无线传感器网络时间同步中数学方法应用的研究

摘要

无线传感器网络(Wireless Senor Network，WSN)是由大量的具有独立处理能力的传感器节点，通过无线通信的方式所构成的一种拓扑结构。无线传感器网络中的一项关键技术是时间同步技术。由于无线传感器网络的一些局限性，使得传统的时间同步技术在复杂度、能耗等方面不能够满足无线传感器网络的使用要求，因此需要进一步研究无线传感器网络的时间同步技术。
　　 目前大多数的时间同步技术都力求得到高的同步精度，特别是双向同步算法，能够在节点单跳范围内达到比较高的同步精度。但是由于实际环境的影响，这些算法的同步精度仍然存在一定的误差。在影响同步精度的因素中，传输延迟是一个非常重要的部分，而且传输延迟存在于信息包传递的各个阶段中。如果能够对这些传输延迟做相应的补偿，将会大大提高时间同步精度。在处理传输延迟补偿的方法中，数学方法的应用是一种重要的手段。因此，本文的研究目的就是在单跳范围内不增加能耗的情况下，利用多种数学方法来进一步提高时间同步的精度。
　　 针对所要研究的问题，本文需要做的主要工作和完成的成果如下：
　　 1.对同步算法中出现的各种数学方法做了详细的研究和归类。
　　 2.针对传输延迟中接收时间的不确定性，提出了利用贝叶斯估计的方法得到准确的接收时间来提高时间同步精度。
　　 3.按照传输延迟规律建立数学模型，利用最大似然估计法得到精度高的时间偏差值。
　　 4.根据传输延迟的规律，提出了总的传输延迟服从瑞利分布的假设，并在此基础上提出了新的高精度同步算法—RTS算法。
　　 5.在使用数学方法过程中，都有严谨的证明和推理。
　　 最后，在每种算法之后都使用仿真实验对结果做了进一步验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1研究背景

1.2研究目的和意义

1.3研究内容组织

第二章无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络的基本概念

2.2无线传感器网络的协议栈

2.3无线传感器网络应用的限制

2.4无线传感器网络的应用

2.5本章小结

第三章无线传感器网络时间同步

3.1传感器节点的时间

3.2时间偏差和时钟漂移

3.3时间同步中的传输延迟

3.4传统的时间同步机制分类

3.5数学方法的应用

3.6本章小结

第四章基于贝叶斯估计的无线传感器网络时间同步算法

4.1 贝叶斯估计理论

4.2贝叶斯估计同步方法的基本思想

4.3基于贝叶斯估计的无线传感器网络时间同步算法

4.3.1 ITPSN同步过程

4.3.2 ITPSN误差分析

4.3.3仿真实验

4.3本章小结

第五章基于最大似然估计的无线传感器网络时间同步算法

5.1 最大似然估计法应用

5.2基于最大似然估计的无线传感器网络时间同步算法

5.2.1 M-HRTS同步算法(the Maximum likelihood estimalion based on Hierarchy Referencing Time Synchronization Protocol)

5.2.2仿真实验

5.3本章小结

第六章基于瑞利分布的无线传感器网络时间同步算法

6.1传输延迟的分布规律

6.2基于瑞利分布的无线传感器时间同步算法---RTS(Rayleigh distribution based　Time Synchronization)

6.3仿真实验

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果