无线传感器组网-时间同步技术要点知识讲解.ppt

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1、无线传感器组网-时间同步技术要点内容提要基本概念传统与挑战典型时间同步协议新型同步机制总结基本概念时间同步的定义WSN时间同步技术背景时间同步技术的分类时间同步技术的应用场合关键问题：时钟模型时间同步技术的定义无线传感器网络中每个节点都有自己的内部时钟，即本地时间。由于不同节点的晶体振荡频率存在偏差，再加上温度的差异、电磁波干扰等，即使在某个时间点所有节点时钟一致，一段时间后他们的时间也会再次出现偏差。无线传感器网络的时间同步是指各个独立的节点通过不断与其他节点交换本地时钟信息，最终达到并且保持全

2、局时间协调一致的过程。即以本地通信确保全局同步。思考为什么需要时间同步？时间同步能解决什么问题？根据CSMA/CA协议，当节点要传输一个分组时，它首先侦听信道状态。如果信道空闲，而且经过一个帧间间隔时间DIFS后，信道仍然空闲，则站点立即开始发送信息。如果信道忙，则站点始终侦听信道，直到信道的空闲时间超过DIFS。当信道最终空闲下来的时候，节点进一步使用二进制退避算法，进入退避状态来避免发生碰撞。CSMA/CA协议需要严格的时间同步网络节点在进入退避状态时，启动一个退避计时器，当计时达到退避时间后

3、结束退避状态。在退避状态下，只有当检测到信道空闲时才进行计时。如果信道忙，退避计时器中止计时，直到检测到信道空闲时间大于DIFS后才继续计时。当多个节点推迟且进入随机退避时，利用随机函数选择最小退避时间的节点作为竞争优胜者。侦听侦听睡眠睡眠●节点协同进行周期性侦听和睡眠的状态切换，确保节点能同步进行侦听和睡眠调度。●调度周期：周期性侦听和睡眠的时间之和为一个调度周期。S-MAC协议需要严格的时间同步S-MAC协议(SensorMAC)是在802.1lMAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量需求

4、而提出的。流量自适应侦听机制的基本思想是在一次通信过程中，通信节点的邻居在通信结束后不立即进入睡眠状态，而是保持侦听一段时间。如果节点在这段时间内接收到RTS，则可以立刻接收数据，无须等到下一次调度侦听周期，从而减少了数据分组的传输延迟。如果在这段时间内没有接收到RTS，则转入睡眠状态直到下一次调度侦听周期。流量自适应侦听机制需要时间同步RTSA数据1RTS数据2BCTSACK侦听睡眠侦听CTSACKBCTSACK侦听侦听CTSACKRTSA数据1RTS数据2侦听睡眠WSN时间同步技术背景集中式系

5、统与分布式系统集中式：在事件间有着明确的时间先后关系时，不存在同步问题；时间关系不明确时仍存在。分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同需要解决的问题同步精度功耗可扩展性WSN时间同步机制的主要性能参数最大误差：一组传感器节点之间的最大时间差或相对外部标准时间的最大差值。同步期限：节点保持时间同步的时间长度。同步范围：节点保持时间同步的区域范围。可用性：范围覆盖的完整性。效率：达到同步精度所经历的时间以及消耗的能量。代价和体积：需要考虑节点的价格和体积。时间同步技术的分类根据同步的级别，可以

6、分为排序、相对同步与绝对同步，其间为递进关系。排序只能区分事件发生的先后相对同步：维持本地时钟的运行，定期获取其他节点的时钟偏移和飘移，经过换算达到同步的目的。如RBS协议绝对同步：本地时钟和参考时钟保持一致，修改本地时钟。如TPSN协议根据参考源不同，可以分为外同步（与外部某时间同步，如GPS）与内同步（网络内部某个节点的时钟）。根据同步对象的范围不同，可以分为局部同步与全网同步时间同步技术的应用场合多传感器数据压缩与融合邻近传感节点对相同事件的感知数据需要融合，基于时间戳判断是否同一事件，需要

7、时钟同步低功耗MAC协议、路由协议不发送数据时，节点处于休眠状态，网络节点的同步休眠需要时钟同步测距、定位距离测量和定位是基于无线电信号的传输时间，时间同步越准确，距离测量也越准确分布式系统的传统要求分布式系统的数据库查询，状态等一致性的要求协作传输、处理的要求协作传输是基于电磁波的能量累加效应，多个节点以相同的调制解调方式同时发送信号，使得远处的汇集节点能接收到信号时间同步技术的重要性时间同步技术对无线传感器网络的节点定位、无线信道时分复用、低功耗睡眠、路由协议、数据融合、传感事件排序等应用及服

8、务，都会产生直接或间接地重要影响。时间同步机制几乎渗透至每一个与数据相关的环节，其实现的好坏直接决定了以数据为中心的无线传感器网络整体系统性能的优劣。关键问题：时钟模型硬件时钟模型软件时钟模型硬件时钟模型基本名词时间、晶振、时钟（RTC）时钟偏移（clockoffset）：是指两个时钟瞬时读数的差。晶振计时的时刻与实际时刻的差值，反映计时的准确性时钟率偏移（ClockSkew）：是指两个时钟的频率差。它可以看作是Clockoffset的一阶导数。时间漂移(ClockDrift)：是