无线自组织网络时钟互同步算法分析

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无线传感器网络时间同步方法研究

无线传感器网络时间同步方法研究随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）已经成为实现智能化、自动化和联网化的重要要素之一。

在WSNs中，时间同步是一项关键技术，它可以确保网络节点之间的时间一致性，从而实现数据的准确收集和处理。

本文将探讨无线传感器网络时间同步方法的研究，包括时钟同步协议和时间误差补偿方法。

一、时钟同步协议时钟同步协议旨在使WSNs中的节点能够在一个全局共享的时间轴上保持一致。

常见的时钟同步协议包括以下几种。

1.1 Berkeley算法Berkeley算法是一种分布式时钟同步算法，它通过选举一个特殊节点作为时间服务器来实现同步。

该算法将网络节点分为两类：时间服务器和普通节点。

时间服务器通过周期性地向所有普通节点广播时间信息来同步网络。

普通节点根据接收到的时间信息调整自己的时钟。

由于该算法采用分布式的方式，节点之间的通信开销相对较小，适用于大规模的WSNs。

1.2 RBS算法RBS（Reference Broadcast Synchronization）算法是一种基于参考广播的时钟同步算法，通过以广播方式将时间信息传播给其他节点来实现同步。

该算法先选举一个特殊节点作为参考节点，该节点拥有一个精确的时钟源。

参考节点周期性地广播时间信息，并且其他节点在接收到广播后根据参考节点的时间信息进行时钟的调整。

RBS算法适用于小规模的WSNs，但对网络中的通信开销较大。

1.3 FTSP算法FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）算法是一种基于洪泛方式的时钟同步算法，它通过广播方式将时间信息传播给所有其他节点。

FTSP算法基于对跳数的计算来估计节点之间的时钟差，并通过协调函数来调整时钟。

由于该算法采用全节点通信的方式，能够实现较高的同步精度。

二、时间误差补偿方法时间误差是指节点自身时钟与参考时间的差值，由于节点硬件等原因，时钟会存在一定的误差。

无线时间同步的基本过程

无线时间同步的基本过程
首先，无线时间同步通常由一个主设备和多个从设备组成。

主
设备负责生成一个准确的时间信号，并通过无线信道广播这个时间
信号。

从设备接收到主设备的时间信号后，根据一定的协议和算法
来调整自己的本地时钟，使得和主设备的时间保持一致。

其次，无线时间同步的基本过程包括时间信号的生成、传输和
接收。

主设备通常会使用高精度的时钟来生成时间信号，比如GPS
授时、原子钟等。

然后，主设备通过无线信道将时间信号广播出去，从设备接收到时间信号后，通过内部的时钟同步算法来调整自己的
本地时钟，使得和主设备的时间保持一致。

最后，无线时间同步的精度和稳定性对许多应用来说非常重要。

因此，在设计无线时间同步系统时，需要考虑信道的传输延迟、信
号的抖动、时钟的漂移等因素，以确保时间同步的精度和稳定性。

总的来说，无线时间同步是通过无线信号传输来保持多个设备
或系统的时间保持一致的过程，它在现代通信和计算系统中扮演着
非常重要的角色。

通过合理的设计和实现，无线时间同步可以确保
各个设备之间的时间是同步的，从而保证系统的正常运行和应用的可靠性。

时钟同步算法

时钟同步算法
时钟同步算法是计算机网络中的一种重要算法，它的作用是将网络中各个计算机的时钟同步，以保证计算机之间的通信和数据传输的准确性和可靠性。

时钟同步算法有多种实现方式，下面将介绍其中的两种常用算法：NTP和PTP。

NTP（Network Time Protocol）是一种广泛应用的时钟同步协议，它可以在互联网上实现高精度的时钟同步。

NTP的工作原理是通过向网络中的时间服务器发送时间请求，然后根据服务器返回的时间信息来调整本地时钟。

NTP协议采用了一种分层的时间服务器结构，每个时间服务器都可以向上级服务器请求时间信息，以保证时间信息的准确性和可靠性。

NTP协议的优点是具有高精度、高可靠性和广泛应用等特点，但缺点是需要较高的网络带宽和较长的时间延迟。

PTP（Precision Time Protocol）是一种新型的时钟同步协议，它可以在局域网内实现高精度的时钟同步。

PTP的工作原理是通过向网络中的主时钟发送时间请求，然后根据主时钟返回的时间信息来调整本地时钟。

PTP协议采用了一种分层的时钟结构，每个时钟都可以向上级时钟请求时间信息，以保证时间信息的准确性和可靠性。

PTP协议的优点是具有高精度、低延迟和适用于局域网等特点，但缺点是需要较高的硬件要求和较长的配置时间。

总的来说，时钟同步算法是计算机网络中的一种重要算法，它可以保证计算机之间的通信和数据传输的准确性和可靠性。

NTP和PTP是两种常用的时钟同步算法，它们各自具有优点和缺点，可以根据实际需求选择合适的算法。

在实际应用中，时钟同步算法的选择和配置需要考虑多种因素，如网络带宽、时间延迟、硬件要求等，以保证算法的准确性和可靠性。

无线传感器网络时间同步

无线传感器网络时间同步无线传感器网络是由许多分布式传感器节点组成的，这些节点能够自组织通信，以收集数据和感知环境。

由于这些节点必须协作，因此它们必须具有准确的时钟以便能够对数据或事件进行同步。

无线传感器网络时间同步旨在协调网络中的每个节点以确保它们具有相同的时间参考。

它是网络内数据可靠性和完整性的基础，因为许多应用程序需要使用时间戳和顺序号来正确处理数据。

但是，在无线传感器网络中实现时间同步是具有挑战性的，因为节点的时钟精度可能受到环境条件和硬件偏差的影响。

下面是一些目前用于无线传感器网络时间同步的主要协议和技术：1. 基于发送时间戳的时间同步协议基于发送时间戳的时间同步协议是最常见的无线传感器网络时间同步协议。

在这种协议中，每个节点在发送消息时将当前时间戳附加到消息中。

接收方使用其本地时钟的当前值与时间戳比较以计算往返时延，并校准它的时钟。

该协议的优点是它的实现简单易用；缺点是由于时间戳的传输，它无法在所有情况下达到足够准确的时间同步。

2. 基于跳数的时间同步协议基于跳数的时间同步协议利用无线传感器网络中节点之间的跳数来进行时间同步。

假设网络中的所有节点都具有相同的无线电发射时间，并且在发出时间信号后，将该信号转发到所有相邻节点。

