第6章 无线传感器网络--时间同步..
无线传感器网络题
《无线传感器网络》一、填空题(每题4分，共计40分）1.传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者)传感器网络的基本功能:协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信2.常见的同步机制:RBS(Reference Broadcast Synchronization)，Ting/Mini-Sync和TPSN（Timing—sync Protocol for Sensor Networks）3.无线通信物理层的主要技术包括：介质选择、频段选取、调制技术、扩频技术4.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩散阶段、梯度建立阶段、数据传播阶段、路径加强阶段5.无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络无线传感器网络的关键技术主要包括:网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术6.IEEE 802。
15.4标准主要包括:物理层、介质访问控制层7.简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成8.数据融合的内容主要包括:多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测9.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHz 、915MHz、2。
4GHz、5GHz10.传感器网络的电源节能方法：休眠(技术)机制、数据融合11.传感器网络的安全问题：（1）机密性问题 (2) 点到点的消息认证问题 (3) 完整性鉴别问题12.基于竞争的MAC协议S-MAC协议 T—MAC协议 Sift协议13.传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成14.故障修复的方法基于连接的修复基于覆盖的修复15.基于查询的路由定向扩散路由谣传路由二、问答题（每题10分，共计60分）1.简述无线传感器网络系统工作过程，传感器节点的组成和功能.无线传感器网络(WSN）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,目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
wsn复习题 - 及答案
简答题1.简述无线传感器网络的应用。
【8.0分】答案要点：无线传感器网络的应用领域主要集中在以下几个方面：军事方面、环境、生态观测和智能农业、医疗护理、智能家居等等。
2.简述无线传感器网络网关的特点和功能。
【6.0分】答案要点：无线传感器网络网关具有以下特点：能耗方面：具有寿命长，高能效、低成本等特点。
数据处理方面：具有数据吞吐量大、计算能力、存储能力要求高的特点。
在通信距离方面：网关的传输范围比普通的无线传感器网络节点较远，以保证数据传输到外网的监控中心。
无线传感器网络网关在完成协议转换的同时，可以承担组建和管理无线传感器网络的诸多工作，具体功能如下：扫描并选定数据传输的物理信道，分配无线传感器网络内的网络，发送广播同步帧，初始化无线传感器网络设备。
配合无线传感器网络所采用的MAC算法和理由协议，协助节点完成与邻居节点连接的建立和路由的形成。
对接收数据进行协议转换。
对从各个节点接收到的数据的具体应用和需求以及当前的带宽，自适应的启动数据融合算法，降低数据冗余度。
处理来自监控中心的控制命令。
3.简述GPRS技术特点。
【6.0分】答案要点：GPRS有以下特点：高速数据传输：速度10倍于GSM，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件。
永远在线：由于建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立呼叫系统），随时都可以与网络保持联系。
仅按数据流量计费：即根据用户传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费。
只要不进行数据传输，一直在线也无需付费。
4.简述RFID工作原理。
【6.0分】答案要点：RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。
其主要的工作原理简单描述如下：由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号；当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去；读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。
无线传感器网络的时间同步问题
无线传感器网络的时间同步问题摘要时间同步对任何分布式系统都是一个关键的基础问题。
分布式无线传感器网络广泛使用的同步时间，往往在范围，寿命和精度同步实现等方面有特殊要求，以及实现同步所需的时间和所需的能源。
现有的时间同步方法需要扩展，以满足这些新的需求。
我们列举了传感器网络未来的同步要求，并提出了我们自己的低能耗同步方案，事后同步。
我们还描述了一个实验，其性能特点是使用很少的能量创造短暂的，局部的，但高精度的同步。
1.介绍最近的发展小型化和低成本，低能耗设计导致积极研究在大规模，高度分散的小系统，无线，低功耗，无人值守传感器和致动器[ 1，7， 4 ] 。
许多研究人员提出了创造传感器丰富的“聪明环境”的设想。
通过有计划或临时部署数千个传感器，每一个短距离无线通信通道，并能够检测环境条件如温度，运动，声，光，或存在某些物体。
时间同步对任何分布式系统都是一个关键的基础设施。
分布式，无线传感器网络使特别是广泛使用的同步时间：例如，将时间序列的接近侦测到的速度估计[ 3 ] ;测量声音的运行时间定位其来源[ 5 ] ;分发波束阵列[ 13 ] ;或制止重复邮件，由认识到他们所描述重复检测同一事件不同的传感器[ 6 ] 。
