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无线通信、微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System,简称MEMS)以及传感器技术的发展孕育了无线传感器网络(wireleSS Sensor Networks,简称WSN)这一新的计算模式。时间同步不仅是无线传感器网络中一项重要的支撑性技术,它也是无线传感器网络进一步发展和大规模应用的基础和先决性条件。而传统分布式系统的时间同步算法由于其设计对象为因特网和计算机,设计重点为协议的可靠性和同步精度,没有考虑能耗和计算能力问题,不可能直接应用于无线传感器网络中。鉴于时间同步在无线传感器网络应用中的基础性作用,因此研究适合于无线传感器网络的时间同步算法具有十分重要的意义。
本文正是以此为研究背景,首先概述了无线传感器网络的基本概念,然后介绍了无线传感器网络时间同步的应用现状及面临的主要挑战。
其次本文阐明了硬件时间模型和软件时间模型,对目前国内外的研究现状进行了综述,并详细介绍了一些典型的算法。
作为主要创新点,本文提出了一种基于晶振频率偏差补偿的多跳无线传感器网络时间同步算法-OFDC(Multi-hop Time Synchronization Algorithm forWireless Sensor Networks Based on Oscillator Frequency DeviationCompensation)。该算法采用了双向报文交换同步机制,并且在MAC层给数据报打时戳。OFDC算法通过相邻两次同步过程估算出了待同步节点与时间基准节点间的晶振频率偏差,实现了与时间基准节点间的精确同步。同时,我们也分析了影响多跳网络中影响同步精度的稳定性的因素。
最后,在Mica2平台上进行了一系列实验,实验数据证明了我们提出的算法在多跳网络环境下比其他算法有更高的同步精度,并且在同步精度的稳定性方面也优于同类算法。