基于簇地低開銷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)

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1、杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究已進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。然而，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益拓寬，其監(jiān)測環(huán)境日趨復(fù)雜，監(jiān)測任務(wù)愈加繁重，現(xiàn)有技術(shù)已無法滿足在復(fù)雜環(huán)境下高精度監(jiān)測的需求。其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步是關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)因?yàn)槠涔?jié)點(diǎn)能量有限、部署環(huán)境惡劣等諸多限制，顯然無法使用傳統(tǒng)的高成本、高能耗、低適應(yīng)力的授時(shí)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)同步?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的特殊性，亟需設(shè)計(jì)一種專門針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)的時(shí)間同步協(xié)議。本文針對現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同

2、步研究的難點(diǎn)，深入地研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)。創(chuàng)新地提出簇首廣播同步模型，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基于簇的低開銷時(shí)間同步協(xié)議。本文主要研究內(nèi)容如下：(1)創(chuàng)新地提出了含信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的簇首廣播同步模型。從時(shí)間同步模型入手，首次提出利用簇劃分技術(shù)改進(jìn)單向時(shí)間同步模型，并以此替代傳統(tǒng)雙向時(shí)間同步模型。同時(shí)，通過引入信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，發(fā)送信標(biāo)信息，成功消除簇首節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘和簇成員節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘間的初始時(shí)間偏移。在簇內(nèi)利用簇首廣播同步方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)同步方式，大幅降低全網(wǎng)時(shí)間同步通信開銷，顯著提高時(shí)間同步效率。(2)設(shè)計(jì)基于簇的低開銷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議。該協(xié)議

3、充分利用簇結(jié)構(gòu)特性和簇首廣播同步模型的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高簇首節(jié)點(diǎn)，簇成員節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息利用率。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，基于簇的低開銷時(shí)間同步協(xié)議通過優(yōu)化邏輯樹建立和改進(jìn)HeeD簇劃分算法明顯提高時(shí)間同步效率。同時(shí)，該時(shí)間同步協(xié)議就存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)了一系列的重要機(jī)制，以確保協(xié)議的可靠性和穩(wěn)定性。這些重要機(jī)制包括信標(biāo)重發(fā)機(jī)制，時(shí)間戳數(shù)據(jù)篩選機(jī)制和順序收包機(jī)制等。上述設(shè)計(jì)使得該時(shí)間同步協(xié)議在同步精度、通信開銷、能耗開銷、收斂性和魯棒性等方面均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)時(shí)間同步協(xié)議。(3)在真實(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上開展一定規(guī)模的時(shí)間同步實(shí)驗(yàn)。通過在實(shí)際傳感器網(wǎng)絡(luò)

4、中運(yùn)行基于簇的低開銷時(shí)間同步協(xié)議，完成對該協(xié)議在同步誤差、同步開銷和節(jié)點(diǎn)存活時(shí)間等方面的評估。同時(shí)，在相同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上運(yùn)行經(jīng)典的FTSP時(shí)間同步協(xié)議，并與基于簇的低開銷時(shí)間同步協(xié)議進(jìn)行比較，客觀評估基于簇的低開銷時(shí)間同步協(xié)議優(yōu)勢及該協(xié)議的適用范圍。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，簇型網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間同步，時(shí)鐘模型，時(shí)間戳杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文————————————————————————————————————————————————————一一_ABSTRACTWiththeinnovationofsensortechnology，embedd

5、edsystemtechnologyandwirelesscommunicationtechnology,wirelesssensornetworkresearchhasenteredaboomphase．However，themonitoringenvironmentofwirelesssensornetworkisbecomingincreasinglycomplex，andmonitoringtasksofwirelesssensornetworkarebecomingmorearduous．Therearemanydifficult

6、iesneedtobeovercome，andthewirelesssensornetworktimesynchronizationisoneofthemajorproblems．Althoughthetraditionaltimesynchronizationprotocolsprovidehigh-precisiontimeservice，thewirelesssensornetworknodesareobviouslyunabletousethosehigh-overhead，low-adaptabilitytimeserviceto

7、achievesynchronization．Infact，wirelesssensornetworkurgentlyneedsanewtimesynchronizationprotocolwhichisdesignedaccordingtothecharacteristicsofitsown．Inthispaper，Wefocusontheexistingweaknessesofwirelesssensornetworktimesynchronizationprotoc01s，especiallyinlowcommunicationove

8、rhead，lowpowerconsumptionwirelesssensornetwork．Weproposeallinnovativecluster．he：adbroadca