通过测量传输时间和跳数，节点可以确定其当前时间偏差，并进行时间同步。

该协议需要更高的能量消耗以维护节点之间的同步。

3. 时钟插值算法时钟插值算法是一种通用的时间同步方法，它使用数学插值来改进节点时钟的准确性。

它的基本思想是，每个节点保留它在本地的最后一次时间同步，然后通过使用两个时间同步点之间的本地振荡分组来估计其本地钟差。

这种方法需要节点能够记录更多的历史时间同步信息，并需要更复杂的算法来计算时钟偏差。

4. 时间同步协议中的校准方法为了提高时间同步协议的准确性，一些校准方法被加入其中，例如跨层反馈校准、以及基于信号速率不变性原则的校准方法。

这些校准方法可以帮助减少噪声和误差，提高时间同步协议的准确性和可靠性。

无线传感器网络时间同步算法研究

（）３传输时间（ａｓｓｉｍｅｔｎｍｉｏｔ）ｒｓｎｉ发送节点在无线链路的物理层上按位（ｉ传输消息所需ｂｔ）的时间。这个时间取决于消息的长度和无线传输速率。（）４传播时间（ｒｐｇｔｎｔ）ｐｏａａｏｍｅｉｉ消息在发送节点和接收节点之间传输介质中的传播时间。这个时间取决于２个节点间的距离（电磁波在空气中传播
ｗｉｈｉａｄａｃｄｖｒｉｎｏｅＦｏｄｎｉｙｃｒｎｚｔｎＰｏｏｏ（ＴＰ．ｅｏｃｐｆｉｒｃｙｉａｏｔｄａｄｔｅｈｅａｃｙｃｎｅｔｈｃｎａｖｎｅｅｓｆｈｌｏｉｇＴｍｅＳｎｈｏｉａｏｒｔｃｌＳ）Ｔｎｅｔｅａｈｄｐｅ，ｎｉｒｈｃｐｓｏｔｉＦｈｃｏｈｒｓｈｒｏ
的速率是一定的）。与其他时延相比这个时延可以忽略。
成本的微型传感器节点能够通过无线链路自组织相互通信，产生无线传感器网络（ｒｌｓＳｎｏｅｗｒ，Ｎ。ＷｉｅｓｅｓｒＮｔｏｋＷＳ）ＪｅＷＳＮ的应用前景非常广泛，例如，军事应用领域中的目标跟踪、环境检测应用领域（如大鸭岛）以及在生物医疗、智能
［ｓｒｃ］ＴｉｐｐｒｒｐｓｓａｄｅａｕｔｓａｎｗｍｅｓｎｈｏｉｔｎｐｏｏｏａｌｅａｃｉａＴｍｅＳｎｈｏｉａｏｒｔｃｌＳ）ＡｂｔａｔｈｓａｅｏｏｅｎｖｌａｅｅｔｙｃｒｎｚｉｒｔｃｌｌｄＨｉｒｒｈｃｌｉｙｃｒｎｚｔｎＰｏｏｏ（ＰｐｉａｏｃｅｉＨＴ

无线传感器网时间同步算法的比较

ＳｉｇｎａｌＰｒｅｓｓ＆Ｓｙｔｏｃｓｅｍ
器网时间同哆羹哆感
摘要：随着无线传感网的应用领域不断扩大，基于无线传感网的时间同步协议已经受到越来越多的研究人
员的关注。本文以时钟模型为基础，绍了几种经典的无线传感器网时间同步协议，介根据协议的原理分析
ｆ
在现实的环境中，晶振的频率是不断变化的，常用，ｆ（＝）
时钟的变化速率应恒为１。
当ｃｔｔｉ）时，表示节点ｉ（＝的本地时间与标准时间同步。ｔ时刻的时钟偏差（ｌｃｆｓｔＣｏｋＯｆｅ）定义为ｃｆｔ（－。ｔ）时刻的时钟偏移（ｌｃｋｗ）定义为，１ＣｏｋＳｅ），记为ｆ－）。时钟偏差反映了一个时钟的准确性，时钟偏移反映的则是一个时钟晶振的稳定性。在一定的环境或条件下，时钟偏移并非不确定且大幅度随机变化。根据时钟偏移的变化规律，可以建立三种时钟模型。一
１．
ｃｔ＝（）
Ｉ功（）＋ｃｆ）．ｆ（ｏ
０。（１） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中，ｆ晶振的角频率；）一卜标准时间：
鳓一晶振的标准角频率；ｃｆ标准时间为ｔ，节点的本地时间。（一）时，表述时钟的变化速率。显然，一个理想的
了这几种协议的误差来源。并对萤火虫同步算法的原理做了特别介绍，这种算法是通过由脉冲耦合振荡器
发出的一系列脉冲信号来改变节点振荡器的相位，从而达到同步。本文的结论为今后时间同步协议精度和
效能的研究提供了一定的参考。关键词：无线传感器网；时间同步；萤火虫算法；同步精度中图分类号：Ｔ３３Ｐ９文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ８Ｘ２１）７０２ — ４６８３（０ — ０９００００

自组织网络时钟同步研究综述

ｓｅｄｆｏｒａｄｈｏｃｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ａｔｌａｓｔ，ｓｏｍｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｏｆｆｅｒｇｒｉｔｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｆｏｒｔｈｅｎｅｗｃｏｍｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ．
３）传输延时：分组在收发节点间传输所需的时间；４）接收处理延时：接收节点收到时间信息后，从分组中还原时间信息并调节时钟所需的时间。上述４种延时是影响两个收发节点时钟同步精度的主要因素，而整个网络时钟同步的过程又是网络中所有节点对时间信息分组进行发送和接收的过程，因此其同步精度也必将受到这４种延时的影响。３
ａｌｌ
ｓｏｍｅｎｅｔｗｏｒｋｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓｓｕｒｖｅｙｇａｖｅ
Ｔｈｅｓｅ
ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｐｏｐｕｌａｒ
ｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆａｄｈｏｅｎｅｔｗｏｒｋｓ．
ｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｂｙｓｏｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ．Ｔｈｅｎｔｈｅｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙｏｆａｐｐｒｏａｃｈｅｓａｂｏｖｅｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄ
有节点与时钟最快节点同步，每个节点判断接收到的邻节点时间信息。若快于本站时间，则将本站时间调整为邻节点时间，否则放弃时间信息分组。
调节时钟ｔ获取时同信患
ＬａｉＴｅｎ
Ｈ等对ＩＥＥＥ８０２．１１的同步性能进行分析，发
０形威包詈肘同信息分组０
现存在扩展性差、收敛速度慢、只适用于单跳等问题。为了提高同步性能，先后提出ＡＴＳＰ（ＡｄａｐｔｉｖｅＴｉｍｅＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ

