： 式中，w(t)是晶振的角频率，k是依赖于晶体物理特性的常量，t是真实时间 变量， c(t)是当真实时间为t时节点的本地时间。
4.2.1 时间同步模型
（1）节点本地时钟模型 在计算机系统中，时钟通常用晶体振荡器脉冲来度量:
4.2.1 时间同步模型
（1）节点本地时钟模型 两个主要参数：
4.2.1 时间同步模型
（1）节点本地时钟模型 在工程实践中，因为温度、压力、电源电压等外界环境的 变化，往往会导致晶振频率产生波动。因此，构造理想时 钟比较困难。 在一般情况下，晶振频率的波动幅度并非是任意的，而是 局限在一定的范围之内，为了方便描述和分析，定义如下 3种时钟模型:
第二种：相对同步，节点维护自己的本地时钟，周 期性地获取其邻居节点与本节点的时钟偏移，实现本 节点与邻居节点的时间同步
第三种：绝对同步，所有节点的本地时间严格同步， 等同于标准时间，这种情况对节点的要求最高，因此 实现也最为复杂
为什么要时间同步？
估计目标的运行速度和方向 数据融合需要时间同步 用户交互性需要 ……
（2）双向报文交换
双向报文交换时间校正技术复杂的多。节点i在本地时

《无线传感器网络技术概论》课程标准

《无线传感器网络技术概论》课程标准无线传感器网络技术概论课程标准课程简介本课程旨在为学生提供有关无线传感器网络的技术基础知识，包括它们的设计、实现和应用。

学生将了解无线传感器网络的特点和应用领域，熟悉无线传感器网络的硬件和软件设计，并研究如何在实际问题中应用无线传感器网络。

研究目标本课程主要目标是让学生熟悉无线传感器网络技术的基本概念和应用，包括：- 理解无线传感器网络的特点、工作原理以及基本组成部分；- 熟悉无线传感器网络的硬件设计、软件设计和通信协议；- 掌握无线传感器网络应用的基本方法和实践技巧；- 能够针对特定需求设计无线传感器网络应用，并具备实际应用能力。

课程内容第一章无线传感器网络的概述1.1 无线传感器网络的概念和特点1.2 无线传感器网络的应用领域1.3 无线传感器网络的组成部分第二章无线传感器网络的硬件设计2.1 无线传感器网络的节点2.2 无线传感器网络的传感器2.3 无线传感器网络的能量管理第三章无线传感器网络的软件设计3.1 无线传感器网络的操作系统3.2 无线传感器网络的编程语言3.3 无线传感器网络的仿真软件第四章无线传感器网络的通信协议4.1 无线传感器网络的协议栈4.2 无线传感器网络的MAC协议4.3 无线传感器网络的路由协议第五章无线传感器网络应用的基本方法和实践技巧5.1 无线传感器网络应用的实验平台5.2 无线传感器网络应用的程序设计5.3 无线传感器网络应用的实际应用案例教学方式本课程采用课堂讲授、实验、讨论等多种教学方式，强调理论与实践相结合，注重学生的探究与实践能力培养。