传感器网络也有许多相同的要求，传统的分布式系统：精确的时间戳，往往需要在加密计划，以协调活动定于今后，供订购记录的事件在系统调试，等等。
传感器网络应用的广泛性导致时间要求的范围，寿命和精度不同于传统的系统。
此外，许多节点新兴的传感器系统将非系留，因此有小型的能源储备。
所有通讯，甚至被动的听，将产生重大的影响，这些储备时间同步方法的传感器网络因此，必须也考虑到他们消费的时间和精力。
在本文中，我们认为，非均质性要求在传感器网络应用的需要能源效率和其他方面的限制没有发现在常规分布式系统，甚至是各种硬件而传感器网络将部署，使目前的同步计划不足以完成这项任务。
传感器网络，现有的计划将需要扩大和合并后新的方式，以便提供服务，以满足应用的需要与可能的最低能量支出。
无线传感器网络时间同步与成簇算法
Ｔｉ ， ｓ ｎｃ ｏ ｉａ ｉ ｎ ａ ｃｕｓｅ ｌ ｏ ｉｈ ［ ｒ ｉ ｅ ｙ ’ ｎ‘ ｔｏ ｎｄ ｌ ｔ ｒ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｏ ｍ ｈ ｒ ‘ ｚ ｎ ａ ｗｉ ｅｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ
陈 英 ，舒 坚 ，刘琳 岚 ， 黄 韬
（ 南昌航 空大学 计算机学院 ， 江西 南 昌 ３ ０６ ） ３ ０３ 摘 要 ：无线传感器网络的时间同步和成簇算法是 目前 国际上研究 的热点。在 目前的研究 中， 往往假设 节点间的数据通信是没有冲突的， 忽略了避 免消息 冲突机制的设计。在设计节点时间同步算法 的基础上 ，
ＣＨＥ ｎ ，Ｓ ｉｎ Ｉ ｉ・ ｎ，ＨＵ Ｎ Ｙｉｇ ＨＵ Ｊａ ，Ｌ Ｕ Ｌｎ ｌ ａ ＡＮＧ Ｔ ｏ ａ
（ ａ ｕｔ ｆ ｏ ｕ ｉｇ Ｎ ｎ ｈ ｎ ｎｖ ｒｉ ｆ ｒ ｎ ｕｉ ｌＮ ｎ ｈ ｎ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｆ ｃ ｌ ｏ ｍｐ ｔ ， ａ ｃ ａ ｇ Ｕ ｉ ｓ ｙｏ ｏ ａ ｔ ａ ， ａ ｃ ａ ｇ３ ０ ６ ， ｈｎ ） ｙ Ｃ ｎ ｅ ｔ Ａｅ ｃ
提出了一种节点 自组织成簇 的算 法， 着重对综
合考虑候选节点 的剩余能量 、 节点的度等参数来优化簇头的选择 ， 同时 ， 通过更换簇头 ， 减少和均衡每个传 感器耗能 ， 以延长全 网寿命 ， 实验结果表明 了算 法的有效性 。 关键词 ：无线传感器网络 ； 时间同步； 簇
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｍｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉ ｎ ａ ｄ ｃｕ ｔｒ ａｇ ｒ ｈ ｆｒｗｉ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｏ ｋ ｓ ａ ｈ ｔｐ ｔｉ ｎ ｅ ａｉｎ ｌ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔ ｎ ｌｓｅ ｌｏ ｉ ｍ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗ ｒ ｓ ｉ ｏｓ ｏ ｎ ｉｔ ｒ ｔ ａ ｏ ｔ ｅ ｎ ｏ ｒ ｓ ａ ｃ ｂ ｔａ ｈ ｐ ｔ ｅ ｉ ｉ ａｗ ｙ ｄ ａ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｎ ｄ ｓｉ ｎ ｏ ｆ ｃ ， ｎ ｈ ｃ ａ ｉｍ ｅ ｅ ｒｈ， ｕ ｙ ｏｈ ｓｓ ｓ ｌ ａ ｓｍａ ｅｔ ｔ ｈ ｏ ｈ ｔ ｎｃ ｔ ｅｗ ｅ ｏ ｅ ｏ ｃ ｎ ｉｔ ａ ｄ ｔ ｅｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｓ ｌ ｏ ｖ ｉ ｉ ｇ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｃ ｎ ｉｔ ｉ ｇ ｏ ｅ ．Ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｉｎ ｔ ｅ ａ ｇ ｒ ｈ ｏ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ｎ， ｅｆ ｆ ｏｄ ｎ ｏ ａ ｎ ｃ ｔ ｏ ｆ ｃ ｓ ｎ ｒ ｄ ａ ｅ ｎ ｄ ｓｇ ｈ ｌｏ ｉ ｍ ｆ ｔ ｏ ｌ ｉ ｔ ｍｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉ ｏ ａ ｓｌ －
无线传感器网络的时间同步与时钟校准方法
无线传感器网络的时间同步与时钟校准方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点可以通过无线通信互相连接，协同工作以完成各种任务。
在无线传感器网络中，时间同步和时钟校准是非常重要的问题，对于网络的性能和可靠性有着直接的影响。
时间同步是指在无线传感器网络中，使得各个节点能够按照相同的时间标准进行操作。
这样可以实现节点之间的协同工作，提高整个网络的效率。
而时钟校准则是指将每个节点的本地时钟与全局时间进行校准，以保证节点之间的时间一致性。
目前，有许多时间同步和时钟校准的方法被提出和应用于无线传感器网络中。
其中，最常用的方法之一是基于时间戳的同步方法。
该方法通过在数据包中添加时间戳的方式，使得接收节点可以获取发送节点的发送时间，从而实现时间同步。
然而，由于无线传感器网络中节点的能源和计算能力有限，时间戳同步方法往往会带来较大的能耗和时延。
为了解决时间戳同步方法的问题，一些新的同步方法被提出。
其中之一是基于声波的同步方法。
该方法利用节点之间的声波通信，在网络中广播时间信号，从而实现时间同步。
由于声波传播速度较慢，节点之间的距离可以忽略不计，从而减小了能耗和时延。
此外，基于声波的同步方法还可以提供更高的精度和稳定性，适用于一些对时间要求较高的应用场景。
