无线传感器网络第章传感器网络支撑技术
无线传感器网络的技术与应用
无线传感器网络的技术与应用随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络逐渐成为了人们关注的热点之一。
无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是一种由大量分散的、自主的、低功耗、低成本的传感器节点组成的自组织网络，具有自适应性、可扩展性、自修复性等优点。
其主要应用于环境监测、智能交通、智能家居、健康医疗等领域。
本文将从无线传感器网络的技术及其应用两个方面进行论述。
一、无线传感器网络的技术1、网络组网无线传感器网络的组网方式通常有两种，一种是基于无线自组织的策略，另一种是基于预先规划的拓扑结构。
无线自组织网络通常由大量自主的传感器节点通过自主组合和动态平衡来形成拓扑结构，而基于预先规划的拓扑结构是通过网络设计和布置来实现的。
由于两种方式各有优劣，因此在实际应用中需要根据不同的应用场景选择最合适的组网方式。
2、网络通信无线传感器网络的通信方式主要有三种，分别是广播传输、多跳传输和定向传输。
广播传输方式适用于短距离、低能耗的数据传输，多跳传输方式适用于长距离、高效性的数据传输，而定向传输方式适用于距离较近且需要高精度的数据传输。
为了保证传输的稳定性和可靠性，无线传感器网络一般采用进行手动或自动网络拓扑优化的方法来减少功率消耗和增强传输稳定性。
3、节点能耗管理由于无线传感器节点具有低功耗的特点，因此在实际应用中需要采取一定的节能措施来延长其使用寿命。
目前常用的节能措施有睡眠模式、轮流休眠、时分复用等。
其中，睡眠模式是使无线传感器节点在不传输数据时的空闲时间进入睡眠状态，以降低功率消耗；轮流休眠方式是使网络中所有节点轮流休眠，以达到节能的目的；时分复用是在不同节点之间通过时间复用使每个节点在不同时间段内进行通信，以提高通信的能效。
二、无线传感器网络的应用1、环境监测环境监测是无线传感器网络的主要应用领域之一。
通过在大量传感器节点上部署各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等，可以实时掌握环境的各项指标，并通过无线网络将数据传输至数据中心进行分析。
无线传感器网络技术概论课件：无线传感器网络体系结构
无线传感器网络体系结构
2．通信能力的约束 传感器节点的通信能力关系到传感器网络监测区域内节
点部署数量，而制约其通信能力主要有两个参数，即能量损 耗和通信距离，二者之间的关系为
E = kdn
(2-1)
式中，E为传感器节点的通信能量损耗；k为一个常数，
与传感器节点的系统构成有关；d为传感器节点的通信距离；
分别接入TD-SCDMA、GSM核心网、Internet主干网及无线 局域网络等多种类型异构网络，再通过各网络下的基站或主 控设备将传感器信息分发至各终端，以实现针对无线传感器 网络的多网远程监控与调度。同时，处于TD-SCDMA、 GSM、Internet等多类型网络终端的各种应用与业务实体也 将通过各自网络连接相应的无线传感器网络网关，并由此对 相应无线传感器网络节点开展数据查询、任务派发、业务扩 展等多种功能，最终实现无线传感器网络与以移动通信网络、 Internet网络为主的各类型网络的无缝的、泛在的交互。
(2) 汇聚节点：用于连接传感器节点与Internet 等外部网 络的网关，可实现两种协议间的转换；同时能向传感器节点 发布来自管理节点的监测任务，并把WSN收集到的数据转 发到外部网络上。与传感器节点相比，汇聚节点的处理能力、 存储能力和通信能力相对较强。
(3) 管理节点：用于动态地管理整个无线传感器网络， 直接面向用户。所有者通过管理节点访问无线传感器网络的 资源，配置和管理网络，发布监测任务以及收集监测数据。
锁相回路(PLL)、解调器和功率放大器组成，所有的这些组
件都会消耗能量。对于一对收发机来说，数据通信带来的功
耗PC的组成部分可简单地用模型描述为
PC = PO + PTX + PRX
(2-2)
无线传感器网络复习资料
无线传感器网络复习资料第一章概述1、什么是无线传感器网络?无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。
另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
3、传感器网络的体系结构包括哪些部分？各部分的功能分别是什么？（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。
敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。
转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。
基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。
另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
2、集成传感器的特点是什么?体积小、重量轻、功能强、性能好。
第5章-WSN支撑技术
5.3.3 常用数据融合的算法
(1) 综合平均法
该方法是把来自多个传感器的众多数据进行综合平均。
它适用于同类传感器检测同一个检测目标。这是最简单、
最直观的数据融合方法。该方法将一组传感器提供的冗余
根据数据进行融合操作前后的信息含量，可以将数据融合分为无 损失融合和有损失融合两类。 （1）无损失融合
在无损失融合中，所有的细节信息均被保留，只去除冗余的部分 信息。此类融合的常见做法是去除信息中的冗余部分。 （2）有损失融合