考核方式学生的考核将包括课堂表现、实验报告、设计案例报告以及课程论文等形式。

其中，实验和设计部分的考核占主要比重。

参考书目- 《无线传感器网络技术》- 《无线传感器网络与物联网》- 《无线传感器网络的设计与实现》。

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4.2.1 时间同步模型
（1）节点本地时钟模型 在计算机系统中，时钟通常用晶体振荡器脉冲来度量:
4.2.1 时间同步模型
（1）节点本地时钟模型 两个主要参数：
4.2.1 时间同步模型
（1）节点本地时钟模型 在工程实践中，因为温度、压力、电源电压等外界环境的 变化，往往会导致晶振频率产生波动。因此，构造理想时 钟比较困难。 在一般情况下，晶振频率的波动幅度并非是任意的，而是 局限在一定的范围之内，为了方便描述和分析，定义如下 3种时钟模型:
二级时间基准服务器
客户端
时间同步技术起源——NTP
• NTP不适合于WSN • 体积、计算能力和存储空间存在限制 • 目标不同：局部最优而非全局最优
WSN同步算法与协议设计
一跳 内 同步
全网 络
同步
点到点 同步
点到多点 广播同步
构建层次 逐跳同步
各自同步 协同优化
核心：消除关键路径引入 的误差
如何实现时间同步？
时间同步技术起源——NTP
到目前为止，时间同步技术的研究已经有了30年之久，最早的时间同步 机制是美国一所大学提出的网络时间协议（NTP）。NTP协议的时间同步 精度可以达到毫秒级，通过外界一个精准的时间源接收机，顶层的时间服 务器可以获得高精度的参考时间，并向全网内提供统一的时间服务。
课程目录
4.2 无线传感器网络时间同步技术 4.2.1 时间同步模型 4.2.2 时间同步协议
4.2.2 时间同步协议
1．时间同步的类别 时间同步一般理解为使许多节点的时钟显示相同的时
间，实际上有很多种不同类型的同步。 在为给定的应用选择同步算法时，要在最大程度满足
应用的同时尽可能将计算、存储，尤其是能量开销降到最 低。
时间同步的参考时间来源？
参考时间来源有两种情况： 外同步：标准参考时间来自于外部 内 同 步 ： 参 考 时 间 来 自 于 网 络 内 部 某个节点的时间
1．硬件时钟模式
在硬件系统的时钟计数中，计算时间的一个重要的公式是： 式中，w(t)是晶振的角频率，k是依赖于晶体物理特性的常量，t是真实时间 变量， c(t)是当真实时间为t时节点的本地时间。
4.2.2 时间同步协议
（2）同步期限：长期同步与按需同步 时间同步的同步期限是指同步要保持的时间长短。在
长期同步的情况下，维持同步的代价是很大的，随着时间 的推移，节点间误差逐渐增加，可能还需要周期性地再同 步。
按需同步是指传感器节点的时间在相关事件发生前后 进行同步，它不需要大量的维护同步的通信开销，节省了 通信带宽和节点能量。对一些传感器网络的应用，按需同 步效率更高。
假定 1 2 ，可计算出：