除了时间同步，时钟校准也是无线传感器网络中的重要问题。
时钟校准的目的是使得每个节点的本地时钟与全局时间保持一致，以避免时间误差对网络性能的影响。
目前，常用的时钟校准方法有两种：硬件校准和软件校准。
硬件校准是通过使用高精度的时钟源来校准节点的本地时钟，例如GPS信号。
然而，由于硬件成本较高，硬件校准方法在实际应用中并不常见。
相比之下，软件校准方法更加灵活和经济。
该方法通过网络中的节点之间相互协作，根据时间同步的结果来校准本地时钟，从而实现时钟的校准。
总的来说，无线传感器网络的时间同步和时钟校准是保证网络性能和可靠性的关键问题。
传感器网络时间同步
LOGO
❖ DMTS同步机制总结：
➢ DMTS是一种灵活的、轻量的和能量高效的能够实现全部网络节点 时间同步的机制。
➢ 与RBS机制相比，DMTS机制的计算开销小，需要传输的消息条数 少。
➢ 能够与外部世界标准时间同步，但同步精度相对较低。 ➢ DMTS在实现复杂度、能量高效与同步精度之间进行了折中，能够
应用在对时间同步要求不是非常高的网络中。
分布式
2
2
11
2
1
根
节
点
2
1
1
22
2
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12 12
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根
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18/20
7.其他同步机制
❖ FTSP
➢ 利用单个广播消息使得发送节点和它的邻居节点达到时间同步。 ➢ 采用同步时间数据的线性回归方法估计时钟漂移和偏差 ➢ 多跳网络中采用层次结构 ➢ 考虑了根节点选择、链路失败、拓扑结构变化、冗余信息等问题。
➢ 后同步机制能够实现瞬时的节点间时间同步，但是受限于广播信 标分组的传输范围，它不适应于长距离或长时间通信的时间同步。
➢ 后同步机制能够提供精确的局部空间范围的时间同步。
4.TPSN时间同步协议
层次发现阶段 （广播级别发现分组）
2
1
2
1
根
2
节 点
1
2
2 1
2
无线传感网知识点
第一章无线传感网概述1.无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。
2.WSN的特点及优势1）WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差2）WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络3.无线传感器网络架构：1）协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
数据链路层：（1）媒体访问控制。
（2）差错控制。
网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。
传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。
应用层：主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。
这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。
2）管理平台：（1）能量管理平台（2）移动管理平台（3）任务管理平台（1）管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。
（2）检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。
（3）在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。
4.无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作第二章无线传感网物理层设计1.WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。
ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。
欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段2.WSN结构采用的是无线射频通信第三章数据链路层1.MAC协议分类：1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中）2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC），跨层型2.分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术3.数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化4.记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点：（1）周期性的侦听和睡眠（2）使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免（3）自适应侦听（4）将长消息分成子段进行消息传递5.基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。
《无线传感器网络》试题.
