无线传感器时间同步技术TPSN协议

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时钟同步技术研究时钟同步在无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）中具有重要意义。

WSNs由大量分布在监测区域内的低功耗无线传感器节点组成，这些节点通常被用于采集环境数据、感知事件并将其传输到控制中心。

在这些应用中，节点之间的时钟同步对于数据的准确采集和时间序列分析至关重要。

本文将介绍无线传感器网络中的时钟同步技术研究。

传感器网络中的时钟同步问题主要包括全局时钟同步和局部时钟同步两种。

全局时钟同步是指在整个网络中节点的时钟被调整到一致，而局部时钟同步是指在一些子区域内的节点的时钟被调整到一致。

全局时钟同步的目标是使得网络中的所有节点的时钟误差在可接受的范围内。

在WSNs中，节点的时钟通常由晶振产生，而晶振的频率不同会导致节点之间时钟的不一致。

为了实现全局时钟同步，研究者们提出了许多时钟同步算法，包括Flooding Time Synchronization Protocol (FTSP)、Reference Broadcast Synchronization (RBS)、Timing-sync Protocol for Sensor Networks (TPSN)等。

FTSP是一种基于洪泛的时钟同步协议，节点通过广播消息来同步时钟。

RBS通过引入参考节点的方式来实现时钟同步，参考节点将时间信息广播给其他节点。

TPSN是一种树型拓扑的时钟同步协议，通过树状的时间戳广播来实现节点的时钟同步。

局部时钟同步的目标是在一部分子区域内使得节点的时钟保持一致。

局部时钟同步在许多应用场景中都是非常重要的，比如在无线传感器网络中的事件检测、协同通信等。

为了解决局部时钟同步问题，研究者们提出了一些具有高效性和可扩展性的时钟同步算法，比如PairwiseBroadcast Synchronization (PBS)、Gradient-based Time Synchronization Protocol (GTSP)等。

计算机系统结构论文：结合路由服务的无线传感器网络按需时间同步协议【中文摘要】在无线传感器网络的众多技术中时间同步技术成为其重要支撑技术,其重要性是由无线传感器网络的特点决定的。

众所周知,时间同步是在分布式系统中使用率非常高的一项技术,它涉及到系统中各节点对分布式任务的协同合作,每个节点的内部时钟偏差使得这种协同合作几乎成为不可能。

由于每个传感器节点的能量受限,数据传输率不高,因此在无线传感器网络中不能采用像在因特网上已经广泛使用的NTP协议和GPS等能量损耗较大的复杂技术,必须设计出一种简单、方便、能耗低的时间同步协议。

基于以上考虑,已有许多符合无线传感器网络QoS的时间同步协议问世,它们各有利弊。

比较典型的有RBS、TPSN、LTS、TS/MS、DMTS、FTSP等。

本文在已被广泛认可的TPSN(Timing-sync Protocol for Sensor Networks)和RBS (Reference-Broadcast Synchronization)等时间同步协议基础上,结合无线传感器网络中网络层已比较完善的路由协议,提出了一种结合路由服务的按需时间同步协议OTPRS(On-demand Timing-sync Protocol with Routing Serv...【英文摘要】Time synchronization technology has become an important supporting technology in the wireless sensor network, the characteristics of wireless sensor networks determine the importance. As we all know, time synchronization in distributedsystems is a technique with very high utilization, which involves the distributed task collaboration of each node in the system, the internal clock skew of each node makes this collaboration is almost impossible. Since each sensor node’s energy is limited, the data transmit r...【关键词】无线传感器网络时间同步 TPSN RBS 路由协议 GPSR 按需【英文关键词】Wireless Sensor Network Time Synchronization RBS TPSN Router protocol On-demand【目录】结合路由服务的无线传感器网络按需时间同步协议中文摘要5-6Abstract6 1 绪论9-12 1.1 研究背景9-10 1.2 研究内容和目标10 1.3 主要工作及组织结构10-12 2 无线传感器网络及其时间同步协议综述12-29 2.1 无线传感器网络的基本特征及其应用12-14 2.1.1 无线传感器网络的基本特征12-13 2.1.2 无线传感器网络的基本应用13-14 2.2 无线传感器网络的体系结构14-19 2.2.1 无线传感器网络结构14-16 2.2.2 无线传感器网络中传感器节点的结构设计16-18 2.2.3 无线传感器网络的协议栈18-19 2.3 无线传感器网络的时间同步19-22 2.3.1 无线传感器网络时间同步的意义及特点19-20 2.3.2 时间异步的主要原因20-21 2.3.3 单跳延时分析21-22 2.4 无线传感器网络各种时间同步协议22-29 2.4.1 无线传感器网络时间同步协议分类方法22-23 2.4.2 几种典型的无线传感器网络时间同步协议23-29 3 一种结合路由服务的按需时间同步协议29-44 3.1 按需时间同步的设计思想29-30 3.2 结合路由服务的按需时间同步协议OTPRS30-39 3.2.1 OTPRS实现细节30-32 3.2.2 OTPRS误差分析32-36 3.2.3 OTPRS 多跳误差分析36-38 3.2.4 使用OTPRS协议的数据融合技术误差分析38-39 3.3 结合路由服务的按需时间同步协议OTPRS 仿真分析39-44 3.3.1 单跳时间同步协议仿真及误差分析39-41 3.3.2 多跳时间同步协议仿真及误差分析41-44 4 基于地理位置的贪婪路由协议的改进44-52 4.1 GPSR算法的实现44-46 4.2 一种改进的自适应的贪婪地理路由协议46-48 4.3 路由协议仿真结果及分析48-52 5 结论与展望52-53参考文献53-57在校期间发表的论文、科研成果等57-58致谢58。