一种基于超帧机制的Zigbee时间同步算法研究与实现

一种基于超帧机制的Zigbee时间同步算法研究与实现高广恩;刘全利;贾灵利;王伟【摘要】Time synchronization is essential for almost all the wireless sensor network application. Because of the multi-nodes and low energy consumption feature of wireless sensor network, the realization of a proper time synchronization algorithm is especially important. Based on a self- developed hardware platform, an appropriate single-hop and multi-hop time synchronization algorithm of Zigbee protocol is presented and a detailed algorithm analysis and implementation flow are given. The experimental results show that the time synchronization algorithm has a favorable performance in the single-hop and multi-hop beacon networks,which ensures a high synchronization accuracy and the low power consumption. At the same time of implementing Zigbee energy-saving mechanism, the algorithm provides high synchronization.%对于几乎所有无线传感器网络应用来说，时间同步是非常重要的．由于无线传感器网络的多节点、低功耗等特点，一种合适的时间同步算法的实现尤为关键．以自主研发的硬件平台为基础，设计并实现了一种适用于Zigbee无线通信协议的单跳和多跳网络的时间同步算法，并给出了详细的算法分析及实现流程．实验结果表明所提出的时间同步算法在Zigbee单跳及多跳信标网络中均有良好的性能表现，满足了Zigbee协议低功耗、高同步精度的要求，在实现Zigbee休眠节能机制的同时，算法达到了较高的时间同步精度．【期刊名称】《大连理工大学学报》【年(卷),期】2012(052)005【总页数】6页(P719-724)【关键词】时间戳;时间同步算法;Zigbee网络【作者】高广恩;刘全利;贾灵利;王伟【作者单位】大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学控制科学与工程学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TN9250 引言无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）是近几年一个新兴的研究热点，可广泛应用于军事、环境监测、工业控制等领域.在无线传感器网络中，无论数据融合、节点定位还是传感节点的协同都要求网络同步.因此，时间同步技术已成为无线传感器网络的关键技术之一[1].无线传感器网络有着自组织、多跳、资源受限、低能耗、低带宽的特点，这使其对时间同步算法提出特殊的要求.在某些特定网络环境或应用场合，现有的时间同步算法有着较好的同步精度和较短的收敛时间.但针对Zigbee协议的时间同步算法较少，不能和协议很好兼容.针对无线个域网Zigbee联盟提出了Zigbee[2]标准，它为用户提供了一种成本低、功耗小、速率低、可靠性高、灵活性好的解决方案.Zigbee技术被广泛应用于智能家居、监控监测、智能交通、过程控制等领域，完成数据采集和处理，并对采集对象进行控制等功能.已有的Zigbee网络时间同步算法，考虑的多为星形网络中的同步问题，而对多跳网络研究较少.基于此，借鉴已有的时间同步算法思想并结合Zigbee网络的特点，本文提出一种适用于Zigbee网络的时间同步算法Zigbee－Sync.Zigbee－Sync充分利用超帧机制，具有低开销、高精度、高可靠性的特点.最终通过搭建测试平台验证算法的性能.1 无线传感器网络时间同步目前国内外已有多篇文献对无线传感器网络的时间同步问题进行了研究，提出了不同的时间同步算法.下面将几种具有代表性的时间同步算法进行介绍和分析.RBS算法[3]利用无线信道的广播特性，节点发送参考信标到邻居节点，邻居节点交换它们收到参考信标的时间信息，根据此信息接收节点调节本地时间，达到和其他邻居节点同步的目的.RBS算法消除了发送时间和访问时间的影响，提高了邻居节点间的同步精度.TPSN算法[4]是一种基于层次结构的时间同步算法，整个同步过程分为两个阶段：一是层次发现阶段，二是时间同步阶段.TPSN算法可实现全网同步，其同步收敛时间的长短和网络规模有关，若需要长时间保持同步，则需要周期性地执行同步过程.LTS算法[5]是一种轻量级的同步算法.当节点i需要同步时，就发送同步请求到其邻居节点.若邻居节点此时处于同步状态，则发送同步时间信息到节点i，完成节点i的时间同步；否则邻居节点继续沿着朝向时钟源节点的方向发送同步请求，直到完成同步.LTS算法降低了同步所需的信息开销，其同步收敛时间和节点所处的深度有关系.每一种同步算法都有其优势和不足，所以针对不同的应用网络，要充分考虑其网络特点来设计合适的算法，Zigbee－Sync便是针对Zigbee网络设计的同步算法.2 Zigbee－Sync算法Zigbee是 Zigbee联盟在IEEE 802.15.4[6]定义的物理层和媒体访问控制层的基础之上，又定义了网络层和应用层，因此它包含IEEE 802.15.4的所有功能和特点.2.1 软时钟构造在实际的无线节点上，处理器所使用的时钟周期和无线网络时间同步所需要的同步参数有着较大的差别，因此需要在程序设计中构建时间同步所需的软时钟.此软时钟不仅要精度高、可靠性高，更要符合网络需求和便于实现.在Zigbee协议中，超帧是网络设备访问信道的基本周期，协调器维护超帧，为网络内设备分配访问时隙，图1为Zigbee协议的超帧结构，其中BO（beacon order）、SO （superframe order）分别为信标阶数和超帧阶数，SDb表示基本超帧周期.图1 超帧结构Fig.1 Structure of superframe在Zigbee网络中，时间同步指的是两个设备间的相对同步，而非和国际标准时间的绝对同步.Zigbee标准中，维护超帧所需的最小时间单位为符号（symbol）周期，其实际时间长度为16μs，因此选取符号周期为基本的时间单位.符号周期为软时钟的基本时钟节拍（tick），超帧周期用节拍的数目表示.这利于超帧维护，同时便于退避周期、时隙等时间参数的计算.DLUTWIA－PA平台上MCU的主时钟频率为11.059 2MHz，本文通过定时器分频得到时间长度为16.004 7μs的基本时钟节拍，其与16μs的误差很小，可以满足网络要求.在信标开始时对节拍从零进行计数，在本次超帧结束，下一信标帧到来前记录此计数值，表示超帧周期的大小，通过设定此计数值的大小可达到维护超帧的目的.软时钟的同步精度为一个节拍，为16μs.网络内的两个设备可调节本地的计数值达到同步的目的，其最大时间偏差应为两个节拍，即32μs，可达到较高的同步精度.2.2 时间戳标记时间戳为发送设备在发送数据帧时所获取的本地节拍计数值，其准确性对网络同步精度有很大影响.因此在中断中获取此计数值，尽量减少程序处理带来的误差.在Zigbee－Sync算法中，发送设备将时间戳信息添加在信标帧负载中，以广播的方式告知网络内其他节点.从节点捕获信标帧并解析负载中的时间戳信息，根据此信息调节本地时钟，以达到和发送设备同步的目的.Zigbee协议规定在发送数据帧时首先传输同步头和定界符（SFD）.射频芯片可在发送数据帧时产生SFD中断，发送设备在SFD中断中获取本地时间信息，并将其作为时间戳放在信标帧负载中.接收设备在数据接收完成中断中可解析信标帧负载中的时间戳信息，并根据信标帧的长度估算出数据接收时间.发送设备和接收设备处理时间戳的时刻如图2所示.Mica2等一些平台可以通过处理器直接控制发送数据流，从而可以很容易地标记和读取时间戳[7].而在 DLUTWIA－PA 平台上处理器通过SPI接口和射频芯片相连，数据的发送与接收都需通过SPI接口进行.所以在时间同步算法中要考虑数据在SPI接口上传输所需要的时间.SPI接口数据传输速率为5Mbps，射频收发器的数据传输速率为250kbps.并且射频收发器支持先执行“发送”命令，然后再写入数据到射频收发器内部的缓存，只要保证数据发送过程中缓存中有数据可用.在IEEE 802.15.4物理层标准中，定义了5个字节的同步头，发送完毕需要160 μs，且射频收发器从空闲状态切换到发送状态需要192μs，在这352μs时间内处理器可将数据写入射频收发器的内部缓存.并且射频收发器的数据传输速率小于SPI接口的速率，不会产生内部缓存被读空的情况.时间戳信息共32位，通过SPI接口其传输需要6.4μs，所需时间很短.图3为携带时间戳负载的信标帧.图2 时间戳标记Fig.2 Mark of timestamp图3 信标帧Fig.3 Beacon frame如图3所示，信标帧中Beacon payload部分为时间戳信息，表示发送方信标帧发送时刻的本地时间.由于每次发送信标帧之前都要对本地计数器清零，在超帧周期一定的情况下，其时间戳大小不会有太大变化.在时间戳信息中，前4个字节0x00000012为SFD触发时的本地时间，即第18个符号周期.最后一个字节0x04为本地修正时间，表示读取本地时钟以及时间戳处理的时间，主要通过理论计算的方式，根据具体的软硬件环境进行设定.2.3 算法描述在单跳的星形网络中，协调器周期性广播信标帧，网络内其他节点只需跟踪捕获信标帧，根据时间戳信息调节本地时钟便可达到和协调器同步.为了进一步降低网络能耗，网络内设备并不转发信标帧，这样节点可在无数据传输时处于睡眠状态，延长网络生存时间.树形网络是一种多跳拓扑的网络.假如两个相邻设备同时发送信标帧，则会产生信标帧冲突，造成子设备无法正常接收来自父设备的同步信息，进而影响网络同步.如何避免信标帧冲突便成为一个重要问题[8].可以通过分时复用的方式将各设备发送信标帧的时刻错开以避免冲突.在设备入网时根据设备在拓扑中的位置为其分配网络内短地址.根据此地址信息计算出父子设备间发送信标帧的时间偏移量（Δt），通过在父设备发送信标帧的起始时刻添加偏移量，子设备发送信标帧的时刻便与父设备错开.各子设备间的偏移量有所不同，所以多个子设备发送信标帧的时刻也不会相同.在Zigbee网络中，一个发送信标帧设备的典型信标时序如图4所示.图4 信标设备典型信标时序Fig.4 Classic beacon timing of beacon device在Zigbee中，信标间隔BI＝SDb×2BO，活动周期CAP＝SDb×2SO，其中时间长度为960个符号.