《无线传感器网络》试题一、填空题（每题4分，共计60分）1、传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者2、传感器网络的基本功能：协作地感知、采集、处理和发布感知信息3、无线传感器节点的基本功能：采集、处理、控制和通信等4、传感器网络常见的时间同步机制有：5、无线通信物理层的主要技术包括：介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术6扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频7、定向扩散路由机制可以分为三个阶段：周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强8、无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络9、无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等10、IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层和MAC层的标准11、简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。
12、数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测13、无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ14、传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等，15、传感器网络的安全问题：(1) 机密性问题。
(2) 点到点的消息认证问题。
(3) 完整性鉴别问题。
16、802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 μs、点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度，即78 μs 分布协调功能帧间间隔DIFS ，DIFS长度=PIFS +1个时隙长度，DIFS 的长度为128 μs17、任意相邻区域使用无频率交叉的频道是，如：1、6、11频道。
18、802.11网络的基本元素SSID标示了一个无线服务，这个服务的内容包括了：接入速率、工作信道、认证加密方法、网络访问权限等19、传感器是将外界信号转换为电信号的装置，传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成20、传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成二、基本概念解释（每题5分，共40分）1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理CSMA/CA机制:当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。
无线传感器网络支撑技术第六章
05
非视线关系：传感器网络的两个节点之间存在障碍物，影响了它们直接的无线通信。
01
衡量定位性能有多个指标：
02
位置精度
03
覆盖范围
04
刷新速度
05
功耗等。
06
覆盖范围和位置精度是一对矛盾性的指标。
07
刷新速度是指提供位置信息的频率。
3、定位性能的评价指标
我们将各种传感器直接给出的信息称作源信息，如果传感器给出的信息是已经数字化的信息，就称作源数据，如果给出的是图像就是源图像。源信息是信息系统处理的对象。
但在另外一些领域，如商业上的小区无线安防网络，军事上的传感器网络等，则对数据的采样、传输过程，甚至节点的物理分布重点考虑安全问题，很多信息都不能让无关人员或者敌方人员了解。
传感器网络安全问题的解决方法与传统网络安全问题不同，主要原因如下： 有限的存储空间和计算能力 缺乏后期节点布置的先验知识 布置区域的物理安全无法保证 有限的带宽和通信能量 侧重整个网络的安全 应用相关性
数据融合技术的分类
传感器网络的数据融合技术可以从不同的角度进行分类，这里介绍三种分类方法： 依据融合前后数据的信息含量分类； 依据数据融合与应用层数据语义的关系分类； 依据融合操作的级别分类。
01
02
根据融合操作的级别分类
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。
数据融合的基本目的是通过融合得到比单独的各个输入数据更多的信息。这一点是协同作用的结果，即由于多传感器的共同作用，使系统的有效性得以增强。
传感器网络中数据融合的作用
数据融合的主要作用可归纳为以下几点： (1) 提高信息的准确性和全面性。 (2) 降低信息的不确定性。 (3) 提高系统的可靠性。 (4) 增加系统的实时性。 (5) 节省整个网络的能量；
无线传感器网络中的时间同步算法研究
无线传感器网络中的时间同步算法研究无线传感器网络（WSN）已成为一种广泛应用于各种领域的技术，如环境监测、农业、医疗保健等。
WSN 由大量的低功耗无线传感器节点组成，它们可以采集和传输环境数据，但是它们必须在时间上同步。
这是因为它们在数据传输和协议执行时必须遵守时间限制。
时间同步算法成为 WSN 中最重要的问题之一。
时间同步算法可以使 WSN 的节点具有相同的时间戳，以确保数据在整个网络中的一致性和准确性。
它们在各种应用程序中都是必不可少的，如追踪，定位，无线电源控制等。
在 WSN 中，时间同步算法可以分为两类：分布式算法和集中式算法。
分布式算法是每个节点在一组邻居节点上同步时间，而集中式算法是由集中的基础时间同步协调器（例如 GPS 卫星）向所有节点广播时间。
分布式时间同步算法使用局部信息来同步时间，这使得节点可以在不依赖中心化同步协调器的情况下实现同步。
这更适合在可靠性和可扩展性方面受限制的环境中使用。
这些算法可以分为三个类：时基、基于事件和混合。
时基同步算法的基本思想是使用全局时钟周期，这通常由在线时间同步的节点集合中的一些准确节点生成。
所有其他节点同步到这些节点，从而实现整个网络的时间同步。
这两个节点之间的同步是通过周期性地交换同步消息来实现的。
基于事件的时间同步算法采用事件触发模型。
当传感器节点检测到某些特定事件时，它们将发出时间消息，这些消息将跨节点传递。
通过比较消息的发送时间和接收时间，节点可以正确地计算整个网络的同步时间。
混合算法将时基和事件同步结合在一起。
在这种情况下，节点首先同步它们的时钟到某些参考节点，然后使用基于事件的同步来使它们的时钟更准确。
然而，在实际的 WSN 中，时间同步面临许多挑战。
