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      無線傳感器網絡同步管理機制
      2022-10-06 08:03:22

      無線傳感器網絡的同步管理主要是指時間的同步管理。因為在分布式無線傳感器網絡的應用中,每個傳感器節點都有自己的本地時鐘。不同節點的晶體振蕩器頻率存在偏差,以及溫度和電磁波的干擾等都會造成無線傳感器網絡節點之間的運行時間偏差。無線傳感器網絡本質上是一個分布式協同工作的網絡系統,很多具體應用都要求網絡各個節點存在相互的協同配合,因此時間同步是無線傳感器網絡同步管理機制的重要內容。傳統無線網絡中,時間同步機制已經得到廣泛應用。如網絡時間協議(networktlmeprotocol,ntp)就是因特網中普遍采用的時間同步協議。另外,gps和無線測距技術也可以用來提供網絡的全局時間同步。在無線傳感器網絡應用中也不乏利用時間同步機制的例子,如在節點時間同步的基礎上,遠程觀察衛星或導彈發射的軌道變化情況等。由于傳感器網絡本身的特點,節點體積和造價都不能太高,故設計時間同步機制必須考慮節點的體積和造價成本大小的影響。另外,還得考慮節點的能耗以及應用相關性等特點和約束條件。1.時間同步機制設計中應當考慮的因素無線傳感器網絡中的時閭同步機制設計會受到很多因素的影響。苜先,傳感器節點需要彼此并行操作和協作,去完成復雜的監測和感知環境的任務。數據融合是這種并行操作的典型實例,不同的節點采集的數據集合構成一個有意義的結果。例如,在車輛跟蹤系統中,傳感器節點記錄車輛的位置和時間并傳送給網關匯聚節點,然后結合這些信息估計車輛的位置和速度。如果傳感器節點缺乏統一的時間同步,車輛的位置估計將是不準確的。其次,許多節能方案是利用時間同步來實現的。例如,傳感器可以在適當的時候休眠,在需要的時候再喚醒。當應用這種節能模式的時候,網絡節點應該在相同的時間休眠和喚醒,也就是說當數據到來時,節點的接收器并沒有關閉。無線傳感器網絡時間同步機制設計的目的是為網絡中所有節點的本地時鐘提供共同的時間戳。2.設計時間同步機制一般關注的主要性能參數(1)能量效率達到同步所需要的時間以及消耗的能量。同步需要的時間越長,消耗的能量越多,同步的效率就越低。無線傳感器網絡的主要特點就是節點的能量受限問題,設計的時間同步算法需以考慮傳感器節點有效的能量資源作為前提。(2)可擴展性無線傳感器網絡需要部署大量的傳感器節點,時間同步機制應該支持有效擴展網絡中節點的數目或者密度。(3)精確度精確度的需求依賴于特殊的應用和時間同步的目的而有所不同,對于某些應用,知道時間和消息的先后順序就夠了,然而某些則要求較高的同步精確。(4)健壯性無線傳感器網絡可能在敵占區域長時間無人管理,一旦某些節點被破壞,在余下的網絡中,時間同步機制應該繼續保持有效并且功能健全。(5)同步期限(或壽命)指節點需要一直保持時間同步的時間長度。時間同步算法提供的同步時間可以是瞬時的,也可以和網絡的壽命一樣長。(6)有效同步范圍是指需要節點同步的區域范圍,可以是物理上的地理范圍,也可是邏輯范圍,如網絡路由的跳數。時間同步機制可以給網絡內所有的節點提供時問,也可以給局部區域內的部分節點提供時間。(7)成本和尺寸同步可能需要特定的硬件,另外,體積的大小也影晌同步機制的實現,無線傳感器網絡節點非常小而且廉價。(8)最大誤差一組傳感器節點之間的最大時間差,或相對外部標準時間的最大差。通常,最大誤差會隨著同步的網絡范圍擴大而增加。3.常用的時間同步算法常用的時間同步算法主要包括了rbs算法、tpsn算法、mini-sync及tiny-sync算法和lts算法。(1)參考廣播同步(referencebroadcastsynchronlzatlon,rbs)算法rbs算法是elson等人以“第三節點”實現同步的思想而提出的?;舅枷刖褪枪濣c廣播參考消息給它的鄰居節點,這個參考消息不包括時間戳,相反,它的到達時間被節點用來作為參考對比時鐘。節點廣播單個脈沖給兩個接收者,接收者在收到脈沖的基礎上再交換記錄脈沖的時間,進而估計節點間的相對相位偏移。這樣,通過單個脈沖實現了兩個節點的同步,另外增加脈沖數還可提高精確度。由于rbs算法將發送者的不確定性從關鍵路徑里消除,不需要節點之間的雙向信息交換,從而獲得比傳統時鐘同步方法更好的精確度,如圖所示。rbs算法時間誤差的主要來源是傳輸時間和接收時間的不確定性。當廣播范圍較小時,可以忽略傳輸誤差。圖rbs算法與傳統時鐘同步算法比較(2)同步(ttmmgsyncprotocolforsensornetworks,tpsn)算法<

      (作者:)

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