有损失融合通常会省略一些细节信息或降低数据的质量，从而减 少需要存储或传输的数据量，以达到节省存储资源或能量资源的目的。 在有损失融合中，信息损失的上限是要保留应用所必需的全部信息量。
3、根据融合操作的级别分类
根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为以下三类： （1）数据级融合 数据级融合是最底层的融合，操作对象是传感器采集得到的数据， 因而是面向数据的融合。 （2）特征级融合 特征级融合通过一些特征提取手段将数据表示为一系列的特征向量， 来反映事物的属性。 （3）决策级融合 决策级融合根据应用需求进行较高级的决策，是最高级的融合。
基于硬件振荡器的计算机时钟是所有计算设备的重要组成部分 。典型的时钟由一个稳定的石英振荡器和一个计数器组成，这个 计数器随着每次石英晶体的振荡递减。
对于两个节点的本地时间而言，时钟偏移量表示时钟之间的时 间差。同步是指调整一个或者两个时钟，从而使它们的读数匹配 。
5.1.2 时间同步问题
1. 时间同步的必要性
第5章-WSN支撑技术
第5章WSN的支撑技术
虽然传感器网络用户的使用目的千变万化，但是作为网 络终端节点的功能归根结底就是传感、探测、感知，收集应 用相关的数据信号。
无线传感器网络(WSN)技术概述
无线传感器网络（WSN）技术概述无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN），是一种由大量分布在监测区域内的无线传感器节点组成的自组织网络。
通过无线通信技术，这些节点可以相互之间进行通信，并将采集到的环境信息传输到基站或其他节点。
WSN技术是当今物联网领域的重要支撑技术之一，具有广泛的应用前景。
一、WSN技术的架构WSN技术的架构主要由传感器节点、网络通信、数据处理和能量管理四个部分组成。
1. 传感器节点传感器节点是WSN技术的基本组成单元，通常由传感器、处理器、存储器和通信模块等组件构成。
传感器用于采集环境信息，如温度、湿度、压力等。
处理器用于对采集到的数据进行处理和分析。
存储器用于存储采集到的数据和运行程序。
通信模块用于与其他节点进行通信。
2. 网络通信在WSN中，节点之间通过无线通信方式进行通信。
常见的无线通信技术包括无线局域网（WLAN）、蓝牙（Bluetooth）和低功耗广域网络（LPWAN）等。
节点之间可以通过广播或点对点通信方式进行数据传输。
3. 数据处理传感器节点采集到的原始数据通常需要进行一定的处理和分析。
数据处理主要包括数据压缩、数据融合和数据挖掘等技术。
通过数据处理，可以减少数据的冗余性，提高数据的有效性，并提取出有用的信息。
4. 能量管理能量管理在WSN技术中非常重要，因为传感器节点通常由电池供电，并且节点通常需要长时间运行。
为了延长节点的寿命，需要对节点的能量进行合理管理。
能量管理包括能量感知、能量节约和能量补充等方面内容。
二、WSN技术的应用领域WSN技术在许多领域具有广泛的应用，在环境监测、农业、工业自动化和智能交通等领域发挥了重要作用。
1. 环境监测WSN技术可以应用于环境监测领域，用于监测空气质量、水质污染等环境参数。
通过部署大量的传感器节点在监测区域内，可以实时的、准确的获取环境信息，对环境状况进行监控和评估。
2. 农业WSN技术可以用于农业生产中，用于监测土壤湿度、气温、光照等参数。
无线传感器网络的理论及应用
传感器节点的结构
传感器节点的结构
传感器节点由传感单元、处理单元、 传感器节点由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源 单元等几部分组成。 单元等几部分组成。 传感单元用于感知、获取监测区域内的信息， 传感单元用于感知、获取监测区域内的信息，并将其转换 为数字信号。 为数字信号。 处理单元负责控制和协调节点各部分工作， 处理单元负责控制和协调节点各部分工作，存储和处理自 身采集的数据以及其他节点发来的数据。 身采集的数据以及其他节点发来的数据。 无线收发单元负责与其他传感器节点进行通信， 无线收发单元负责与其他传感器节点进行通信，交换控制 信息和收发采集数据。 信息和收发采集数据。 电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必须的能源。 电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必须的能源。 此外，传感器节点还可以包括其他辅助单元，如移动系统、 此外，传感器节点还可以包括其他辅助单元，如移动系统、 定位系统和自供电系统等。 定位系统和自供电系统等。
以数据为中心
在无线传感器网络中， 在无线传感器网络中，人们通常只关心某 个区域内某个观测指标的数值， 个区域内某个观测指标的数值，而不会去 具体关心单个节点的观测数据。 具体关心单个节点的观测数据。 用户使用传感器网络查询事件时， 用户使用传感器网络查询事件时，直接将 所关心的事件通告给网络， 所关心的事件通告给网络，而不是通告给 某个确定编号的节点。 某个确定编号的节点。网络在获得指定事 件的信息后汇报给用户。 件的信息后汇报给用户。
分布式 自组织
无线传感器网络与 无线自组网络的共 同特点： 同特点：
拓扑变化 多跳路由 安全性差
分布式
网络没有严格的控制中心， 网络没有严格的控制中心，所有节点地位 平等， 平等，节点之间通过分布式的算法来协调 彼此行为，是一个对等网络。 彼此行为，是一个对等网络。 节点可以随时加入或离开网络，任何节点 节点可以随时加入或离开网络， 的故障不会影响整个网络的运行， 的故障不会影响整个网络的运行，具有很 强的抗毁性。 强的抗毁性。
江苏自考 30451 无线传感器网络
