无线传感器网络时钟同步技术.ppt

TPSN(Timing-syncProtocolforSensorNetworks)图中的T1、T4用节点A的本地时间记录，T2、T3用节点B的本地时间记录。节点A向节点B发送一个同步请求报文。节点B在接收到该报文后，记录下接收到时刻T2，并立即向节点A返回一个同步应答报文，并把T2和该报文的发送时刻T3嵌入在报文中。当节点A接收到该报文时，记录下接收到时刻T4。令Δ为当节点A的本地时刻为T1时，节点A和B之间的时偏。报文的传输延迟均为d。多跳TPSN“层发现”把网络组织成最短生成树逐层在相邻两层节点间同步全网周期性同步网络内两个节点的同步“后同步”查找两个节点间的路径在路径的相邻两个节点间进行TPSN同步TPSN本质上是对同步，因此全网同步的同步能耗高。一旦根节点失效，就要重新选择根节点并重新进行分级和同步阶段的处理，增加了计算和能量开销。另外，TPSN算法没有对时钟的频差进行估计，这使得它需要频繁同步，开销较大。TPSN算法的缺点：TPSN算法优点：TPSN基于双向报文交换，因此同步精度高。对任意节点其同步误差取决于它距离根节点的跳数，而与网络中节点总数无关，使TPSN同步精度不会随节点数目增加而降级，从而使TPSN具有较好的扩展性。HRTS(HierarchyReferencingTimeSynchronizationProtocol)基于双向报文交换的用于传感器网络的时间同步协议具有同步精度高的优点，但一次只能同步一对节点。n个节点的单跳网络则需要n-1次同步操作，同步功耗较大。RBS只需要一次同步过程就可完成一个单跳网内所有节点间的同步，同步功耗降低，当然，同步精度也相对变差。HRTS是一种结合了RBS所使用的参考广播同步技术和TPSN所使用的双向报文交互同步技术，减少了同步所需的报文开销。图描述了层级时间同步的过程。假设单跳网络有包含时间基准节点在内的3个节点BS、n1和n2。”时间基准节点BS发出一个同步请求报文，该报文随机指定一个邻居节点（例如n1）作为应答者节点（即对应于图1中的B节点）。同时n2也记录下该报文的接收到时刻，记为T2。应答者节点n1向BS节点发一个同步应答报文，报文中包含了T2与T3。现在BS节点已经和n1节点进行了一次双向报文交换，BS节点计算出它与n1节点之间的时钟偏移Δ。BS节点发送一个包含Δ和T2信息的报文。当n1、n2节点接收到该报文，对于应答者节点n1来说，只要将其本地时间减去Δ就达到与BS节点的瞬时同步。对于其他节点来说，只要在其本地时间加上T2?T2?Δ即可达到与BS节点间的瞬时同步根节点和应答者节点本质上是采用TPSN同步。01根节点和非应答者节点本质上是双向报文交换同步（但非TPSN）。02应答者节点和非应答者节点本质上是接收者--接收者同步。03HRTS协议充分利用了无线传输的广播特性来进一步降低LTS协议的同步功耗。04LTS同步算法是一种与TPSN非常类似的算法。LTS侧重于降低时间同步的复杂度，在有限的计算代价下获得合理的同步精度。LTS有集中式和分布式两个版本，在集中式版本中，首先以时间参考节点为根建立生成树，然后从树根开始逐级向叶子节点进行同步：首先根节点同步其子节点，然后这些子节点再分别同步其子节点，如此继续下去，直到全部节点都被同步。另外，为了达到最高的同步精度，要求生成树的深度尽可能的小。在分布式版本中，任何节点都可以发起同步过程，不需要建立生成树，但是每个节点都必须知道参考节点的位置，并且知道其到这些节点的路径。节点根据自己的时钟漂移确定需要同步的时间，需要同步时，节点选择距离自己最近的一个参考节点，并向其发出同步请求，然后参考节点向该节点的路径上的节点逐对进行同步，直到该节点被同步。在分布式同步算法中，由于节点有机会决定它自己的同步，这就节约了不必要的同步开销。同时，通过融合同步请求，降低了相同路径上请求的数目，节约了资源。在LTS算法中，网络中的节点避免了TPSN中与多个上层节点同步，而只与其直接父节点同步，减少了消息交换数目和同步时间。该算法目的在于最小化复杂度以此降低能耗，精度一般。同步次数是节点距离根节点跳数的线性函数，降低了消息交换次数，同时也降低了同步精度。算法的运行时间与树的深度成比例，因此具有最小深度的生成树时，收敛时间最短，但构造最小生成树也需要一定的计算和通信开销。算法依赖于节点和参考节点的信息可靠性，错误的消息导致同步失败。LTS算法与TPSN协议的区别在于，LTS算法中节点只与自己的父节点进行同步，其同步次数是路径长度的线性函数，同时精度也随路径的长度线性降低，即在降低计算代价的同时降低了同步精度。