无线传感网络中时间同步技术综述

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1、无线传感网络中时间同步技术综述SamiM.LasassmehandJamesM.ConradElectricalandComputerEngineeringDepartment,UniversityofNorthCarolinaatCharlotte,NC,USA摘要：无线传感网络是由分散在全球各区域的小设备组成，这些小设备都具有感知，计算和通信功能，当网络中需要partialtimesy和fulltimesy时，无线传感网络就会被应用。时间同步技术的目的在于在必要的时候将全网的所有节点与当地时间整合一致，因为无线传感网络在能源，计算容量，存储量和带宽方面很有限，所以传统的

2、算法如NTP和GPS在同步全网的时候就显得不实用。这篇文章将介绍无线传感网络中时间同步存在的问题以及在这一领域中提出的一些基本算法。1引言无线网络由空间上离散分布在不同地域的自动装置组成，这些装置通常用来监控温度，声音，振动，压力，运动和污染等数据[2，10]。这种装置通常都有感应部件，无线通信收发器，计算回路，数据网以及电源（通常是电池）[4]。传感器网络是一种特殊的ad-hoc网络，在传感器网络中，无线设备（通常指的是网络中的节点）可以在没有基础的网络构造的情况下自发地一起工作形成网络[12]。节点可以收发数据，或者作为数据传输的路径。网络节点通常是静态的，并且是资源受

3、限的，它们把数据搜集起来并且形成一个叫做sink的中心单元，用于后续运算。整个传感器网络的运行时间（常常通过耗尽电量的无线节点的百分比来定义，而不是指的一个设备的运行时间）是评估网络性能的主要参数之一。传感器必须要设计的能够经得住恶劣的环境和地质条件。通常配备多余的后备设备或者传感器以应对设备无法工作的情形（如硬件故障，电池电量耗尽等）。时间同步的目的是在网络中建立一个时标，它在很多应用中都是必要的技术。介质访问控制技术，如TDMA就需要时间同步技术来实现精确的没有冲突的介质访问的规划。另外，无线传感网络的电源有限，因此为降低整个网络的能耗就要用到节电技术。为了使节点能在准

4、确的时间开关收发设备，就要用到网络节点之间的精确的时间调整技术。在很多应用中还引入了数据融合。在不同节点搜集的数据将被会聚然后发送到sink节点，以便做出决断。这些节点相互之间合作协调来完成这一任务。项目表探测这样的应用技术，需要精确的时间整合来对事件进行准确的估计。在有线网络中已经得到应用的传统的时间同步技术并不适用于无线网络。在互联网中得到广泛应用的NTP技术[8]的开始过程过于复杂，并且能耗较大。另一方面，因为安装在网络节点上的设备过于庞大和接近所以GPS技术也不适，而且，因为传感器通常被安装在恶劣的环境下，GPS信号还常常无法到达。下面的论述将以如下方式展开：第二部

5、分我们将论述计算机时钟是如何工作的，并且解释时间同步的资源和需求，第三部分详细介绍时间同步的方法，TTS,RBS,TPSN,Tiny-Sync,Mini-Sync,以及基于树时间同步的算法。2同步问题A.计算机时钟计算机时钟回路由振荡器和计时器组成，计时器将基于为振荡器的角频率来增加代表当地时钟的网络节点的C（t）的数值。在理想情况下，角频率是恒定的。因此时钟的变化率A等于1.计算机时钟随诸如温度，振动，压力和角频率的变化而摆动节点i的本地时钟将随实时数据t作如下变化：Cit=ait+bi(1)这里a表示时钟的变化绿，b是关于节点i的时钟的设定。变化率表示了时钟频率的变化比

6、率，设定值表示了数值与实时数据的差异。从方程（1）我们比较在一个网络中的两个节点，可以向文献[11]中称它们为节点1和节点2。C1t=a12.C2t+b12(2)我们称a为节点1时钟和节点2时钟的相对漂移，b为节点1时钟和节点2时钟的相对设定。如果两个始终能够完全同步，那么它们的相对漂移就为1，表示这两个时钟拥有相同的变化率。它们的相对设定值为0，表示他们在这一时刻具有相同的数值[12]。基于前面的等式，网络节点的时钟变化率和始终设定可以用来调整当地时间，很多方案都设计成不断重复调整节点设定值，或者是调整节点设定值和变化率到一个共同的时标。B.同步错误的原因信息交换在很多时

7、间同步算法中都得到了应用，如果一个节点发送了一个带有时间戳的信息包，不确定的像访问或广播时间这样的延时接收节点很难与发送节点准确地同步。总体上，产生同步错误的因素主要包括:精确度：同步技术的准确性高度依赖于设备鲁棒性：网络节点可能会被破坏或者退出运行，因为它们运行的环境很恶劣。任何同步技术的设计都应该适应这种变化，并且能在各种情形下运行。可扩展性：很多实际应用中，可能会有成千上万的传感器，任何同步技术都应该保证无论多少节点，都能很好地运行。寿命：假设同步可能是瞬间发生的，与具体应用有关，比如确定的某事件发生时，或者