高纲1353江苏省高等教育自学考试大纲30451 无线传感器网络南京理工大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点《无线传感器网络》是江苏省高等教育自学考试电子工程专业的必修课，是为了培养和检验自学应考者的通信工程、信息工程基本知识和基本技能而设置的一门专业课程。
无线传感器网络是集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理平台，具有广泛的应用前景，是计算机信息领域最活跃的研究热点之一。
通过本课程的学习，要求学生掌握无线传感器网络的体系结构和网络管理技术，着重掌握无线传感器网络的通信协议，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术，为在基于无线传感器网络的系统开发和应用中，深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下基础。
二、课程目标本课程主要讲授传感器网络的基本概念、基本原理与基本方法，并介绍国内外的最新技术发展和当前的研究热点。
课程设置的目标是：1.通过本课程让学生了解无线传感器网络的体系结构和网络管理技术。
2.掌握无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议、路由协议、拓扑控制协议以及无线网络协议IEEE802.15.4等通信协议。
3.了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术。
4.掌握基于无线传感器网络的智能应用的基本设计方法，掌握其软硬件开发平台和仿真环境的使用。
三、与相关课程的联系与区别本课程的先修课程为《通信原理》、《计算机网络技术》Ⅱ考核目标用学科化的语言对三个或四个认知层次予以表述。
以《物理（工）》课程为例：本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。
四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。
各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关物理概念及规律的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。
无线传感器网络复习资料
第一章概述1、什么是无线传感器网络无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成这些组成模块的功能分别是什么（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。
另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
3、传感器网络的体系结构包括哪些部分各部分的功能分别是什么（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成各部分的功能是什么传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。
敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。
转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。
基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。
另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
2、集成传感器的特点是什么体积小、重量轻、功能强、性能好。
3、如何进行传感器的正确选型（1）测量对象与环境：分析被测量的特点和传感器的使用条件选择何种原理的传感器。
无线传感器网络课件-第一章
配
传感器节点实物示例
1.1传感器网络的常用逻辑结构图 传感器1 传感器2
传感器N
…
无线链路 无线接口 模块
监控主机
基本工作过程
(1) 传感器节点的处理器模块完成计算与控制功能，射频模块完成无线通信传输功能，传感 器探测模块完成数据采集功能，通常由电池供电，封装成完整的低功耗无线传感器网络。 (2) 网关节点只需要具有处理器模块和射频模块，通过无线方式接收探测终端发送来的数据 信息，再传输给有线网络的PC机或服务器。
1.4传感器节点的限制条件 传感器网络由数据获取子网、数据分布子网和控制管理中心三部分组成。
主要组成部分是集成了传感器、数据处理单元和通信模块的节点，节点通过协议自组织成一个 分布式网络，将采集的数据优化后经无线电波传输给信息处理中心。
传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在一些限制和约束。
通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
应用支撑平台包括如下内容：
① 时间同步 ② 定位 ③ 应用服务接口 ④ 网络管理接口
2、传感器网络的结构 根据节点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。 如果网络的规模较小，一般采用平面结构。如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。
二
传感器网络的发展历史
三
传感器网络的应用情况
四
传感器网络的关键技术
❖ 教学目的：掌握传感器网络的基本情况 ❖ 本章重点：基本概念、应用情况
一、什么是无线传感器网络
有基础设施网
无 线 网 络
无基础设施网
移动Ad hoc网络 无线传感器网络
有基础设施的网络
