无线传感器时间同步技术TPSN协议

Wednesday, October 24, 2018
TPSN协议过程
协议准备
2
每个传感器节点都有唯一的标识号ID
节点间的无线通信链路是双向的，通过双向消息 交换实现节点间的时间同步
整个网络内所有节点按层次结构管理，由TPSN协 议生成和维护
Wednesday, October 24, 2018
TPSN协议过程
考虑能耗问题，TPSN可以与后同步策略结合使用
Wednesday, October 24, 2018
精品课件！
精品课件！
The End Thank you！
Biblioteka Baidu
优点
减少同步误差 提高同步精度
7
TPSN同步协议在MAC层 消息开始发送到无线信道 是才给消息添加时标，消 除了访问时间带来的时间 同步误差
考虑了传播时间和接收 时间，利用双向消息交 换计算消息的平均延迟， 提高了时间同步的精度
Wednesday, October 24, 2018
缺点
没有考虑根节点失效问题
Wednesday, October 24, 2018
TPSN协议过程
相邻级别节点间的同步机制
i-1 级
5
消息传播 时延
两节点间的 时间偏差
i级
Wednesday, October 24, 2018
TPSN协议过程
相邻级别节点间的同步机制 结论——
6
Wednesday, October 24, 2018
1
TPSN时间同步协议思想
TPSN （ Timing-sync Protocol for Sensor Networks ）
1、TPSN是类似于NTP（Network Time Protocol）时间同 步协议 2、目的是提供传感器网络全网范围内节点间的时间同步 3、节点结构中包含一个根节点，它与外界通信获取外界时 间，以此作为整个网络系统的时钟源 4、将节点分级后（根节点是0级，累加），每个节点同上一 级的一个节点进行时间同步，最终与根节点同步 5、节点对之间的同步采用发送者-接收者同步机制（RBS）
第一阶段 层次发现阶段（Level Discovery Phase）
3
目的：生成节点层次结构，每个节点被赋予一个级别，根节点为0级， 第i级的节点至少能够与一个第（i-1）级得节点通信 网络部署后，由根节点广播级别发现分组来启动层次发现阶段，级别 发现分组包含节点的ID和级别 邻居节点收到分组后，将自己的级别设置为分组中的级别加1 ，然后 广播新的级别发现分组 节点收到第i级节点的广播分组后，记录发送这个广播分组的节点ID， 设置自己的级别为（i+1），广播级别为（i+1）的分组，这个过程持 续到网络内每个节点都被赋予一个级别 节点一旦建立自己的级别，就忽略任何其他级别发现分组，防止网络 产生洪泛拥塞
8
新的节点加入时，需要初始化层次发现阶段，级 别的静态特性减少了算法的鲁棒性
Wednesday, October 24, 2018
使用范围
9
TPSN能够实现全网范围内节点间的时间同步，同 步误差与跳数距离成正比 适合实现短期间的全网节点时间同步，若要长时 间的全网节点时间同步，需要周期的执行TPSN协 议进行同步，间隔时间根据具体情况决定
Wednesday, October 24, 2018
TPSN协议过程
第二阶段 同步阶段（Synchronization Phase）
4
目的：实现所有树节点的时间同步，第1级节点同步到根节点，第i级 的节点同步到第（i-1）级的一个节点，最终所有节点同步到根节点， 实现整个网络的时间同步 层次结构建立以后，根节点通过广播时间同步分组启动同步阶段 第 1 级节点收到分组后，各自分别等待一段随机时间，再通过与根节 点交换消息同步到根节点 第2级节点侦听到第1级节点的交换消息后，等待一段随机时间，再与 它记录的上一级别的节点交换消息进行同步，网络中的节点依次与上 一级节点同步，最终都同步到根节点 等待一段随机时间是为了保证该级节点在上一级节点同步完成后才启 动消息交换