【摘 要】
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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种无线自组织网络,其广泛应用于医疗、工业、军事、环境监测等领域,并引起了学术界和工业界的广泛关注。无线传感器网络中的时间同步技术是保证节点间协同工作的前提,同时也是WSN中诸如节点定位、数据融合、休眠调度和TDMA(Time Division Multiple Address)时间调度等许多关键技术的基础。由于WSN相对于
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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种无线自组织网络,其广泛应用于医疗、工业、军事、环境监测等领域,并引起了学术界和工业界的广泛关注。无线传感器网络中的时间同步技术是保证节点间协同工作的前提,同时也是WSN中诸如节点定位、数据融合、休眠调度和TDMA(Time Division Multiple Address)时间调度等许多关键技术的基础。由于WSN相对于传统网络具有规模大、动态性、能量有限、环境复杂等特点,因此传统网络的时间同步协议并不适用于无线传感器网络,需要设计适用于WSN的时间同步算法。同时,节点在同步时往往需要频繁发送或接收包含时间信息的消息包,所以在同步时会消耗大量能量进而影响节点寿命,因此研究低能耗时间同步协议对于无线传感器网络的发展具有重大的意义。本文在对现有的无线传感器网络时间同步算法进行归类分析的基础上,针对节点同步能耗问题展开了研究。论文的主要工作如下:首先,本文对现有时间同步算法进行分析,揭示了目前的时钟同步算法在应用到多跳网络情况下会存在同步开销高、累积误差大等问题,并提出一种低能耗多跳时间同步算法。该算法在主网络中运用基于频偏估计的双向交换时间同步方法,在次网络中使用双向交换和单向监听相结合的方法进行同步。该算法使得在保证一定同步精度情况下摒弃了双向交换同步方法同步周期长、同步开销大的缺点,也缓解了单向监听同步方法累积误差大的问题。其次,针对线型结构的无线传感器网络做了研究,并提出一种线型拓扑的无线传感器网络时间同步算法。该算法能够很好的应用到线型结构的无线传感器网络中。该算法在簇首节点采用基于连续多跳的SRS(Sender-Receiver Synchronization)同步方式来进行节点间的时间同步,因此减少了报文收发数量。同时对于簇内节点,其采用ROS(Receiver-Only Synchronization)方式监听簇首节点的同步过程来完成自身的同步,因此有效的降低了整个网络的同步开销。仿真结果也表明,该算法用于线型结构的网络中能在保证一定同步精度的同时也能均衡节点的同步开销,实现了同步效果的综合最优。最后,通过硬件实验验证本文所提算法的性能,分别从同步精度和同步能耗两个方面来测试验证。实验结果与理论分析相符,验证了算法的有效性。图[35]表[5]参[73]
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