在活动周期，网络内设备进行数据传输，而在非活动周期则处于空闲，子设备可利用非活动周期发送信标帧.一个超帧周期可包含BI/CAP＝2（BO－SO）个 CAP.非活动周期内还可以容纳2（BO－SO）－1个CAP，这些周期均可合理调度用来发送信标帧.以一个BO＝6，SO＝2的网络为例，选取父子设备的时间偏移Δt＝2＊CAP，经过信标调度后的协调器和两个子设备间的信标发送时序如图5所示.经过这样的信标调度之后，不会产生邻居节点间信标冲突的情况，每个节点只需侦听其父设备的信标帧，根据信标帧负载中的时间戳信息完成与其父设备的同步，达到间接和协调器同步的效果.这种机制简化了整个网络的同步机制，减少了节点间的信息交换，同时在网络规模不是很大的情况下可保证一定的时间同步精度.图5 父子设备信标时序关系Fig.5 Beacon timing relationship between child and father device3 算法实验验证本时间同步算法在TinyOS[9]软件平台中实现，硬件平台为自主研发的DLUTWIA －PA平台.DLUTWIA－PA平台选用LPC2136作为微处理器，提供了丰富的外围接口，射频芯片为TI公司的CC2520，该芯片兼容Zigbee协议.3.1 实验方案在实验室环境下，将同步算法在DLUTWIAPA上加以实现，并对算法的性能进行了实验验证.网络分为星形网络和树形网络2种.在星形网络中包括Zigbee网络协调器，协调器上电后完成本地参数初始化并周期性广播信标帧.5个Zigbee终端设备扫描网络，并尝试加入网络.终端设备入网成功后执行本地的时间同步算法，解析时间戳信息，完成与协调器的时间同步.在超帧的起始时刻处理器触发一个IO的翻转操作，可通过示波器捕获波形，来观察设备间的同步误差.树形网络包括1个Zigbee协调器、3个路由设备和5个终端设备.协调器和路由设备均发送信标帧，终端设备捕获信标帧，最终达到全网同步.为了更真实地模拟现场工作环境，整个网络在发送信标帧的同时，还在CAP时段和GTS时段传输数据.在实验过程中，网络连续运行12h，不断统计此期间各设备间的时间偏差.具体实现流程如图6所示.3.2 算法验证在星形网络中，每隔5min采样一次主从节点和从从节点间的同步偏差，每次采样20个超帧周期.进行多组实验，发现各组间时间偏差并不大，同步算法有着较好的稳定性.在此给出一组时间同步精度的统计结果，如图7所示，n表示第n个超帧周期，Δt表示时间偏差.图6 算法实现流程Fig.6 Process of algorithm realization图7 星形拓扑时间同步精度Fig.7 Time synchronization precision for star topology由图7可见，主从节点间的同步精度随时间变化波动较大，这主要是受信标帧长度变化的影响.在网络工作过程中，信标帧除了需传递时间戳信息，还需传递GTS 分配等信息.而不同的GTS分配情况会带来信标帧负载长度的变化.接收方只能在接收完整个信标帧后才能对时间偏差进行处理和调整，而信标帧负载长度的变化会对此处理时间产生影响，进而影响到同步精度.用Ta表示从节点所需调整的本地时间偏差，那么Ta＝Ts＋t，其中Ts表示时间戳信息，t为根据信标帧长度估算出的一个补偿变量.从从节点间的时间偏差波动较小.因为各从节点的时间戳信息均来自同一信标帧，由于超帧长度变化对各从节点造成的影响相同，所计算出的时间偏差相差不大.按照相同的实验方法，统计了多跳树形网络中父子路由设备之间以及各终端节点间的时间同步偏差情况，统计结果如图8所示.将实验中获取的时间偏差统计结果和加州大学伯克利分校在MICA平台上实现的RBS和TPSN算法[4]进行比较，结果如表1所示.本文算法取得的平均时间偏差要小于其他两种算法.图9给出了不同大小的时间偏差在所有偏差中所占百分比p.图8 树形网络时间同步精度Fig.8 Time synchronization precision for tree network表1 时间同步偏差Tab.1 Error of time synchronization算法平均时间偏差/μs 最大时间偏差/μs最小时间偏差/μs低于平均时间偏差百分比/%RBS TPSNZigbee－Sync 29.13 16.90 14.70 44 93 28 003 64 53 54图9 节点间时间偏差Fig.9 Time deviation between nodes功耗对Zigbee网络设备来说是一个非常重要的指标，根据实际的实验环境通过仿真软件NS2仿真得出网络节点的能耗曲线图，如图10所示.具体的仿真参数设置见表2.通过仿真结果可以看出，同异步网络相比，引入同步算法的Zigbee网络，其网络设备能耗大大降低，延长了网络生存时间.图10 节点能耗曲线图Fig.10 Energy－consuming graph for nodes表2 仿真参数Tab.2 Parameters of simulation参数取值仿真时间/s 10 000节点个数协调器（1），终端节点（6）拓扑结构星形数据流/（packet·s－1） 0.1数据包大小/bit 32 BO 6 SO 2初始能量/J 100接收功率/mW 35发送功率/mW 37空闲功率/μW 712睡眠功率/nW 1 114Zigbee－Sync算法借鉴了RBS算法的思想，借助第三方广播传递时间戳信息，并达到了较好的同步精度.针对RBS算法不适于多跳网络的缺陷，本文通过引入信标帧调度机制，成功将Zigbee－Sync算法在多跳网络中实现.TPSN算法将时间戳信息标记在MAC层，可达到16.9μs的同步精度[4]，Zigbee－Sync 算法将时间戳放在MAC层的信标帧负载中，其同步精度和TPSN算法不相上下，但却有效降低了同步过程中信息交换的次数，使节点由于传输同步信息所消耗的能量大大降低.网络内设备还可以进行按需同步，在无任务处理之时，转入休眠状态；当有中断唤醒新任务时，可按照已获取的网络信息重新捕获信标帧，这可进一步降低能耗.对于轻量级的LTS算法而言，其所取得的同步精度要低于Zigbee－Sync 算法.本算法基于节点较少的无线网络对同步算法的性能进行了验证.要想更好地在多节点、大规模网络中实现此同步算法，则需要考虑引入信标帧调度机制，保证路由节点间的信标传输不会发生冲突，以可靠地传输同步信息.一个中间路由设备在接收到其父设备的信标帧后，根据自身与父设备之间的时间偏移量以及信标帧中的时间戳信息来校正本地时钟，从而确定出自身的信标时序.因为路由设备和父设备间的时间偏移量是一个预先分配的固定值，此值对本算法的同步精度不会造成负面影响，多跳网络中的路由设备及其父设备之间依然能够保证较好的同步精度.可见在引入信标帧调度机制的情况下，本同步算法在多节点、大规模的无线网络中依然是可行的、有效的.4 结语本文提出了一种基于超帧机制的适合于Zigbee网络的时间同步算法，该算法有效降低了同步过程中的信息交换次数，降低了网络内节点能耗，并且具有良好的稳定性.将Zigbee－Sync算法在实际平台DLUTWIA－PA上进行了实验验证，通过实验结果可知其可达到较高的同步精度，且运行稳定.本文设计的通过软件来标记时间戳的方式，可广泛用于其他无法通过处理器直接发送数据的硬件平台.【相关文献】[1] 康冠林，王福韵，段渭军.无线传感器网络时间同步综述[J].计算机测量与控制，2005，13（10）：1021－1030.KANG Guan－lin，WANG Fu－yun，DUAN Wei－jun.Survey on time synchronization for wireless sensor networks [J].Computer Measurement ＆ Control，2005，13（10）：1021－1030.（in Chinese）[2] Zigbee Alliance.Zigbee Standards.[2011－04－02].http：//.[3] Jeremy E，Lew G，Deborah E.Fine－grained network time synchronization using reference broadcasts[C]//Proceedings of the 5th Symposium on Operating Systems Design and Implementation.New York：ACM Press，2002：147－163.[4] Saurabh G，Ram K，Mani B S.Timing－sync protocol for sensornetworks[C]//Proceedings of the First International Conference on Embedded Networked Sensor Systems.New York：ACM Press，2003：138－149.[5] Jana V G，Jan R.Lightweight time synchronization for sensornetworks[C]//Proceedings of the Second ACM International Workshop on Wireless SensorNetworks and Applications.New York：ACM Press，2003：11－19.[6] ZHOU M，ZHANG L N.Analysis and design of Zigbee MAC layers protocol [C] // 2010 International Conference on Future Information Technology and Management Engineering.Piscataway：IEEE Press，2010：211－215.[7] Cox D， Jovanov E， Milenkovic A. Time synchronization for Zigbee networks [C]//Proceedings of the Thirty－Seventh Southeastern Symposium.Piscataway：IEEE Press，2005：135－138.[8] Ahn S，Cho J，An S.Slotted beacon scheduling using Zigbee Cskip mechanism [C] // The Second International Conference on Sensor Technologies andApplications.Piscataway：IEEE Press，2008：103－108.[9] Levis P A.TinyOS：An open operating system for wireless sensornetworks[C]//Proceedings of the 7th International Conference on Mobile Data Management.Piscataway：IEEE Press，2006：1－11.。

