基于分簇的大规模WSN时间同步算法研究

摘要

无线传感器网络是一种新型信息收集、处理和传输技术，它信息技术的三个主要研究方向之一，另外两个方向为微机技术和通讯技术。目前，随着计算机技术、无线技术、传感器技术研究的不断深入和日趋成熟，无线传感器网络具有了广阔的应用前景，渗透到了工业生产和人们生活的各个方面。
　　时间同步技术是无线传感器网络的关键研究内容，传感器的其他通信协议都需要它的支撑，如节点定位、网络拓扑控制等。目前，单跳网络时间同步算法的研究已经比较成熟，而高密度化和大规模化已经成为无线传感器网络的发展趋势，这势必对多跳网络时间同步算法提出更高的要求。传统时间同步算法更多的将研究重心放在提高同步精度上，但存在着能耗高、误差累积等问题，因此，在多跳无线传感器网络中，不仅能保持优良的时间同步精度，而且能降低同步能耗以及克服误差随跳数增大而快速累积的问题，就成为了本文的研究方向。本文的主要工作如下：
　　(1)本文首先对无线传感器网络时间同步技术进行综述，然后介绍WSN时间同步的基本运行机制，并根据相关的性能指标比较分析几种典型的同步算法。
　　(2)提出一种基于分簇拓扑的时间同步算法。该算法的主要思路是：在构建网络结构阶段，采用优化的分簇路由协议LEACH算法完成建簇过程，在优化LEACH算法中，提出最优簇首数约束和多跳路由传输两个改进方案，提高LEACH算法的能耗性能，改善网络的使用寿命和信息传输效率。在簇首间同步阶段，采用FTSP改进算法实现时间同步，在FTSP算法中，存在节点泛洪信息冗余和线性回归算法容错性低两个问题，为了优化FTSP算法，提出一种节点过滤机制和一种线性拟合容错机制以减少泛洪节点数和过滤异常数据点。在簇内成员节点同步阶段，利用双向交互结合单向广播的同步机制完成同步。
　　(3)分别对优化LEACH算法和FTSP改进算法进行仿真，仿真结果表明：优化LEACH算法降低了节点死亡的速率，增长了网络的使用寿命；FTSP改进算法减少了泛洪节点数，并提高了同步精度。最后，将优化LEACH算法和FTSP改进算法综合运用于基于分簇的无线传感器网络时钟同步中，仿真结果表明：新算法降低了报文开销量，减少了能量消耗，并保证了优良的同步精度，一定程度上克服了误差随跳数增大而快速累积的问题。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3研究现状

1.4论文的组织和结构

第二章 无线传感器网络时间同步综述

2.1无线传感器网络概述

2.2传感器节点的时钟模型

2.3无线传感器网络时间同步影响因素

2.4无线传感器网络时间同步性能指标

2.5无线传感器网络时间同步的分类

2.6典型无线传感器时间同步算法

2.7本章小结

第三章 新算法的簇型拓扑构建

3.1 LEACH算法简介

3.2 最优簇首数

3.3 LEACH算法的优缺点

3.4 改进LEACH算法

3.5本章小结

第四章 新算法的时间同步阶段

4.1新算法的网络模型

4.2改进FTSP算法

4.3簇首间同步

4.3簇内同步

4.4本章小结

第五章 实验与分析

5.1NS2简介

5.2实验评测指标

5.3LEACH优化算法仿真分析

5.4 FTSP改进算法仿真分析

5.5基于分簇的WSN时间同步算法仿真分析

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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1.基本情况

2.教育背景