需要固定基站,如使用的手机，属于无线蜂窝网，需要高大的天线和大功率基站来支持，基 站就是最重要的基础设施； 使用无线网卡上网的无线局域网，由于采用了接入点这种固定设备，也属于有基础设施网。
无线传感器网络技术与应用课件
1、基于距离的定位
基于距离的定位机制（range-based）是通过测量相邻节点 间的实际距离或方位进行定位的。分为三个阶段
1）测距阶段。首先未知节点通过测量接收到信标节点发出 信号的某些参数，如强度、到达时间、达到角度等，计算 出未知节点到信标节点之间的距离，这个测量出来的距离 可能是未知节点到信标节点的直线距离，也可能是二者之 间的近似直线距离。
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2、入侵检测技术 入侵检测可以被定义为识别出正在发生的入侵 企图或已经发生的入侵活动过程 分类 基于误用的检测 基于异常的检测 基于规范的检测
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入侵检测框架
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国内和国际有多项标准与无线传感器网络具有关联 性，其中明确提出其研究对象为无线传感器网络标 准的组织包括国内WGSN标准工作组和国际ISO/IEC JTC1 WG7工作组
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3、查询处理技术 动态数据查询：数据仅在一个小的时间窗内有效 历史数据查询：对检测到的历史数据进行检测、 分析走势等，此类查询通常认为每个数据都是同 等重要的，是不可缺少的
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四、目标跟踪技术 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的估计， 同时也是对传感器接收的量测进行处理的过程 基本原理：当有目标进入监测区域时，由于目标 的辐射特性（通常是红外辐射特征）、声传播特 征和目标运动过程中产生的地面震动特征，传感 器会探测到相应的信号
3
二、无线传感器网络的应用领域 军事 农业 医疗 建筑工程与建筑物 智能建筑与市政建设管理
4
三、无线传感器网络的特点 体积小、电源能力有限 计算和存储能力有限 分布式、多跳自组织 通信半径小、带宽低 动态性强 以数据为中心
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四、无线传感器网络的关键技术 网络拓扑控制 网络协议 时间同步 定位技术 数据管理 网络安全
物联网中的无线传感器网络技术综述
物联网中的无线传感器网络技术综述无线传感器网络技术（Wireless Sensor Network, WSN）是物联网技术的重要组成部分之一，旨在将传感器和网络技术结合，实现小型节点的低成本、低功耗和高度智能化。
此类网络能够通过自组织方式自发地建立一个联合网络，旨在使物联网的应用更加深入、细致和准确。
本文将综述无线传感器网络技术在物联网中的应用，以及技术特点和发展趋势，为读者全面介绍无线传感器网络技术。
一、无线传感器网络技术概念及原理1.1 无线传感器网络简介传感器是物联网中非常重要的一种设备。
随着物联网技术的不断发展，传感器的应用范围越来越广泛，从工业生产到生活设备及各行各业中几乎无所不在。
然而，由于成本和能耗的限制，传感器的单体能力存在着极大的局限性。
为此，无线传感器网络技术横空出世，这项技术为传感器节点提供了一种联合使用的方式。
通过无线传感器网络技术，传感器节点在网络中进行数据交互和协作，从而实现远程监测和控制等多种应用。
1.2 无线传感器网络原理无线传感器节点由传感器、处理器、通信模块和电源组成。
在传感器网络中，节点彼此组合形成一个联机网络，节点之间之间通过无线方式进行数据交换。
无线传感器网络是典型的分布式系统，每个节点都可以与周围节点通信，通过传输能量和传输信息来完成网络应用。
在无线传感器网络中，传感器节点通过不断的自适应和自学习，定期地收集和分析周围环境的参数，形成一个感知环境的虚拟网络，从而为物联网应用提供有力支撑。
二、无线传感器网络技术的应用领域2.1 工业领域工业领域是典型的无线传感器网络应用领域之一。
在制造业中，无线传感器节点可以扮演重要角色，通过在生产过程中采集和分析数据，改善生产过程，提高生产效率，节省资源成本，加强产品质量控制等，其应用价值非常显著。
例如：在制造过程中，精确定位和测量配套设备的运行状态就可以由传感器节点来完成。
2.2 环境领域环境领域是另一个重要的无线传感器网络应用领域。
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无线传感器网络第章传感器网络支
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4.1.2 TPSN时间同步协议
1、TPSN协议的操作过程 TPSN协议包括两个阶段：
（2）传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
在分布式系统中，时间同步涉及“物理时间”和“逻辑时 间”两个不同的概念。
“物理时间”用来表示人类社会使用的绝对时间；“逻辑 时间”体现了事件发生的顺序关系，是一个相对概念。
• 双向报文交换是应用很广泛的一种时间校正技术，精度比 较高。但是网络负载比较大，耗能较高，而且需要周期性
地执行同步过程。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
广播参考报文
• 利用第三个节点k作为参考节点，发送时间同步参考广播 报文给相邻的节点i和节点j。假设这个参考广播报文到达 节点i和节点j的时间延迟相等 Tia = Tja。节点j收到参考广 播报文后，立即发送包含有Tja 信息的报文给节点i，于是
