面向大规模自组网的轻量级时间同步方法研究

摘要

随着无线传感网的不断发展、应用，无线传感网技术也受到越来越多的关注。作为无线传感网技术的关键技术之一，时间同步技术是数据融合、节点定期唤醒等众多技术的基础。时间同步技术被广泛地用于提高网络中节点的时间同步精度。现在面向大规模自组网的时间同步算法存在不能较好的平衡同步精度和同步开销，对节点的内存占用量较大、计算复杂度较高等问题，所以本文在总结无线传感网特点、时钟模型、时间戳技术和当前时间同步算法的基础上，设计了一种面向大规模无线自组网的高精度轻量级时间同步算法(LTSP)。
　　本文首先对当前无线传感网中的时间同步算法进行了总结和对比，发现利用调度机制可以提高网络资源利用率并且降低碰撞概率;利用单向时间同步机制能够降低网络同步开销。本文设计的轻量级时间同步算法通过采用调度机制实现了节点在特定超帧时隙的信息交互;通过引入子节点相对于父节点的单位时间偏移，实现了节点间较高精度的时间同步;通过周期性地同步操作，实现了对节点时钟参数的迭代更新，提高了算法的同步精度。
　　本文在实现节点间时间同步的基础上，在LTSP算法中进一步添加周期自适应机制。LTSP算法根据子节点反馈的同步精度，进行时间同步周期的调整。在满足网络正常信息交互的前提下，实现网络中同步周期的最大化，进一步减少网络同步开销。仿真实验表明，改进LTSP算法能够较为灵活地调整节点的同步周期，有效地降低同步能耗。

目录

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摘要

第1章 引言

1．1 无线传感网概述

1．1．1 无线传感网研究背景

1．1．2 无线传感网特点和体系结构

1．1．3 无线传感网关键技术

1．2 无线传感网中的时间同步

1．2．1 时间同步技术概述

1．2．2 时间同步技术研究现状

1．2．3 大规模自组网时间同步技术研究现状

1．3 论文研究目的

1．4 主要研究内容及创新点

1．5 论文的组织结构

第2章 无线传感网中的时间同步技术

2．1 节点时钟模型

2．2 同步报文延时

2．3 时间戳技术

2．4 经典的时间同步协议

2．4．1 基于接收-接收的同步机制

2．4．2 基于发送-接收的双向同步机制

2．4．3 基于发送-接收的同步机制

2．4．4 经典时间同步协议总结对比

2．5 新兴时间同步协议

2．5．1 基于物理脉冲耦合的同步协议

2．5．2 基于调度的同步协议

2．5．3 分布式同步协议

2．5．4 混合时间同步协议

2．5．5 特殊用途时间同步协议

2．6 本章小结

第3章 轻量级时间同步算法

3．1 问题提出及技术方案

3．2 LTSP时间同步算法

3．3 LTSP性能分析

3．3．1 物理实验载体和测试分析

3．3．2 基于NS2的网络仿真

3．4 本章小结

第4章 改进LTSP协议及应用

4．1 问题提出

4．2 周期自适应调整机制

4．3 改进LTSP的同步性能分析

4．4 大规模无线自组网的应用测试

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 下一步研究方向

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文