【摘要】：時(shí)間同步是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐技術(shù)。近年來,分布式的一致性時(shí)間同步協(xié)議以其良好的魯棒性和可擴(kuò)展性成為時(shí)間同步領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),但是此類算法收斂速度慢,通信開銷較大。在已經(jīng)部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,很多網(wǎng)絡(luò)采用簇型結(jié)構(gòu),因?yàn)榉执啬軌蛱岣呔W(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性并促進(jìn)數(shù)據(jù)融合。因此,為了克服一致性同步算法的缺點(diǎn),將一致性時(shí)間同步協(xié)議和簇型網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的同步方法被提出。然而,目前該類算法仍然存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間,例如,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要周期性的向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播同步消息,導(dǎo)致同步過程中產(chǎn)生較多的消息交互。針對上述問題,本文根據(jù)簇型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出改進(jìn)的面向分簇?zé)o線傳感網(wǎng)的最大一致性時(shí)間同步算法。主要工作如下:1.調(diào)研無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù),對時(shí)間同步的現(xiàn)狀和一致性時(shí)間同步算法進(jìn)行介紹和分析。2.針對目前分簇?zé)o線傳感網(wǎng)一致性時(shí)間同步算法通信開銷大的不足,提出一種面向簇型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于消息轉(zhuǎn)發(fā)的最大一致性時(shí)間同步方法(Forwarding-Based Maximum Consensus Time Synchronization,FBTS)。FBTS的同步過程由簇頭發(fā)起并分為簇內(nèi)首次時(shí)間同步、基于消息轉(zhuǎn)發(fā)的簇間時(shí)間同步和簇內(nèi)再次時(shí)間同步三個(gè)階段。在簇間同步中,普通簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)都無需通信來與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步,與已有方法中每個(gè)周期簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)都需要廣播或者回復(fù)消息相比,能夠有效降低同步的通信量并提高收斂速度。理論推導(dǎo)和對比分析表明,FBTS在收斂速度和通信開銷方面都優(yōu)于MTS(Maximum Time Synchronization,最大一致性時(shí)間同步)和CMTS(Cluster-Based Maximum Consensus Synchronization,基于分簇的最大一致性時(shí)間同步)。3.為了進(jìn)一步降低同步過程中的網(wǎng)絡(luò)通信量,提出一種基于門限的邏輯時(shí)鐘過濾的最大一致性時(shí)間同步方法(Threshold-Based Maximum Consensus Time Synchronization,TBTS)。TBTS將同步過程分為基于門限的簇內(nèi)時(shí)間同步、簇間時(shí)間同步和單向簇內(nèi)時(shí)間同步。在基于門限的簇內(nèi)同步中,提出節(jié)點(diǎn)邏輯時(shí)鐘過濾方法來減少節(jié)點(diǎn)間信息的交互次數(shù)。理論推導(dǎo)和對比分析表明,TBTS和FBTS收斂速度一樣,TBTS同步過程中的通信開銷比FBTS更小。4.通過仿真,本文分析了FBTS和TBTS兩種同步方法的收斂時(shí)間、可擴(kuò)展性和同步中的信息交換次數(shù),并通過與當(dāng)前主流算法對比,證明了所提算法的性能。本文針對簇型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和一致性時(shí)間同步算法,提出改進(jìn)的時(shí)間同步方法來提高算法收斂速度并減少同步開銷,且所提算法可以對同時(shí)時(shí)鐘斜率和偏差進(jìn)行補(bǔ)償,延長了再次同步的周期。因此,本文的研究對于一致性時(shí)鐘同步算法的應(yīng)用和發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

為了詳盡的說明本論文的研究內(nèi)容，將本論文分為 6 個(gè)章節(jié)進(jìn)行闡述，每個(gè)章節(jié)的具體安排如下：第一章論述了本文的研究背景及意義，并針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法，特別是一致性時(shí)間同步算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，同時(shí)，分析了目前存在的問題并說明了論文的主要工作內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)安排。第二章首先對分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了概述，其次，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步算法的分類進(jìn)行了介紹和分析，最后介紹了一致性理論、時(shí)鐘模型和典型的一致性時(shí)間同步算法。第三章提出一種面向簇型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于消息轉(zhuǎn)發(fā)的最大一致性時(shí)間同步方法(FBTS)。時(shí)間同步過程由簇頭發(fā)起并將同步過程分為簇內(nèi)首次時(shí)間同步，基于消息轉(zhuǎn)發(fā)的簇間時(shí)間同步和簇內(nèi)再次時(shí)間同步三個(gè)步驟，，并對每個(gè)同步過程進(jìn)行了闡述。通過理論推導(dǎo)和對比分析，證明 FBTS 同步方法的性能。第四章提出一種低開銷的邏輯時(shí)鐘過濾的最大一致性時(shí)間同步方法(TBTS)來

的消息交互過程如圖 2.2 所示。參廣播信標(biāo)幀，廣播范圍內(nèi)的其他節(jié)的接收時(shí)間為ikT ( i = 1, 2,3, m)；k到達(dá)的時(shí)間為參考來找出他們之間ik jkT T，由此可以得出節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘偏11( )nij jk ikkOffset T Tn== ， i ∈ m數(shù)據(jù)包的總數(shù)。該算法的主要思想是響，同步誤差只由傳播和接收的不到所有節(jié)點(diǎn)，則可以忽略傳播時(shí)間
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 李士軍;溫竹;宮鶴;王艷梅;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J];浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2014年06期

2 鐘吉源;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能交通信息采集系統(tǒng)研究[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2013年23期

3 李逸明;李斌;錢明理;王龍辰;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J];中國醫(yī)療器械雜志;2013年05期

4 錢志鴻;王義君;;面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J];電子與信息學(xué)報(bào);2013年01期

5 司海飛;楊忠;王s

本文編號：2669453