无线传感器网络的时间同步算法误差分析

图 1 相邻节点 S 和 R 之间的消息交换(1) 无线传感器网络的时间同步算法误差分析Error Analysis of Time Synchronization in WSNs封红霞周莹（北京邮电大学，北京市 100876）Feng Hongxia Zhou Ying(Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876)【摘要】消息传输过程中的非确定性延迟是影响无线传感器网络时间同步精度的主要因素。

对现有时间同步机制进行分类研究，根据消息传输过程中的延迟分解，详细分析了不同类型时间同步机制的误差。

无线传感器网络需要结合特定的应用场合，根据精度要求高低和应用期限等，研究开发满足不同需要的同步机制。

【关键词】无线传感器网络时间同步 TPSN DMTS RBSAbstract: Non-deterministic delay in message transmission is the significant factor affecting the accuracy of time synchronization in wireless sensor networks. Several existing time synchronization protocols are classified and studied. The errors of these different protocols are analyzed in detail based on the decomposition of the message delivery delays. Different time synchronization protocols should be designed to meet various situations considering the application field, the accuracy required and lifetime etc..Key words: WSN Time Synchronization TPSN DMTS RBS引言传感器技术、MEMS 技术、无线通信技术和微电子技术的进步，促进了低成本、低功耗的微型多功能传感器的快速发展。

基于无线网络的IEEE 1588时钟同步算法

基于无线网络的IEEE 1588时钟同步算法郭震津; 郑宾【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)031【总页数】5页(P258-262)【关键词】IEEE 1588; 无线传输; 时钟同步; 不对称比【作者】郭震津; 郑宾【作者单位】中北大学电气与控制工程学院太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP393近年来，随着科学技术的飞速发展，分布式测试系统的应用日趋广泛，其中无线传感器网络的相关研究逐渐成为研究热点[1,2]。