每个节点的振荡器频率不同，因此在相同的时间内，它们的时间戳也有所不同。
此外，传输延迟、消息丢失和节点故障等因素也会影响时间同步的准确性。
为了克服这些问题，近年来已经提出了很多新的时间同步算法。
无线传感器网络期末复习考点总结
第一章概述1.无线传感器的概念：一种由大量的微型传感器节点组成的面向任务的无线自组织网络系统。
2.与传统的无线自组织网络（特征）类似：自组织性、分布式控制、拓扑动态性；区别：网络规模大、节点能力受限、节点可靠性差、以数据为中心、多对一传输模式、冗余度高、面向任务。
3.开发用的硬件平台——嵌入式个人计算机：PDA；专用传感器节点：Berkeley Motes （广泛）、UCLA Medusa、MIT uAMP；片上系统节点：Smart Dust、BWRC PicoNode4.软件平台：TinyOS（最早）、nesC、TinyGALS、Mote等5.设计目标：体积小、成本低、功耗低、自组织、可扩展、自适应、可靠、安全、（带宽）资源利用率高、服务质量高。
第二章体系结构1.节点组成（4）：感知、处理、通信、电池模块2.汇聚节点的作用：（1）向传感器节点发送查询消息或命令（2）作为联接外部网络的网关3.多跳网络分为——平面结构：所有传感器节点地位相同、互为中继；分层结构：按簇组织，簇成员将数据发给簇头，簇头发给汇聚节点；好处：（1）降低通信能耗（2）平衡节点间的负载，并提高可拓展性（3）在簇头进行数据融合，减少数据发送量，提高能亮效率4.协议栈——应用层：负责提供各种无线传感器网络应用，包括查询发送、节点定位、时间同步、网络安全；传输层：负责节点间端到端的可靠、透明传输，包括拥塞控制和差错控制；网络层：为传感器节点向汇聚节点发数据提供路由；数据链路层：数据量的复用、数据帧的创建与检测、媒体接入、差错校验，提供点到点或多点的可靠传输，其中主要的是媒体访问控制（MAC）和差错控制（前向纠错FEC、自动重传请求ARQ）；物理层：将数据链路层形成的数据流转换成适合在传输媒体上传送的信号，并进行收发。
5.设计准则：可扩展、可互通、抗毁、可靠、安全、能量高效性。
第三章 MAC协议（数据链路层）1.作用：决定局部范围内无线信道的使用方式，用来在传感器节点之间分配信道频谱资源，建立数据传输所需的基础通信链路2.特点：尽量节省节点能量、可扩展性、公平性（均衡节点能量消耗）、传输效率高。
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。
无线传感器网时间同步算法的比较
的误差来 源； 并对 萤火虫同步算 法的原理‘ 了论述 ， ‘ ｔ － 这种 算法是通过 由脉冲耦舍振 荡器发 出的一 系列脉冲信
号 来改变节点振 荡器的相位 ， 而达到 同步。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。 从
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 ：Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标识码 ： Ａ
第２ ８卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 ８月
江
西
科
学
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． １２ ４
Ａｕ ． ０１ ｇ ２ ０
ＪＡＮＣ Ｓ ＥＮＣＥ Ｉ ＸＩ ＣＩ
文章编 号：０ ｌ ３ ７ （０ ０ ０ ０ ２ ０ １０ 一 ６９ ２ １ ）４— ５ ０— ４
无 线传 感 器 网 时 间 同步算 法 的 比较
等这些都要 求传 感器节 点具有 统一 的时 钟 。 Ｊ 为了保持节点本地时间的一致性 ， 必须调整本地
收稿 日期 ：００—０ ２ ； 订 日期 ：０ ０— ６—２ ２１ ５— ８ 修 ２１ ０ ９
ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉｎ ｐ ｏｏ ｏ ｓｂａ ｅ ｎ ｃｏ ｋ ｍｏ ｅ ， ｎ ｒ ｓ ｎ ｓｔ ｅ ｓ ｕ ｃ ｓｏ ｒｏ ｎ ｔ ｓｓｏ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ｒ ｔｃ ｌ ｓ ｄ ｏ ｌ ｃ ｄ ｌ ａ ｄ ｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｏ ｒ ｅ ｆｅ ｒｒｏ ｈｅｂａ ｉ ｆｔ ｒ ｏ ｈｅ ｅｅ ｎ ｓ Ｉ ｅａ ｌｆｒ ｆｙ ａ ｇ ｒｔ ｌｍｅ ｔ ． ｎ ｄ ｔ ｉ， ｅ ｌ ｏ ｈｍ ｃ ｅ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔｏ ｉ ｅ ｅ ’ ｆｐ ｓ ｓｅ ｔｅ ｙ ｐ ｌｅ ｉ ｌ ｉ ａ ｈｉｖ ｓ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉｎ ｖａ ａ ｓ ｒ ｓｏ ｕｌｅ ｍｉｔｄ ｂ ｕ ｓ — ｉ ｃ ｕｐ ｅ ｓ ｉ ａｏ ｓ Ｔｈｅｃ ｎ ｌ ｓｏ ｓｐ ｏ ｉ ｅｓ ｍｅ ｒｆ ｒ ｎ ｅｆ ｒｆ ｔ ｒ ｔ ｄ ｆｉ ｒ ｖ ｎ ｈｅｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｌｄ ｏ ｃｌ ｔｒ ． ｌ ｏ ｃ ｕ ｉｎ ｒ ｖ ｄ ｏ ｅ ｅｅ ｃ ｏ ｕ ｕ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｙ ｃ ｒ — ｎｉａ ｉｎ ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ｆｉｉｎ ｙ ｚ ｔｏ ｃ ｕ ａ ｙ ａ ｄ ｅｆｃｅ ｃ ．
无线传感器网络时间同步技术
时间同步技术
GPS时间同步
GPS时间同步原理 ◆GPS卫星上配备有高精度的铷、 铯原子钟(以原子半衰期计时)。 ◆卫星不间断发射的伪码中包含有 时间信息。 优点：精度高、操作简单 缺点：环境影响、通信功耗、安 全性 适合少数携带GPS模块的传感器 节点使用。