• 这种时间校正技术的精度最低，因为它假设报文传递过程 中只有传播延时，忽略了无线信道的许多不确定因素的影 响。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
• 双向报文交换
• 设报文的往返时间为D=Tib-Tia ，报文的传递时延d在0～ D之间。如果知道d的上界dmax和下界dmin，节点j可以确 定d在D – dmax 到 D - dmin 之间。
的带宽
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
• 目前已有几种成熟的传感器网络时间同步协议，其中RBS、 Tiny/Mini-Sync和TPSN被认为是三种最基本的传感器网 络时间同步机制。
• RBS参考广播同步机制
– 接收者－接收者同步机制
– 基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个 收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消 除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协 议的缺点是协议开销大。
第4章
传感器网络的支撑技术
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第4章 传感器网络的支撑技术
传感器网络的支撑技术主要包括： 时间同步机制 定位技术 数据融合 能量管理 安全机制
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4.1 时间同步机制
4.1.1 传感器网络的时间同步机制
1、传感器网络时间同步的意义
第一个阶段生成层次结构，每个节点赋予一个级别，根节点 赋予最高级别第0级，第i级的节点至少能够与一个第（i－1） 级的节点通信；
会导致晶振频率产生波动，因此，构造理想时钟比 较困难。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
• 3种时钟模型: – 速率恒定模型 假定时钟速率是恒定的，即晶振频率没 有波动发生。当要求的时钟精度远低于频率波动导致的 偏差时，该模型的假定应该是合理的。 – 漂移有界模型 该模型在工程实践中非常有用，常用来 确定时钟的精度或误差的上下界。 – 漂移变化有界模型 该模型假定时钟漂移的变化是有界 的,时钟漂移的变化主要是温度和电源电压等因素发生变 化所引起的，一般变化速率相对缓慢，可以通过适当的 补偿算法加以修正。
节点i就可以计算收到两条报文的时间间隔D为Tib – Tia。器网络第章传感器网络支
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
时钟同步的误差来源
• 同步信息的时延包括 – 协议发送时延 – 接入时延 – 发送时延 – 传播时延 – 接收时延 – 接收处理时延
分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时间。 全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
时钟同步模型 • 节点本地时钟通常用晶体振荡器脉冲来度量
本地时钟＝f(速率，初始相位) • 因温度、压力、电源电压等外界环境的变化，往往
在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时 钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及温度、湿度和电磁波的干扰 等都会造成网络节点之间的运行时间偏差。
无线传感器网络时间同步机制的意义和作用主要体现在如下两方面：
（1）传感器节点通常需要彼此协作，去完成复杂的监测和感知任务。数 据融合是协作操作的典型例子，不同的节点采集的数据最终融合形成了一个 有意义的结果。
• Tiny-Sync和Mini-Sync是两种简单的时间同步机制。
• TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络节点的 时间同步。
• TPSN协议发送者－接收者同步机制。
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4.1.2 TPSN时间同步协议
传感器网络TPSN时间同步协议类似于传统网络的NTP协 议，目的是提供传感器网络全网范围内节点间的时间同步。 在网络中有一个与外界可以通信，从而获取外部时间，这种 节点称为根节点。根节点可装配诸如GPS接收机这样的复杂 硬件部件，并作为整个网络系统的时钟源。
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
通信模型 • 节点时间校正技术是WSN时间同步的核心和基础。目前
主要的时间校正技术有单向报文传递、双向报文交换、广 播参考报文等技术。 • 单向报文传递
d
• 如果知道d的上界和下界，则 d = (dmax + dmin) / 2
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4.1.1 传感器网络的时间同步机制
2、传感器网络时间同步协议的特点 价格限制，无法使用高精度本地振荡器 能量有限，同步时通信开销不能太大 不能照搬有线网络上成熟的NTP时间同步协议，原因是：
WSN链路通信质量难以保证， WSN网络拓扑结构不稳定 没有相应的基础设施支持 WSN的时间同步协议不能消耗过多的能量和占用较多