WSN中基于层次结构的时间同步算法分析

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1、分类号TP393学校代码10147密级公开UDC621.39硕士学位论文WSN中基于层次结构的时间同步算法研究ResearchoftimesynchronizationalgorithmbasedonhierarchicalstructureinWSN作者姓名胡明指导教师陶志勇申请学位工学硕士学科专业通信与信息系统研究方向无线传感器网络辽宁工程技术大学致谢时光荏苒，转眼间两年半的研究生的学习和生活即将结束。回顾这段时间的学习生活经历，我受益匪浅。在此我特别地向那些给予我支持和关怀的老师们、同学们和学院的各级领导们表示诚挚的谢意。在这

2、里我要感谢我的导师陶志勇副教授。陶志勇老师专业知识渊博、治学态度严谨、师风师德高尚，严以律己宽以待人的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给我以终生受益无穷之道。本论文从选题到资料收集、整理、修改到最终的完成阶段，每一阶段都是在导师的悉心指导下完成的，老师都耐心地为我指点迷津，耐心点拨，帮助我开拓研究思路，热忱鼓励，每一步无不凝聚着老师的心血，我对老师的感激之情是无法用言语表达的。然后还要感谢研究生期间我所有的授课老师们，是你们使我的专业知识得到融会和升华。同时还要感谢我们寝室的同学和师弟师妹们，正是因为有了大家共同营造的团结互助、奋

3、发进取、支持鼓励的氛围才使得我们共同度过了充实而愉快的两年半，并且顺利完成了毕业设计。最后，在此我特别感谢在百忙之中评阅论文的专家和参加答辩的各位评审专家，由衷的感谢你们为我提出的宝贵意见！摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)集成了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信四大技术，是一种全新的信息获取、处理和传输技术。时间同步技术是无线传感器网络的一项重要支撑技术，它对传感器网络中节点定位、数据融合等技术的实现具有重大意义。由于WSN的一些局限性，使得传统的时间同步技术在时间同步的精度、能耗等

4、方面不能够满足WSN的实际应用的要求。本文的研究重点就是如何在WSN中提高时间同步协议的时间精度和减少时间同步的能量消耗。本文先介绍了WSN的研究背景和系统结构要素，及WSN时间同步技术的概况和已提出的时间同步算法性能的分析和比较。本文提出了三种新的时间同步算法，都是针对时间同步的精度和能量的消耗问题的。（1）第一种是WSN中基于层次结构的时间同步算法，此算法在层次建立阶段采取等级层次广播，在同步阶段采取直接双向和间接双向相结合的时间同步方式，而且进行了时间频率偏移校正。仿真结果表明：这个算法不仅获得相对较少的报文开销和系统维护开销

5、；也提高了传感器节点的时间同步精度。（2）第二种是基于等级层次结构的TPSN算法改进，此算法在层次建立阶段采取等级广播，在同步阶段采取单向广播时间同步机制和双向成对时间同步机制，最后进行了时间频率偏移校正。仿真结果表明：这个算法的能量消耗很少，传感器节点的时间同步精度有一点的降低，但是精度也不是很低。（3）第三种是簇组结构上的时间同步算法，提出了类似于分簇结构的基站--簇首--组首--组内的层次结构。在基站和簇首之间采用了单向广播同步机制和双向成对同步机制；在簇首和组首之间采用了直接双向同步和间接双向时间同步结合的双向同步算法；在组

6、内采用了TPSN算法。仿真结果表明：在节点数较多的情况下，有效利用网络中节点的广播信息，能量消耗较小，时间同步精度较高。本文所提出的三种时间同步算法在能量消耗和时间同步精度方面各有所长，在具体的应用环境中选择适当的算法，更加满足实际应用的需求。关键词：无线传感器网络；时间同步算法；层次结构；能量消耗；时间精度-I-AbstractWirelesssensornetwork,whichismadebytheconvergenceofsensor,embeddedcomputing,distributedinformationproce

7、ssingandwirelesscommunicationtechnologies,isanewinformationacquisition,processingandtransmissiontechnologies.Timesynchronizationisafundamentalserviceforbothdesignandapplicationofwirelesssensornetwork,itissignificantfornodelocating,dataaggregationandothertechnologiestoi

8、mplementinsensornetwork.DuetosomelimitationsoftimesynchronizationtechnologyinWSN,thatmakesaccuracyandenergyconsumptio