时间同步技术
无线传输的时延
发送时延
接入时延
时间同步协议
RBS协议
多跳同步机制： ◆A发送信标分组后，完成与节点1、 2、3、4的时间同步 ◆B发送信标分组后，完成与节点4、 5、6、7的时间同步 ◆节点4位于两个广播域的交集内， 所以通过节点4可以同步两个广播域 内的节点
时间同步协议
RBS协议
多跳同步机制： 节点1和节点7监测到附近发生事件 ◆节点1和节点7分别记录事件发生 的时间 ◆节点1和节点7可以通过翻译节点4 实现时间同步
无线传感器网络 时间同步技术
WSN时间同步概述
概念：各个节点定期或不定期与其他 节点交换本地时钟信息，并在协议或 算法控制下调整本地时钟，实现全局 时间一直的过程。
WSN为何需要进行时间同步：
◆不同节点晶体振荡不同，存在 累积误差
◆受能量、存储、带宽限制
◆分布式系统，要求节点必须实 现同步，不同系统要求程度不同
节点间进行时间同步所需要的时间,也指周期进行 同步的时间间隔
同步范围
时间同步过程所包含的节点数量或区域范围,全网 范围或部分区域
效率
达到同步精度与所耗费的代价的比值,代价一般指 时间和能量
硬件代价
指为了完成某些协议的同步操作所需要的特殊硬 件,会增加节点的成本和复杂性
时间同步协议
TPSN协议
协议采用分层结构，基于发送者-接收者模式。 可提供WSN全网范围内的时间同步。 同步过程： ◆层次发现：建立树形结构，根节点广播层次发现消息，直接接收 者属于层次1，收到层次1节点转发消息的节点属于层次2，以此类 推，直至所有节点均纳入层次。 ◆时间同步：根节点与层次1节点通过双向握手进行同步，期间执 行随机退避机制；层次1节点同步完成后，与层次2节点通过双向 握手进行同步；以此类推，直至全网完成同步。
无线传感器网络的时间同步算法分析
无线传感器网络应用的多样化， 对于时间同步的需求 同 了其他的影响因素， 因此这种时间校正技术的精度很低 ， 只 样也会 多样化 ， 主要体现在对 时间同步的可用性、 范 围、 寿 能满 足于 一般 应 用 。
实 推 断。 １ ． ２ Ｗ Ｓ Ｎ 时 间同步的要 求
向报 文传 递 模 型
物理时间， 才能依据无线传感器 的测量 数据进行有效的事 能对节点ｉ 和节点ｊ 之间的时间差进行估算：
０ － Ｔ ｊ ｈ － Ｔ ｉ ａ — ｄ ％ｈ － － Ｔ ｉ 一（ ｄ 一 ｄ ） ／ ２
着 明确 要求 ， 例如 与用户 的交 互、 对 未 来行 动 的协调 、 加 密和
３ ． １单 程报 文传 递
图１ 中节点ｊ 在本地时间Ｔ ｊ ｂ 时刻受 到节点ｉ 在 本地 时间
统 一 的时 间 对 于大 多 数 的无 线 传 感 器 网 络 的应 用 来讲 Ｔ ｊ ａ ｕ １ ， ￣ Ｊ ｔ 发 出的报文， 因为对报文的传递时延ｄ 不明确， 所以只
第１ ４ 期
无 线 互 联 科 技
Ｗｉ ｒｅ１ｅｓ ｓ
Ｎ Ｏ ． １ ４
ｕ１ ｖ，２ ０ｌ ５
无线传感器网络的时间同步算法分析
邓 智， 何明飞 ， 刘 拿
（ 安徽 师范大学数学计算机 科学学院， 安徽 芜湖 ２ ４ １ ０ ０ ０ ）
摘 要： 当前移动通信领域对于无线传感器网络的研 究正在逐 渐加 深， 时间同步技 术是ｗ ｓ Ｎ 应用中的支撑技术 ， 是 无线网络 传感器网络研究中的重 中 之重。 然而传 统的同步方法Ｎ Ｔ Ｐ 和Ｇ Ｐ ｓ 因为尺寸、 代价、 能量问题 、 复杂度等因素并不适 用于传感器网 络， 而且传感器网络 自 身的体 积与能量受限等特点给 时间同步计算也增加了 一定的难度 ， 为了 使 无线传感 器网络的应用潜力 得到最 大限度的发挥 ， 对时间同步技术的研 究就显得尤为必要。 文章从无线传感器网络 时间同步和相关问题 入手， 重点介 绍 了影响时间同步的关键 因素、 无线传感 网络节虽时间校正的几项基本技术 以及具体 的计算方法 关键词 ： 无线传感器网络； 时间同步； 算法分析； 节点 １ 无线传感器网络时间同步和相关问题 １ ． １ Ｗ Ｓ Ｎ 时间同步概 述 是非常重要的， 无线传感器网络的许多方面都对时间同步有
无线传感器网络的时间同步算法误差分析
凸
．
１ 无线传感器网络时间同步机制 １１基于两路消息交换的时间同步机 制 ． 图 ｌ中给 出 了相邻 节点间 同步 的消息交换 过程 。 Ｔ 和 Ｔ 分别是节点 ｓ ｌ ４ 发送同步请求分组和接收同步 应答分组时根据本地时钟所读取的数据 ， ２ ３ Ｔ 和Ｔ 则
收稿 日期 ： ０６ ０－ ０ ２０－ ８ ２ 项 目资助：教育部新世 纪优 秀人 才支持计划 资助 （ＣＴ ０— １３ ＮＥ一 ４ ０ １） 作者简 介：封红霞 （９２ ） １８一 ，女 ， 汉族 ， 硕士研 究生 ， 主要研 究方
Ｆ ｎ ｎ ｘ ａ Ｚｈ ｕ Ｙ ｎ ｅ ｇＨｏ ｇ ｉ ｏ ｉｇ
（ ｅ ｉｇ ｎｖｒｉ ｆ ｏｔａ ｄ ｅｅｏ Ｂ ｉｎ ｉｅｓｙｏ Ｐ ｓ ｌ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ， ｅ ｉｇ １０ ７ ） ｊ Ｕ ｔ ｓｎ Ｔ ｃ ｎｃ ｉ ｓＢ ｉ ０ ８ ６ ａｏ ｊ ｎ
【 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。 摘 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 。
Ｄｉ ｅｅ ｔ ｉ ｅｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉｎｐ ｏｏ ｏｓｓ ｏ ｌ ｅｄ ｓｇ ｅ ｅ ａ ｏ ｓｓｔ ａｉｎ ｏ ｓｄ ｒｎ ｅａ ｐ ｉａｉ ｎ ｆ ｒｎ ｍ ｙ ｃ ｒｎｚ ｔｏ ｒ ｔｃ ｌ ｈ ｕｄｂ ｅｉ ｎ ｄｔ ｍｅ ｔ ｒ ｕ ｉ ｔ ｓｃ ｎ ｉｅ ｇｔ ｐ ｌ ｔ ｔ ｏ ｖｉ ｕ ｏ ｉ ｈ ｃ ｏ
无线传感器网络WSN时间同步
第7页/共53页
传统与挑战
传统同步方法传感器网络的挑战
第8页/共53页
传统同步：NTP与GPS
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NTP（Network Time Protocol）
