无线传感器网络时间同步技术研究

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1、国内图书分类号：TP393.01学校代码：10213国际图书分类号：004.722.46密级：公开硕士学位论文无线传感器网络时间同步技术研究硕士研究生：崔林导师：王鸿鹏副教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：深圳研究生院答辩日期：2009年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP393.01U.D.C:004.722.46DissertationfortheMasterDegreeTIMESYNCHRONIZATIONINWIRELESSSENSORNETWORKC

2、andidate:CuiLinAssociateSupervisor:AssociateProf.WangHongpengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ComputerScienceandTechnologyAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2009Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈

3、尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要时间同步是无线传感器网络的基本需求，无线传感器网络的很多协议和应用都需要时间同步，如数据融合、定位等等。但是由于传感器节点能量、通信、计算等资源有限，以及网络的分布式处理等限制，使得无线传感器网络的时间同步比传统网络更具挑战性，在学术研究和实际应用中都成为一个焦点。由于目前已有的针对无线传感器网络的时间同步算法，大部分只是注重于提高算法同步的精度，而对网络的可扩展性没有深入研究。在进行全网同步时，往往需要建立一个基于全网的树形或层次型结构，并且网络中存在一些专门为同步而设置的特殊

4、的根节点或参考节点，这在网络拓扑发生变化时会带来额外的负载甚至错误；同时，算法也往往需要节点具有全局或局部唯一的标识号ID，所有这些都限制了无线传感器网络的可扩展性。本文的研究重点就是如何针对无线传感器网络，提高时间同步协议的可扩展性、鲁棒性和适用性。本文利用萤火虫同步闪烁现象来克服无线传感器网络时间同步中的这些问题。在对传统的萤火虫同步算法的分析和仿真研究的基础上，提出了自组织的时间同步协议（STS,Self-organizingTimeSynchronization），对其在全耦合和线性耦合网络中的同步收敛

5、性和同步时间进行了分析，并且提出了分布式序列号机制解决了多跳拓扑网络中环路对同步的影响。同时也针对无线传感器网络，实现了萤火虫同步算法由同步性到同时性的转换。在本文中，对STS算法以及原始的萤火虫同步算法都进行了仿真研究。同时也在实际的无线传感器网络节点Micaz上对STS算法进行了检验。仿真和实验的结果都表明，STS算法具有较短的同步时间和非常好的可扩展性、鲁棒性和适应性。关键词：无线传感器网络；时间同步；萤火虫同步-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTimesynchronizationis

6、fundamentallynecessarytomanyapplicationsandprotocolsinwirelesssensornetwork,suchasdataaggregation,localizationandsoon.Unlikeintranditionalnetwork,thetimesynchronizationinwirelesssensornetworkismuchmorechallengeableduetoitsspecialfeatureslikethedistributedcon

7、trol,limitationinenergy,lossywirelesslink,limitedcomputationablityandetc.Ithasbecomethefocusofrecentacademicresearchandrealapplication.Mostoftheproposedsychronizationmethodsforwirelesssensornetworkjustfocusontheminimizingofsynchronizationerror,ignoringthereq

8、uirementforscalability.Astomulti-hopsynchronization,mostofthesesolutionsneedtomaintainatreeorahierarchicalstructureinthenetwork.Inthesestructures,somespecialrootnodesorreferencenodesareselected,