在无线传感器网络中，维持逻辑时钟的时钟同步是关键技术之一[3,4]。

时钟同步精度决定了分布式网络测控系统的性能。

为了满足网络测控系统对高精度同步时钟的需求，美国电气和电子工程师协会先后发布了IEEE 1588精确时钟同步协议标准(precision time protocol, PTP)、新版本的IEEE 1588v2协议[5]。

新版本的IEEE 1588协议对同步对时机制进行了改善并且使用多种方法来减小误差，使时钟同步精度有了明显的提高。

IEEE 1588协议在分布式测试系统中得到了广泛应用，如何将IEEE 1588协议应用到分布式无线网络中成了一个新的研究热点。

在目前中外的前沿研究中，Garone 等[6]在无线网络时钟同步的过程中使用鲁棒的方法调节节点的时钟频率和时钟偏移进而提高了时钟同步精度；杨文纶[7]针对无线传感器网络研究并提出了一种基于比例积分估计器的分布式时钟同步算法，使用其动态跟踪特性得到了较高的时钟同步精度；祝托[8]在基于IEEE 1588协议的从时钟同步技术研究中采用了卡尔曼滤波器对从时钟晶振不稳定性带来的频率抖动进行削减，在较短的同步周期内同步精度可达纳秒级；陈旿等[9]提出了一种基于卡尔曼滤波的时延过滤算法，在此基础上实现了时钟伺服系统，该算法实现了高精度的无线传感器网络时钟同步。

无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准方法研究

无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准方法研究无线传感器网络是一种由许多无线传感器节点组成的分布式网络系统，其具有自主感知、自组织和自适应等特点，在许多领域都有广泛的应用。

在无线传感器网络中，节点之间的时间同步与时钟漂移校准是保证网络正常运行的重要问题。

本文将探讨无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准方法的研究。

时间同步是指无线传感器网络中各个节点通过某种方法将自己的时钟与其他节点的时钟同步，以保证节点之间的协同工作和数据收集的准确性。

时间同步在无线传感器网络中有着重要的意义。

首先，时间同步可以实现数据的时序关联，使得节点之间可以准确地进行数据交互和协同处理。

其次，时间同步可以提高无线传感器网络的能量效率。

节点之间的时间同步可以避免冲突和能量浪费，从而延长网络的寿命。

此外，时间同步还可以提供准确的事件触发和时间戳，为网络中的事件定位和数据分析提供支持。

在无线传感器网络中，节点之间的时钟存在着不同程度的时钟漂移。

时钟漂移是指节点时钟的频率偏差，也就是实际时钟与真实时钟之间的差异。

时钟漂移对于时间同步和数据收集的准确性有着重要影响。

如果时钟漂移不能得到准确的校准，将导致网络中数据的误差累积，进而影响节点之间的通信和协同工作。

目前，针对无线传感器网络的时间同步与时钟漂移校准问题，已经提出了许多研究方法和算法。

下面将介绍其中两种常见的方法：网络全局时间同步和分布式时间同步。

网络全局时间同步方法是指通过一个或多个专门的节点将网络中的所有节点之间的时钟同步。

这种方法可以确保网络中的所有节点具有相同的时间参考，从而实现严格的时间同步。

其中最常用的方法是基于时间源的同步方法。

在这种方法中，一个节点被选为时间源，并向其他节点广播自己的时间信息。

其他节点通过接收时间源节点的信号进行时钟同步。

时间源节点可以是网络中的某个特定节点，也可以是多个节点的组合。

此外，还有一些基于无线信道延迟和节点距离的时间同步方法。

这些方法通过测量节点之间的无线信道延迟和节点之间的距离来实现时钟同步。

无线传感器网络中的时间同步方法

无线传感器网络中的时间同步方法无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量部署在被监测区域内的无线传感器节点组成的网络。