第10页/共53页
NTP（Network Time Protocol）
体系结构（单机）
第42页/共53页
M&S模型
证明了全耦合系统的同步收敛性没有证明多跳网络的同步收敛性
第43页/共页
Ernst的研究
M&S模型没有考虑耦合延迟，Ernst研究了耦合延迟固定时的情况M&S模型只研究了正耦合的情况，Ernst还研究了负耦合的情况
第44页/共53页
Ernst--正耦合（2个节点）
FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）
第34页/共53页
多跳FTSP
洪泛方式广播时间基准节点的时间协议健壮实际做了工程化的实现
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GCS（Global Clock Synchronization）
节点遍历模式聚类分层模式扩散模式
HRTS（Hierarchy Referencing Time Synchronization Protocol）
TPSN基于双向报文交换，因此同步精度高TPSN本质上是对同步，因此全网同步的同步能耗高由DMTS发现，广播能降低全网同步能耗结合广播和节点间的双向报文交换同步HRTS协议
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第13页/共53页
传感器网络的挑战
室内、矿井、森林，有遮挡低功耗、低成本和小体积传输延迟的不确定性可扩展性、移动性健壮性、安全性网络规模大、多点协作
无线传感器网络的时间同步技术
ｆｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ
Ｇａｎｅｒｉｗａｌ”１提出的ＴＰＳＮ是层次结构时间同步算法。该算 法分为两个不同的阶段：层次发现阶段和同步阶段。在层次 发现阶段，网络中的每个节点会分别指定一个层次级别。其 中发起时间同步初始化的节点被成为根节点，它的级别为０。 每个节点的级别字段放映了它距离根节点的跳数。在同步阶 段，每个节点以类似ＳＮＴＰ（ｓｉｍｐｌｅｎｅｔｗｏｒｋｔｉｍｅｐｒｏｔｏｃ０１）的方式 和它的父节点交换时间戳。作为其它所有节点的父节点，根 节点提供一个精确的参照。通过在介质控制层为无线信息加 时间戳和采用双向信息交换，ＴＰＳＮ已证明比ＲＢＳ的性能要高 两倍。ＴＰＳＮ的不住在于没有计算节点的时间偏差，是的精度 受到限制，另外，也不能适应拓扑结构的变动。 （３）Ｆｌｏｏｄｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＦＴＳＰ） ＦＴＳＰ的目标是实现整个网络的时间同步并且误差控制
来回时间和有服务器同步，服务器通常具有微秒级的精度。而 时间服务器则通过外部时间源进行同步，通常是ＧＰＳ。在Ｉｎ． ｔｅｍｅｔ中ＮＴＰ已经广泛的采用并证明是一种有效安全和健壮 性好的协议。但是，在无线传感器网络中，由介质传输控制层 引起的传输时间的不确定性可能造成每一个ｈｏｐ几百微秒的 网络延迟。因此，缺乏更好的适应性，ＮＴＰ只能用于某些对精 度要求低的无线传感器网络。
ｉｓ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ
ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｗｈｙ ｔｈｅｙ
ａｒｅ
ｎｏｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｆｏｒ ＷＳＮｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅｎ ｓｏｍｅ ｔｉｍｅ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ＷＳＮｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｅｄ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ
无线传感器网络的时钟同步与时间同步方法介绍
无线传感器网络的时钟同步与时间同步方法介绍无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布式的传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的各种信息。
在WSN中，节点之间的时钟同步和时间同步是非常重要的，它们对于网络的可靠性和性能起着关键作用。
本文将介绍WSN中常用的时钟同步和时间同步方法。
一、时钟同步方法1. 基于全局时间戳的方法基于全局时间戳的方法是一种简单且易于实现的时钟同步方法。
该方法通过引入一个全局时间戳来同步节点的时钟。
每个节点在启动时，通过接收其他节点发送的时间戳信息来更新自己的时钟。
然而，这种方法的精度较低，容易受到网络延迟和通信不可靠性的影响。
2. 基于时间同步协议的方法基于时间同步协议的方法是一种更为高级的时钟同步方法。
它通过引入专门的时间同步协议来实现节点之间的时钟同步。
常见的时间同步协议包括Network Time Protocol（NTP）、Precision Time Protocol（PTP）等。
这些协议通过在网络中的特定节点上进行时间同步，然后将同步的时间信息传播给其他节点，从而实现整个网络的时钟同步。
二、时间同步方法1. 基于事件触发的方法基于事件触发的时间同步方法是一种常用的时间同步方法。
该方法通过节点之间的事件触发来实现时间同步。
当一个节点在某个事件发生时，它会向其他节点广播该事件的时间戳，其他节点通过接收到的时间戳来更新自己的时钟。
这种方法可以在节点之间实现较高的时间同步精度，但是对于事件的触发条件和时间戳的传输有较高的要求。
2. 基于时钟漂移的方法基于时钟漂移的时间同步方法是一种更为精确的时间同步方法。
该方法通过测量节点时钟的漂移率来实现时间同步。
每个节点在启动时，会通过与其他节点的时间比较来估计自己的时钟漂移率，并根据漂移率来调整自己的时钟。
这种方法可以实现较高的时间同步精度，但是需要节点具备较高的计算能力和通信能力。