(T 4

T 3) (T 1 T 2)
2
(T 2 T 1) (T 4 T 3)
NTP协议
NTP协议层次型树形结构
UTC时间源
一级时间基准服 务器
一级时间基准服 务器
一级时间基准服 务器
二级时间基准服务器
客户端
二级时间基准服务器
二级时间基准服务器
时间同步技术起源——NTP
NTP协议采用的是分层结构，拓扑结 构如图所示，整个NTP协议分为三层结 构，其中A1、A2、A3为顶层的时间服 务器，B1、B2、B3为第二层时间服务 器，其余均为客户机。 第一层时间服务器通过地球观测卫星 或者位于科罗拉多的WWV短波电台获 得标准的UTC时间，其他层的时间服务 器或者客户机选择一个或者多个上一层 的时间服务器来同步本地时间，从而使 整个网络所有服务器和客户机时间同步。
4.2.1 时间同步模型
① 速率恒定模型。速率恒定模型假定时钟速率是恒定的， 即晶振频率没有波动发生。当要求的时钟精度远低于频率 波动导致的偏差时，该模型的假定应该是合理的。 ② 漂移有界模型。定义时钟速率 相对于理想速率1的偏差 为时钟漂移(drift) ，即 。 漂移有界模型在工程实践中非常有用，常用来确定时钟的 精度或误差的上下界。 ③ 漂移变化有界模型。该模型假定时钟漂移的变化
4.2.2 时间同步协议
2
（1）时钟速率同步与偏移同步 速率同步是指各个传感器节点测量所得的时间间隔相
等，在目标跟踪、定位等应用中，节点时钟速率同步是最 低的同步要求。
偏移同步是指传感器节点在当前时刻t的时钟时间显 示相等，即在时刻t传感器节点的时钟读出时间同为T，而 不管时钟速率是否同步，偏移同步对传感器网络中不同节 点间的时戳结合是必须的。
隔，并不需要事件发生的绝对时间。这种情况下，只需要 内同步（相对同步），网络必须内部一致，不需要它们与 外界标准时间保持一致性。
另一类应用要求外同步（绝对同步），即每个节点都 要与外部时间标度（如UTC）保持同步。通常的环境监控 或者需要数据存档的应用中，比较需要外同步，而且要求 的同步期限比较长。
4.2.1 时间同步模型
1．时钟模型 2．时间同步机制
4.2.1 时间同步模型
1．时钟模型 传感器网络中节点的本地时钟依靠对自身晶
振中断计数实现。 晶振的频率误差和初始计时时刻不同，使得
节点之间本地时钟不同步。 如果能估算出本地时钟与物理时钟的关系或
本地时钟之间的关系，就可以构造对应的逻 辑时钟以达成同步。 目前的逻辑时钟同步算法，同步精度已达到 1s，可以满足传感器网络中绝大部分应用的 需求。
时间同步技术关键问题
影响时间同步的传输时延 发送时间：发送方用于组装并将报文换交给发送方MAC层的时 间。 访问时间：指在发送方MAC层从获得报文后到获取无线信道发 送权的等待时间。 传送时间：发送方发送报文的时间，即从报文的第一个字节开 始发送到发送完最后一个字节的时间。 传播时间：报文从发送方以电磁波的形式传送到接收方所花费 的时间。 接收时间：接收方接收报文的时间。它和传送时间完全相同， 具有确定性。 接受时间：用于处理接收到的报文的时间。
2．软件时钟模式
在软件时钟模型中，也存在一个用于记录时钟脉冲的计数器，软件时钟模型 与硬件模型不同，它不直接修改本地时钟，而是根据本地时钟h(t)与真实时 间的关系来换算成真实时间的函数c(h(t))。c(h(t))=t0+h(t)−h(t0)就是一个最简 单的虚拟软件时钟的例子，实际应用中，软件时钟还要考虑到时钟漂移对时 钟的影响，因此更加复杂。
4.2.2 时间同步协议
（5）发送者－接收者同步与接收者－接收者同步 在进行发送者－接收者同步时，发送者在报文中嵌入
报文发送时间，而接收者在接收到报文后记录下接收时间， 并利用这些时间信息计算出收发双方的时钟偏移，进而达 到收发双方的时间同步。
接收者－接收者同步时，发送者发送一个同步报文到 多个接收者，这些接收者通过对同一个报文时间的比较， 计算出它们之间的时钟偏移，从而达到接收者一接收者同 步。
和
之间。由此可以确定节点i、j之间的时间
偏差为
假设上行报文和下行报文的时间延迟相
等，即
双向报文交换是应用很广泛的一种时间校正技术，精
度比较高。但是网络负载比较大，耗能较高，而且需要周
期性地执行同步过程。
4.2.1 时间同步模型
（3）广播参考报文
利用第三个节点k作为参考节点，发送时间同步的参
考广播报文给相邻的节点i和节点j。假设这个参考广播报
时间同步技术起源——NTP
通过上层服务器的标准参考时间，服务器利用一个闭 环控制系统来调整自己的本地时间
时间同步技术起源——NTP
客户端 T1 δ1
δ2 T4
服务器 T2 T3
假定客户端时钟比服务器时钟快θ
T 2 T1 1 T4 T3 2 1 2
文到达节点i和节点j的时间延迟相等
。节点j收到参
考广播报文后，立即发送包含有 信息的报文给节点i，
于是节点i就可以计算收到两条报文的时间间隔D为
广播参考报文的方法只能使节点间的时钟保持相对同步。
接收者-接收者同步模式：多个接收者利用发送者发送的同 步包在若干接收者之间进行同步，接收者-接收者模式缩短了 关键路径，避免发送者到接收者的关键路径过长而导致的不 准确的传输延迟估计。
发送者-接收者同步模式：发送者发送带有时间戳的同步包 给接收者，以此来同步接收者的时间。
这种模式的缺陷是不能够准确地估计算出报文的传输延迟，精度不高，通过 单个报文的传输不能够准确地估算传输延迟，并且假设报文传递过程中只有 传播延时，忽略了无线信道的许多不确定因素的影响 。
4.2.1 时间同步模型
（1）单向报文传递 类似于发送者-接收者同步模式
4.2.1 时间同步模型
（1）单向报文传递 节点i在本地时间 时刻向节点j发送一个报文， 包含时间戳 。假设节点j在本地时间 时刻收 到上述报文。节点j不知道报文的传递时延d，所 以只能对d进行估计，如果知道d的上界和下界， 则可以得到 进而估计节点i和节点j之间的时间偏差公式为
是有界的 时钟漂移的变化主要是温度和电源电压等因素发生变化所 引起的，一般变化速率相对缓慢，可以通过适当的补偿算 法加以修正。
4.2.1 时间同步模型
（2）节点逻辑时钟模型 任一节点i在物理时刻t的逻辑时钟读数可以表示为
其中， 为当前本地时钟读数， 为频率修正系数， 为初 相位修正系数。采用逻辑时钟的目的是对本地时钟进行一 定的换算以达成同步。为了同步任意两个节点i和j，构造 逻辑时钟有两种途径： ① 根据本地时钟与物理时钟等全局事件基准的关系进行
4.2.2 时间同步协议
（3）同步范围：全网同步与局部同步 同步范围是定义网络中哪些节点是需要同步的。在有
些情况下，范围可能纯粹是地理上的距离。而在其他情况 下，逻辑距离更有用，如网络中的跳数。根据不同的应用， 范围可能是网络中所有节点或者部分节点。
4.2.2 时间同步协议
（4）内同步和外同步 一些应用只需要记录事件发生的先后顺序以及时间间