一种轻量级主动式的无线传感器网络时间同步算法

摘要

传感器技术、无线通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大支柱，它们分别完成对被测量对象的信息提取、信息传输以及信息处理三种功能。 无线传感器网络是一种新兴的技术理念，本质特点就是将数据的采集、处理和传输融于一体，极大扩展了人与自然的交互范畴和方式，在人类社会中有着广泛应用前景。 时间同步是无线传感器网络的一项重要支撑技术，无线传感器网络的许多应用和关键技术都是以网络中传感器节点保持时间同步为基础的。 本文介绍了时间同步原理以及无线传感器网络时间同步的研究现状，列举了3种经典的同步算法，包括TPSN、DMTS和RBS算法，并分析了各自原理和特征。 在此基础上，本文针对智能家居中的自动抄表应用AMR（AutomaticMeterReading）应用，提出了一种轻量级主动式的WSN时间同步算法，并在Mambo硬件平台（MSP430单片机、CC2420通信芯片）以及软件平台（TinyOS操作系统）上实现了该算法。 最后，通过实际测得的数据，验证了该算法在功能、精度等方面基本满足AMR应用的实际需求。

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声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究对象

1.3国内外研究现状

1.3.1无线传感器网络发展历程

1.3.2无线传感器网络研究现状

1.3.3时间同步研究现状

1.4论文的主要工作

1.5论文组织结构

第2章无线传感器网络综述

2.1传感器节点体系结构

2.1.1硬件组成

2.1.2操作系统

2.2无线传感器网络协议栈

2.3无线传感器网络特点以及面临的挑战

2.3.1无线传感器网络特点

2.3.2无线传感器网络面临的挑战

2.4无线传感器网络应用领域

第3章无线传感器网络时间同步基本原理

3.1时间同步概述

3.2传感器节点时间模型

3.3时间同步基本原理

3.4影响时间同步的因素

3.5时间同步算法的评价指标

第4章时间同步算法的研究与分析

4.1时间同步算法分类

4.2典型时间同步算法

4.2.1TPSN算法分析

4.2.2 DMTS算法分析

4.2.3 RBS算法分析

4.3几种同步算法的比较

第5章一种轻量级的主动式时间同步算法

5.1应用背景

5.2算法描述

5.3算法实现

5.3.1软件时钟的构造

5.3.2程序流程

5.4实验数据分析

5.4.1硬件平台及操作系统

5.4.2过程分析

5.4.3单跳误差分析

5.4.3多跳误差分析

5.5 小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2进一步研究计划

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与的科研项目