第２９卷 第４期 哈尔滨师范大学自然科学学报 Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．４ ２０１３ ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥＳ Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
无线传感器网络ＦＴＳＰ时间同步算法研究及改进水
叶宇光
（泉州师范学院）
【摘要】时间同步是无线传感器网络的关键技术之一，在分析ＦＴＳＰ算法的 基础上，提出一种同步误差更小、精度更高的改进算法，并且使用ＮＳ２仿真工具对
改进算法进行仿真，实验结果表明改进后的算法能有效提高网络的同步精度．
【关键词】无线传感器网络；时间同步；ＦＴＳＰ；线性回归
０ 引言
时间同步是需要协同工作的无线传感器网 络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）系统的一个关
键技术，很多ＷＳＮ的应用都需要时间同步，比如
节点定位、数据融合等．网络时间协议（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＮＴＰ）是目前因特网上应用最广泛
的时间同步协议，但并不适用于能量有限、通信
和计算能力都有限的ＷＳＮ．随着对ＷＳＮ的研究 不断深入，研究人员提出了很多时间同步算法，
常用的有：ＲＢＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａ．
ｔｉｏｎ）算法¨ 、ＴＰＳＮ（Ｔｉｍｉｎｇ—Ｓｙｎｃ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ
Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）算法 、ＤＭＴｓ（Ｄｅｌａｙ Ｍｅａｓｕｒｅ．
ｍｅｎｔ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）算法 和ＦＩ＇ＳＰ （Ｆｌｏｏｄｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）算法 Ｊ
等．ＲＢＳ算法使用不分级单向广播方式实现多接 收节点间的同步，ＲＢＳ只记录接收方时标，这可
以消除发送端时延，取得较高的同步精度，但计 算量和同步开销都较大，能耗也较高．ＴＰＳＮ算法
使用分级双向同步方式，同步精度比ＲＢＳ算法
高出近一倍，但是ＴＰＳＮ没有漂移补偿，这使节 点需要频繁进行时间同步，因此通信开销和能耗
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用 ２０ １ １，４７（６） ９９
低功耗无线传感器网络时间同步方法 邓亚平，王旭 ＤＥＮＧ Ｙａｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｕ 重庆邮电大学计算机科学与技术学院，重庆４０００６５ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６５，Ｃｈｉｎａ ＤＥＮＧ Ｙａｐｉｎｇ．ＷＡＮＧ Ｘｕ．Ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．２０１１，４７（６）：９９・１０１． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ），ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｕｇｅ ｍｅｓｓａｇｅ ｃｏｓｔ ｉｎ ｍｏｓｔ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｎｅ－ｔｉｍｅ ｍｅｓｓａｇｅ ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｍａｉｎｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｄｒｉｆｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ｈｅａｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｎｅｔｉｍｅ ｐａｉｒ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ｈｅａｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｍｂｅｒｓ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｗｅｌｌ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｓｓａｇｅ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｍｅｓｓａｇｅ ｃｏｓｔ 摘要：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。 关键词：无线传感器网络；时间同步；频偏；同步精度；信息开销 ＤＯＩ：１０．３７７８￣．ｉｓｓｎ．１００２．８３３１．２０１１．０６．０２７ 文章编号：１００２—８３３１（２０１１）０６．００９９．０３ 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＰ３９３
第３４卷第２期
２００７年６月 黑龙江水专 学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊ ｉａｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．２
Ｊｕｎ．．２００７
文章编号：１０００—９８３３｛２００７｝０２—０１１８—０３
无线传感器网络中基于层次时间同步算法
金 虎
（黑龙江大学计算机科学技术学院，哈尔滨１５００８０）
摘要：介绍了时钟同步算法在无线传感器网络中的应用及需求，并分析了性能参数和时间同步的误差。阐述了基于层次的传感 器网络时间同步算法。 关键词：无线传感器网络；时间同步；算法 中图分类号：ＴＰ２ｌ２ 文献标识码：Ａ
Ｂａｓｅ Ａｄｍｉｓｌ ＂Ｌｅ，．Ｉｓ’Ｔｉ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚ￣＂Ｂａｓｅ ｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ Ｌｅｖｅｌｓ １ ｌｍｅ ｂｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｊ
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ
ＪＩＮ Ｈｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｌｒｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｅｒｅ ｉｎ—
ｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｍｅｔｒｉｃｓ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ．Ｂａｓｅ ｏｎ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ
ｌｅｖｅｌｓ’ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
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）。