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图 7-1 NTP 协议的基本通信模型
NTP协议的基本原理
设客户机与服务器时间相差θ：Ts = Tc+θ
关系式(4-1)成立:
假设时间请求消息和时间应答消息在网上传 播的时间相同，即 δ1=δ2
图 7-1 NTP 协议的基本通信模型
NTP协议的基本原理
设客户机与服务器时间相差θ：Ts = Tc+θ
21
NTP协议的体系结构
3. 层数表示时间服务器到外部UTC时钟源的距离。
层次数限制为15
4. 客户端是叶节点
22
NTP协议的基本原理
需要进行时间同步的客户端首先发送时间请求消息， 然后服务器回应包含时间信息的应答消息。
NTP协议的基本原理
• T1：客户端发送时间请求消息的时间(客户端 的时间) • T2 ：服务器收到时间请求消息的时间(服务 器的时间) • T3：服务器回复时间应答消息的时间(服务 器的时间) • T4 ：客户端收到时间应答消息的时间(客户 端的时间) • δ1 ：时间请求消息在网上传播所需要的时 间。 • δ2 ：时间应答消息在网上传播所需要的时 间。
是当前所有时钟基准的国际标准 位于科罗拉多的WWV短波广播电台 卫星
时间服务器获取当前世界标准时间的来源：
20
NTP协议的体系结构
1. NTP协议采用层次型树型结构，整个体系结构中有多 棵树
每棵树的父节点都是一级时间基准服务器 一级时间基准服务器直接与UTC时间源相连接
2. 将时间信息从这些一级时间服务器传输到分布式系统 的二级时间服务器成员，第3层服务器从第2层服务器获 取时间，以此类推
3. 传播延迟
4. 接收时间
27
各种延时对时间同步精度的影响
局域网信道访问延迟往往变化比较大
广域网的传输延迟抖动也比较大
发送延迟和接收延迟的变化相对较小
28
6.3传感器网络时间同步机制
29
NTP不适合无线传感器网络
1. NTP协议应用在有线网络，链路网络失败概率小 传感器网络: 无线链路， 通信质量较差
2. 估计监测目标的运行方向和速度
3. 通过测量声音的传播时间能够确定节点到声源的 距离或声源的位置
6
时间同步
物理时间用来表示人类社会使用的绝对时间 逻辑时间表达事件发生的顺序关系，是一个相对概念
分布式系统通常需要一个表示整个系统时间的全局时 间
7
传感器网络中进行时间同步的设计思路：
1. 少量的传感器节点携带如GPS的硬件时间同步部件
31
GPS进行时间同步的局限性
1. 需配置高成本的GPS接收机 2. 在室内、森林或水下等有障碍的环境中无法使用GPS 系统 3. 如果用于军事目的，没有主控权的GPS系统也是不可 依赖的 在传感器网络中只可能为极少数节点配备GPS接收 器，这些节点为传感器网络提供基准时间
32
传感器网络的常用时间同步机制
33
6.3.1 参考广播 同步机制RBS (Reference Broadcast Synchronization)
扩展方案 ⑴ 客户端主动产生时间同步请求消息，服务器回应时间同步 应答消息； ⑵ 测量这两个分组总的往返时间来估计单程的延迟
18
NTP协议
被用作Internet的时间同步协议
最新的NTP v4精确度己经达到了毫秒级
19
NTP协议的基准时间的实现方案
在网络上指定若干时钟源服务器，为用户提供授时服 务，并且这些服务器站点之间能够相互比对以提高准 确度。 时钟源服务器采用世界标准时间 (UTC)
4) 可用性
在同步范围内的覆盖完整性 达到同步精度所经历的时间以及消耗的能量。 硬件成本 节点体积
5) 效率
6) 代价和体积
16
6.2 网络时间同步机制
17
NTP设计思想
网络时间同步模式：C/S模式
进行时间同步的2种方案：
基本方案：
时间服务器周期性地向客户端发送时间同步消息，同步消 息中包含服务器的当前时间。
2. 大多数传感器节点根据“时间同步机制”交换同步消息， 与网络中的其他传感器节点保持时间同步。
12
传感器网络具有应用相关的特性
在众多不同应用中很难采用统一的时间同步机制
13
传感器网络的时间同步机制的设计要求
（1）扩展性 （2）稳定性
（3）鲁棒性
（4）收敛性 （5）能量感知
进行时间同步所需的网络通量和计算量要可预知
第6章
无线传感器网络的支撑技术Fra bibliotek1
传感器网络用户的使用目的千变万化，作为网络终端 节点的功能归根结底就是传感、探测、感知，用来收 集应用相关的数据信号。 为实现用户的功能，除要设计通信与组网技术以外， 还要实现保证网络用户功能的正常运行所需的其它基 础性技术。
2
无线传感器网络的支撑技术
2. 网络结构的稳定性
NTP协议的网络结构相对稳定，便于为不同位置的节点手工 配置时间服务器列表； 传感器网络的拓扑结构动态变化，简单的静态手工配置无法 适应这种变化。
30
NTP不适合无线传感器网络
3. NTP协议中时间基准服务器间的同步需要基础设施 的协助
4. NTP协议需要通过频繁交换消息来不断校准时钟频 率偏差带来的误差；
假设 δ1=δ2
客户端根据T1、T2、T3和T4的数值计算出与 服务器的时差θ,从而调整它的本地时间。
消息传输的非确定性延迟（ δ1 和 δ2 可能 不相等）是影响客户端与服务器时间同步 精度的主要因素。
图 7-1 NTP 协议的基本通信模型
消息传输延迟细分为四个部分
1.发送时间 2. 访问时间
时间同步机制
定位技术
数据融合
能量管理 安全机制
3
时间同步技术
4
分布式系统需要时间同步
不同的节点都有自己的本地时钟 即使在某个时刻所有节点都达到时间同步，它们 的时间也会逐渐出现偏差 分布式系统要进行协同工作
时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。
5
传感器网络时间同步的作用
1. 构成TDMA调度机制
14
传感器网络的时间同步机制的主要性能参数
1) 最大误差
传感器节点之间的最大时间差量
相对外部标准时间的最大时间差量
节点间保持时间同步的持续时间长度
2) 同步期限
瞬间同步
永久同步
3) 同步范围
要保持时间节点间同步的区域范围
地理范围 单位：米
逻辑距离 单位：跳数
15
传感器网络的时间同步机制的主要性能参数