TPSN时间同步算法研究.ppt

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1、TPSN时间同步算法研究CONTENTS目录WSN时间同步概述TPSN时间同步算法一种基于优化拓扑的时间同步算法N-TPSN01WSN时间同步概述WSN时间同步概述23概念：各个节点定期或不定期与其他节点交换本地时钟信息，并在协议或算法控制下调整本地时钟，实现全局时间一致的过程。WSN为何需要时间同步：不同节点晶体振荡不同，存在累计误差；受能量、存储、带宽限制；分布式系统，要求节点必须实现同步，不同系统要求程度不同。时间同步要解决的问题：保证同步的精度；尽量小的功耗；保证网络的可扩展性。WSN时间同步概述——时间同步的误差来源晶体振荡不同节点的晶体振荡器间存在误差，并且也会

2、受到环境影响，这一误差会随时间累积。成本、资源由于WSN资源受限，通信信道质量不佳时；节点密度大时，易造成延迟和出错，导致时间误差。同步协议需在性能和开销间取得平衡，即用较小的通信代价取得较好的同步效果。协议执行信道出错，导致部分节点不能被同步，影响网络的整体时间同步情况。WSN时间同步概述——时间同步算法的分类（1）（1）基于接收者——接收者（Receiver--Receiver）的时间同步基于接收者——接收者的时间同步算法，主要利用了无线信道的广播属性。主要原理是引入一个节点作为辅助节点，由该节点广播一个参考分组，在广播域内的一组接收节点接收到这个参考分组，通过比较各自

3、接收到消息的的本地时间，实现它们之间的时间同步。由于其他节点只需要监听信息而不需要同步到参考节点，该类型算法的优点在于可以避免发送节点时延的影响，但缺点在于信息交换次数较多，能耗较大。该种类型的代表性算法是RBS算法。WSN时间同步概述——时间同步算法的分类（2）（2）基于发送者——接收者（Sender--Receiver）的双向时间同步基于发送者——接收者的双向时间同步算法，类似于传统Internet中的NTP协议，即基于客户机——服务器架构。待同步节点发送时间同步请包，基准节点接收到这一同步请求后反馈自身当前时间，待同步节点接收到反馈的信息后计算时间偏差并予以调整，完成

4、时间同步。该类型算法优点在于同步的高精度，而缺点就是节点分层的维护和多次两点间信息交换，大大增加了能耗。该种类型的代表性算法是TPSN算法、LTS算法。WSN时间同步概述——时间同步算法的分类（3）（3）基于发送者——接收者（Sender--Receiver）的单向时间同步基于发送者——接收者的单向时间同步算法，相对于双向的时间同步算法，只需要基准节点向待同步节点进行单向数据包传递。主要原理是基准节点广播包含自己节点时间信息的时间同步数据包，待同步节点在接受到这一数据包后，根据时间戳信息，开始计算数据通信过程中数据包延迟的各个组成部分，得到时间差值的待同步节点将对这些时延进

5、行补偿，并完成了自己向参考节点的同步。该类型算法优点在于算法复杂度低、能耗小，缺点在于同步精度较低。该种类型的代表性算法是DMTS算法和FTSP算法。02TPSN时间同步算法TPSN时间同步算法主要思想层次发现时间同步采用层次型网络结构，分为层次发现和时间同步两个阶段。实现所有树节点的时间同步，第i层的节点与第(i-1)层的一个节点同步，最终所有节点都能在时间上与根节点同步，从而实现整个网络的时间同步。每一个节点赋予一个层次，第i层的节点至少要能够与第(i-1)层的节点通信；——主要思想TPSN时间同步算法——层次发现阶段01040203该阶段主要工作是把整个网络进行分层。

6、时钟源节点作为根节点，广播级别发现数据包来启动分层过程。数据包中包含着节点自身的ID和所属层次。每个初次接收到级别发现数据包的节点需要将层次加1并继续广播，直到完成整个网络的分层工作。当根节点的邻居收到这一数据包，便把自己的层次置为1，并向下继续广播新的级别发现数据包。TPSN时间同步算法——时间同步阶段任意两层节点间的双向数据交换过程如左图所示：A为第i层节点，B为第i+1层节点；B节点在时刻发送数据包请求进行时间同步，经过d时间，A节点在时刻接受到这一数据包，d为消息传播时延。而后，A节点在时刻回馈给B节点一个数据包，数据包内包含、和的时间信息，B节点将在时刻接收到这一

7、数据包。ddA：i层节点B：i+1层节点为两个节点间的时钟偏差TPSN时间同步算法——时间同步阶段B节点根据与A节点的时间偏差Δ同步到A节点的时间结论：缺点优点在MAC层消息开始发送到无线信道时才添加时间信标，消除了访问时间带来的误差；利用双向交换信息计算消息的平均时延，精度相对较高。节点失效（尤其是靠近根节点的节点失效）会导致同步错误，并在网络扩散；新节点加入时，需初始化层次发现步骤，扩展性差；不适合移动节点或多跳同步等情况。TPSN时间同步算法——优、缺点03一种基于优化拓扑的时间同步算法N-TPSNN-TPS