这些节点通过无线通信协作工作，收集、处理和传输环境中的信息。

时间同步是WSN中的一个关键问题，它可以确保节点之间的时间一致性，提高网络性能和能源效率。

本文将介绍一些常用的无线传感器网络中的时间同步方法。

一、基于全局时间同步的方法基于全局时间同步的方法是通过引入一个全局时间参考来实现节点之间的时间同步。

其中，GPS是最常用的全局时间参考。

节点通过接收GPS信号来获取准确的时间信息，并进行时间同步。

然而，GPS信号在室内或者复杂的环境中可能受到干扰，导致时间同步的不准确。

因此，基于全局时间同步的方法在某些特殊环境下可能并不适用。

二、基于局部时间同步的方法基于局部时间同步的方法是通过节点之间相互协作来实现时间同步。

其中，最常用的方法是基于邻居节点的时间同步。

节点通过与邻居节点进行通信，交换时间信息，并根据接收到的时间信息进行时间同步。

这种方法不依赖于全局时间参考，适用于无法获取准确全局时间的环境。

然而，由于节点之间的通信可能受到信号传输延迟等因素的影响，导致时间同步的误差增大。

三、基于时钟漂移的方法基于时钟漂移的方法是通过测量节点时钟的漂移率来实现时间同步。

节点的时钟可能存在一定的漂移，即时钟的频率与真实时间的频率不完全一致。

通过测量时钟的漂移率，节点可以根据漂移率对时间进行校正，从而实现时间同步。

然而，由于节点时钟漂移率的变化可能受到温度、电压等因素的影响，导致时间同步的准确性降低。

四、基于事件驱动的方法基于事件驱动的方法是通过节点之间的事件触发来实现时间同步。

节点在收到某个事件触发信号后，记录下该事件发生的时间，并将该时间信息传递给其他节点。

其他节点根据接收到的事件时间信息进行时间同步。

这种方法不依赖于全局时间参考和时钟漂移，适用于无法获取准确全局时间和时钟漂移率的环境。

无线传感器网络中的数据时钟同步方法

无线传感器网络中的数据时钟同步方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。

这些节点通过自组网技术，能够协同工作并收集、处理、传输环境中的各种信息。

在无线传感器网络中，数据时钟同步是一项十分关键的技术，它可以确保网络中各个节点的时钟准确同步，从而保证数据的一致性和可靠性。

目前，存在多种数据时钟同步方法用于无线传感器网络。

下面将介绍几种常见的方法：1. 基于事件触发的同步方法：该方法基于网络中发生的事件来进行同步。

当一个事件在无线传感器网络中发生时，节点会根据该事件的时间戳进行调整自身的时钟。

例如，当一个节点探测到温度超过某个阈值时，它会广播一个事件，并将当前时间戳加入其中。

其他节点收到该事件后，根据事件中的时间戳进行时钟调整。

这种方法能够在网络中实时进行同步，但对事件的触发和传播有较高的依赖性。

2. 基于交互的同步方法：该方法基于节点之间的相互交互来进行同步。

节点会周期性地向其邻居节点发送同步请求，并利用接收到的时钟信息来调整自身的时钟。

这种方法能够适用于各种网络环境，并且能够自动适应节点的加入和离开。

然而，由于通信的延迟和不确定性，可能导致时钟同步误差较大。

3. 基于时间协议的同步方法：该方法使用时间协议来进行同步，例如网络时间协议（Network Time Protocol, NTP）。

节点会周期性地向时间服务器发送时间请求，服务器会回复准确的时间戳。

节点根据收到的时间戳来调整自身的时钟，并与时间服务器保持同步。

这种方法能够提供较高的时钟同步精度，但对于无线传感器网络来说，可能会产生较大的通信开销和能量消耗。

4. 基于位置信息的同步方法：该方法通过节点之间的相对位置信息来进行同步。

节点会通过测量收到信号的强度和到达时间差来估计与邻居节点的距离，并根据距离信息来进行时钟同步。

这种方法可以减少通信开销和能量消耗，但对于大规模网络来说，位置信息的获取和处理可能会带来一定的复杂性。

DMTS时间同步算法研究

DMTS时间同步算法研究1 引言无线传感网络（WSN，Wireless Sensor Networks）是一种分布式的无线自组织网络，时间同步对于无线传感网络的应用具有极其重要的意义。

如，信息传输调度需要时分多址（Time division multiple access，TDMA）技术支撑；在功率管理中，传感器网络中的节点大部分时间处于休眠状态，协同处理任务时需要同步激活，同步采样等；定位、安全和跟踪协议等需要节点在数据包中添加时间戳。

目前，无线传感器网络时间同步方法的研究，概括起来可以分为以下四类：（1）基于发送者的同步模型，典型算法有基于延迟测量的DMTS（Delay Measurement Time Synchronization，延迟测量时间同步）算法和基于泛洪的FTSP算法；（2）基于发送者、接受者交互的同步模型，典型的如NTP、TPSN 算法；（3）基于接收者、接受者交互的同步模型，典型的是RBS算法和Adaptive RBS；（4）基于仿生结构的算法，典型的如萤火虫同步算法。

较之四类时间同步方法，DMTS算法简单，能量效率高，它使用一个单向的数据包即可完成同步，但是它的同步精度较低，稳定性不好，本文在DMTS算法基础上引入高斯时延，利用最大似然估计得到时钟偏差的估计。

提出改进的EDMTS算法，实验证明，本算法较DMTS算法具有更高的精度和更好的稳定性，点对点误差在1微秒至3微秒。

双跳网络中，同步误差在1微秒至4微秒之间。

相较其它类同步算法，本算法具有同步信息量少的优点。

2 DMTS算法原理DMTS算法的原理为，发送节点在发送信道空闲时，在MAC层给广播分组加上时间戳t0。

发送正式数据分组前，发送节点先发送前导码和起始字符，以便接收节点进行同步，根据发送的信息位个数n和发送每比特位所需要的时间n ，可以估计发送前导码和起始字符的时间为n 。

接收节点在数据分组接收完成时刻加上时间戳t1，在接收的数据分组经过MAC层和应用层处理后，获得时间戳t2，这样接收端的接收处理延迟就是t2-t1。

路由器的网络时间同步功能解析

路由器的网络时间同步功能解析路由器是当今家庭和企业网络中不可或缺的设备之一。

它负责将数据包从源地址转发到目标地址，同时也具备许多功能，其中之一就是网络时间同步。

网络时间同步是指通过特定的协议和技术手段，让路由器自动与时间服务器同步时间，以确保网络设备的时间准确性。

本文将对路由器的网络时间同步功能进行解析，包括其原理、作用以及应用场景。

一、网络时间同步的原理网络时间同步的原理是基于网络协议的时间同步。

具体而言，路由器通过与时间服务器之间进行通信，获取时间服务器上准确的时间信息，并将该信息同步到自己的系统时间中。

为了实现时间同步，常用的协议包括NTP（Network Time Protocol）、SNTP（Simple Network Time Protocol）等。

这些协议使用UDP进行通信，通过多个时间源之间的比较来确保时间的准确性和可靠性。

二、网络时间同步的作用1. 统一时间标准：在一个网络中，各个设备的时钟可能存在微小的偏差，如果没有时间同步功能，这些偏差会逐渐累积，使得网络中的设备时间不一致。

通过网络时间同步，可以确保各个设备使用相同的时间标准，提高网络的协同性和效率。

2. 安全管理：许多安全协议和系统都依赖于准确的时间信息。

例如，证书的有效期、日志的时间戳等都与时间密切相关。

如果时间不准确，就可能导致安全漏洞和管理错误。

网络时间同步可以确保系统时间的准确性，提高安全性和管理效果。

3. 应用服务支持：某些应用服务对时间要求比较高，例如金融交易、电子商务等。

网络时间同步可以确保这些应用在不同设备上的时间一致性，避免因时间差异而导致的服务错误和数据不一致问题。

三、网络时间同步的应用场景1. 企业局域网中的时间同步：在大规模的企业局域网中，存在着许多服务器和终端设备，为了保证整个网络的数据准确性和一致性，需要进行时间同步。

网络时间同步功能可以确保企业内部各个设备的时间一致，提高企业内部系统的管理效率。

无线自组网时间同步算法研究

无线自组网时间同步算法研究摘要：在无线自组网的应用中，时钟同步非常重要，分布式时间同步算法具有较好的适用性能。

本文分别分析了基于NTP的分布式时隙同步算法和萤火虫同步算法两种分布式时间同步算法，对两种算法的优缺点进行分析；在此基础上，设计了一种基于这两种分布式同步算法的组合算法，优化了时间同步性能，能够实现时间同步的快速、高精度收敛，且信令开销适中。

关键词：无线自组网时间同步NTP中图分类号：TN911.23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）06-0000-00无线自组网是一个无需基础设施的分布式多跳分组网络，网络中没有中心节点，具有很强的抗毁性和灵活组网等优点，在军事和民用方面都有广阔的应用前景。

然而，由于网络的多跳特性，每个节点不能感知到全网所有节点的信息，只能感知到其邻居节点的局部信息。

因此，如何实现全网时隙同步是一个研究难点之一。

目前解决时钟同步的方法主要有两种：一种是是外基准同步方法，采用外部时钟源为基准实现网内各节点的同步；另一种是执行时钟同步协议来完成时钟同步，这又分为主从同步和分布式同步两种。

其中，分布式时钟同步能够使得无线自组网摆脱对外部时钟系统的依赖，并提高系统的灵活性和抗毁性，具有更高的应用前景[1][2]。

1 分布式时间同步算法1.1基于NTP的分布式互同步算法实现基于NTP（Network Time Protocol）的分布式互同步算法，采用NTP的基本原理，使用了分布式时隙互同步机制，根据各个节点与邻居节点的时隙偏差自适应调整各自的参考时间，最终实现全网同步的时隙互同步方案[3]。

在对称信道的网络中，假定网内任意两个节点和参考时间基准偏差为，假设节点的参考时间基准超前于节点，两个节点之间的传播时延均为，每个节点均以各自的参考时间基准发送数据，如图1所示。

