基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议

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1、第11期孙德云等：基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议·49·基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议孙德云，沈杰，刘海涛（中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感器网络与通信重点实验室，上海200050）摘要：针对当前无线传感器网络时间同步协议普遍存在抗毁能力不足的缺陷，提出了一种基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议，全局时间通过邻居节点间定时随机交换时戳信息维护，取消同步发起节点在同步网络中可能带来的不安全隐患，实现同步网络拓扑最优。同时利用容错、时分等策略进一步提高同步网络的抗毁性能。通过对典型无线传感器节点的实际测试表明，该协议在抗毁能力、同步精度、可扩

2、展能力等方面均取得了较好结果。关键词：无线传感器网络；时间同步；抗毁；安全；扩散机制中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1000-436X(2008)11-0040-10Diffusion-basedtimesynchronizationprotocolforwirelesssensornetworksSUNDe-yun,SHENJie,LIUHai-tao(KeyLab.ofWirelessSensorNetwork&Communication,ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology,Chin

3、eseAcademyofSciences,Shanghai200050,China)Abstract:Thelackofsurvivabilityintypicalwirelesssensornetwork(WSN)synchronizationprotocolsleadstoinnovationinthishottopic,thediffusion-basedtimesynchronizationprotocol(DTSP)makesnodesmaintainthemselvesontoaglobaltimeconsensusvialocalexchangesoftime

4、stampinformation.DTSPcancelsthesynchronizationrootexistinginmostprotocolswhichmaycausesecurityproblems,byutilizingtime-divisionandfault-tolerancetechnology,thesurvivabilityisenhancedfurther.ApplingDTSPwithtypicalWSNnodes,experimentsgiveexcellentresultsinsurvivability,precisionandscalabilit

5、y.Keywords:wirelesssensornetworks;timesynchronization;survivability;security;diffusion第11期孙德云等：基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议·49·1引言收稿日期：2008-05-21；修回日期：2008-10-11基金项目：国家高技术研究发展计划（“863”计划）基金资助项目（2007AA01Z2A8）FoundationItem:TheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(863Program)(200

6、7AA01Z2A8)时间同步在无线传感器网络中存在如下需求：对于网络应用，作为沟通物理世界和计算世界桥梁的传感器网络，需要能够有效区分物理世界事件发生的先后次序，为多传感器节点融合提供时间要素，一个极端的例子是利用同步网络对狙击手位置进行自动探测[1]，该应用需要微秒级的同步精度；对于网络本身，以能量有效性作为首要约束条件的无线传感器网络需要节点间充分协同睡眠以延长网络生存周期，Liskov强调时间同步是通过以本地计算代替通信能量消耗的方式改进分布式网络性能[2]，时间同步强调的是节点间调度的无缝连接。2相关工作分析资源受限无线传感器网络本身有别于传统网络的属性：低成本、低

7、功耗节点，短距、多跳、不可靠无线链路，无基础设施网络，使得NTP(network第11期孙德云等：基于扩散机制的无线传感器网络时间同步协议·49·timeprotocol)、GPS(globalpositionsystem)等一类传统时间同步技术无法直接应用于无线传感器网络[3]。自2002年JeremyElson与KayRomer提出和阐述无线传感器网络中的时间同步[4]这一研究课题以来，出现了众多关于无线传感器网络时间同步的协议，比较著名的协议如RBS(referencebroadcastsynchroniza