无线传感器网络的时间同步问题

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1、无线传感器网络的时间同步问题摘要时间同步对任何分布式系统都是一个关键的基础问题。分布式无线传感器网络广泛使用的同步时间，往往在范围，寿命和精度同步实现等方面有特殊要求，以及实现同步所需的时间和所需的能源。现有的时间同步方法需要扩展，以满足这些新的需求。我们列举了传感器网络未来的同步要求，并提出了我们自己的低能耗同步方案，事后同步。我们还描述了一个实验，其性能特点是使用很少的能量创造短暂的，局部的，但高精度的同步。1.介绍最近的发展小型化和低成本，低能耗设计导致积极研究在大规模，高度分散的小系统，无线，低功耗，无人值守传感器和致动器[1，7，4]。许多研究人员提出了创

2、造传感器丰富的“聪明环境”的设想。通过有计划或临时部署数千个传感器，每一个短距离无线通信通道，并能够检测环境条件如温度，运动，声，光，或存在某些物体。时间同步对任何分布式系统都是一个关键的基础设施。分布式，无线传感器网络使特别是广泛使用的同步时间：例如，将时间序列的接近侦测到的速度估计[3];测量声音的运行时间定位其来源[5];分发波束阵列[13];或制止重复邮件，由认识到他们所描述重复检测同一事件不同的传感器[6]。传感器网络也有许多相同的要求，传统的分布式系统：精确的时间戳，往往需要在加密计划，以协调活动定于今后，供订购记录的事件在系统调试，等等。传感器网络应用

3、的广泛性导致时间要求的范围，寿命和精度不同于传统的系统。此外，许多节点新兴的传感器系统将非系留，因此有小型的能源储备。所有通讯，甚至被动的听，将产生重大的影响，这些储备时间同步方法的传感器网络因此，必须也考虑到他们消费的时间和精力。在本文中，我们认为，非均质性要求在传感器网络应用的需要能源效率和其他方面的限制没有发现在常规分布式系统，甚至是各种硬件而传感器网络将部署，使目前的同步计划不足以完成这项任务。传感器网络，现有的计划将需要扩大和合并后新的方式，以便提供服务，以满足应用的需要与可能的最低能量支出。在此框架内，我们提出我们的想法事后同步，极低功耗同步方法时钟在一

4、个地方时，准确的时间戳记是需要具体的事件。我们还提出了实验这表明这个多式联运计划能够精确在1微秒。为了更好地级比的两种模式，它的组成。这些结果是令人鼓舞的，但仍是初步的，表现实验室条件下的理想化。第2节中，我们提出了一些指标，可以用来区分两种类型所提供的服务同步方法和要求的应用使用这些方法。第3节介绍我们的事后同步的想法，并介绍了实验的特点其表现。第4节描述今后的工作中，我们的结论在第5节。2．时间同步的特征许多不同的方法分配的时间同步在共同使用。如美国全球定位系统（GPS）[8]和WWV/WWVB广播电台由国家研究所标准与技术[2]提供参考美国时间和频率标准。网络

5、时间协议，特别是在Mills的NTP[10]，从这些主要来源的网络连接电脑分配时间。在研究适用于传感器网络，我们已发现有用的特点是不同类型的时间沿线各轴同步。我们认为某些指标特别重要：精密，无论是分散之间的一组同龄人，或最大误差对外部标准。生命周期，这可以从持续同步持续只要网络运营，几乎瞬时（有益的，例如，如果节点要比较的检测时间的一个单一的事件）。范围和可获取性，地理跨度节点这是同步的，和完整性，覆盖面该地区内。效率，需要实现同步支出的时间和精力。成本和形式因素，这可以成为特别是重要的无线传感器网络中，涉及数以千计的微小的，一次性传感器节点。现有的时间同步方法所提

6、供的服务，分为许多不同点，在此参数空间。所有这些使权衡，没有单一的方法最佳沿所有轴。例如，消费者可以同步GPS接收机节点持续一生的时间标准，Earthwide在范围，精度200ns[9]。然而，全球定位系统单位往往无法使用（例如，内部结构，水下，在火星探测），可能需要好几分钟的建立时间。在某些情况下，全球定位系统的单位也可能是很大的。与小传感器相比，高功率和昂贵的传感器。与此相反，考虑一小群节点的小范围，低功率无线电设备。如果一个节点传输一个信号，其他人可以使用该信号作为时间基准，例如，比较的时间，他们记录的声音。同步提供的这个简单的“脉冲”是当地，在范围上是有限的

7、和精确的变时滞，对无线电接收和传输延迟无线电波。对于给定的精度限制，终身的同步也是有限的节点时钟将漫步。在最初的脉搏。然而，脉冲能源效率低，因为它不仅需要的传输一个单一的信号。根据应用的需要，在无线传感器网络可以说沿同一轴线。例如，考虑波束阵列设计本地化来源的声音，如所描述的YHRCL在[13]。数组描述有着共同的时间基准凭借这一事实，即音频数据都是被相同的处理器处理。对于这样一个阵列来实施一个完全分布式，一套自主无线传感器网络时间同步是必要的。这将需要同步精度约100微秒，但只能在有限的一生和当地的范围。不同的应用有不同的同步要求，说明了另一个例子：数据汇总。