节点收到节点发出的数据包，节点根据自己的参考时间基准计算出数据包从节点传到节点的时间延迟值；同理，节点也根据自己的参考时间计算出数据包从节点传输到节点的时间延迟值，由此计算出两个节点之间的参考时间偏差。

宽带无线通信系统中的同步和信道估计算法

宽带无线通信系统中的同步和信道估计算法宽带无线通信系统中的同步和信道估计算法1. 引言随着移动通信技术的发展，无线通信系统的需求不断增加，尤其是对宽带无线通信系统的需求。

在宽带无线通信系统中，同步和信道估计算法的设计成为系统性能优化的关键，因为同步和信道估计准确性直接影响到接收信号的质量和系统的容量。

2. 同步算法在宽带无线通信系统中，同步算法的目标是将接收信号与本地载波和时钟同步，以便正确解码和处理数据。

同步涉及到时间同步和频率同步两个方面。

2.1 时间同步时间同步的目标是消除信号传输过程中的时延，使得接收到的信号能够与发送信号的时间轴对齐。

常见的时间同步算法有基于传导符号同步、导频同步和信号特征同步等。

2.2 频率同步频率同步的目标是消除发送与接收设备之间的频率偏移，以实现正确的信号解调。

常见的频率同步算法有基于导频序列的频率偏移估计和校正算法、基于自相关函数的频偏估计算法等。

3. 信道估计算法在宽带无线通信系统中，信道估计算法的目标是准确估计信道的衰减、相位偏移和多径时延等参数，以便恢复发送信号的原貌并消除信道对接收信号的影响。

3.1 最小均方误差估计法最小均方误差估计法是一种常用的信道估计算法，其基本思想是将信道估计看作一个优化问题，通过最小化接收信号与估计信号之间的均方误差来获得最优的估计结果。

3.2 导频序列估计法导频序列估计法是利用发送信号中的已知导频序列来进行信道估计的方法，通过接收信号与导频序列进行相关运算，估计出信道的衰减和相位参数。

3.3 基于训练序列估计法基于训练序列估计法是利用发送信号中的特定训练序列来进行信道估计的方法，通过接收信号与训练序列进行相关运算，估计出信道的多径时延参数。

4. 算法优化为了提高同步和信道估计算法的准确性和性能，在设计中常常采用算法优化的方法，以提高系统的容量、降低误码率和提高信号的质量。

4.1 多种算法融合通过多种同步和信道估计算法的融合，可以综合考虑各种算法的优势，得到更准确的同步和信道估计结果。

无线传感器网络时间同步方法

无线传感器网络时间同步方法无线传感器网络（WSN）是由大量的分布式无线传感器节点构成的一种网络形式，节点之间通过无线通信传递信息。

在WSN中，时间同步是一个重要的问题，它能够保证节点之间的事件发生顺序一致，提高网络的可靠性和性能。

本文将探讨一些常用的无线传感器网络时间同步方法。

一、全局时间同步方法全局时间同步方法旨在实现整个无线传感器网络内部的全局时间同步。

以下介绍两种常见的方法：1. 树形同步方法树形同步方法以一个根节点为出发点，通过广播或多播方式将时间信息传递给其他节点。

它通过建立以根节点为中心的时间同步树，将时间信息从根节点传递到每个叶节点。

一般具有较低的时延和较好的同步效果。

2. 基于多跳的同步方法基于多跳的同步方法通过相邻节点之间的信息交换实现时间同步。

节点通过接收相邻节点的时间信息，并根据接收到的时间信息进行本地时间调整，从而实现时间同步。

这种方法适用于网络拓扑变化频繁的情况下。

二、局部时间同步方法局部时间同步方法旨在实现节点子集之间的时间同步。

以下介绍两种常见的方法：1. 链式同步方法链式同步方法通过节点之间的双向通信来实现时间同步。

节点按照某种规则构建起通信链路，通过链路上的信息传递，最终实现局部区域内的时间同步。

2. 感知时间同步方法感知时间同步方法利用节点之间的感知能力来实现时间同步。

节点通过感知环境中发生的事件、接收的信号等参数来调整本地时间，从而实现与其他节点的时间同步。

这种方法适用于对环境感知能力较强的场景。

三、混合时间同步方法混合时间同步方法是将全局时间同步方法和局部时间同步方法相结合使用，旨在实现网络整体的时间同步。

通过综合利用不同的时间同步方法，可以达到更高的同步精度和网络性能。

总结：无线传感器网络时间同步是提高网络可靠性和性能的关键问题，本文介绍了全局时间同步方法、局部时间同步方法和混合时间同步方法。

在实际应用中，需要根据具体的网络拓扑和应用需求选择合适的时间同步方法，并结合网络规模、节点功耗等因素进行调整和优化。

WiFi时间同步

Wi-fi 同步一、同步的意义1.1 什么是同步时钟同步的目的是维护一个全局一致的物理或逻辑时钟，时钟同步广义上称为时间同步，狭义上称为频率同步。

时间同步：指在对比时刻求得标准时钟与本地时钟的频率和相位偏移，并通过修正使本地时钟与参考时钟保持同步。

频率同步：指信号之间的频率或相位保持某种严格的特定关系，通信网络中频率同步用来保证所有的设备以相同的速率运行。

频率同步一般采用锁相环技术，频率调节具有连续性和周期性；而时间同步可以是非连续性的调控。

1.2 WiFi 同步的意义数字通信网中传递的信号是对源信息，比如模拟的语音信息，进行采样编码后得到的PCM （pulse Code Modulation ）离散脉冲。

如果两数字交换设备之间的时钟频率不一致产生采样时刻的偏差，或者由于数字比特流在传输中因码间干扰和各种噪声干扰的叠加产生相位偏移和频率偏移，接收端就会出现码元的丢失或重复，导致传输的比特流中出现滑码的现象。

Wifi 作为无线接入技术承载3G 基站业务时，由于3G 基站业务，例如一些基于WLAN 的宽带数据应用，流媒体、网络游戏等均需要优于50ppb 的频率同步，其中有些制式，如CDMA2000、TS-SCDMA ，WiMAX 等还有高精度的时间同步需求，所以要求WIFI 能够对时间和频率信号进行高精度稳定地传送，因此研究WIFI 时间同步有其必要性和迫切性。

二、802.11链路时钟同步层2.1 概述根据WiFi 的机制，在BSS 中利用TSF 来保证STAs 同步于一个时钟。

⎩⎨⎧ T SF T SF false BSS ST A true tivated dot11OCBAc 用来保持同步，来保持同步则需要用于同步外的其他目的步，的一员，所以不需要同不是TSF2.2 AP与AC的同步AP与AC的时间同步是基于的CAPWAP协议，该协议主要包括了AP自动发现AC，AC对AP进行安全认证，AP从AC获取软件映像，AP从AC获得初始和动态配置等。