第四章 传感器网络的支撑技术(一).pdf

第4 章 传感器网络的支撑技术 3 Sept. 2008 © Neusoft Confidential 前言 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，用 来收集应用相关的数据信号。为了实现用户的功能，除了 要设计第3章介绍的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。 这些应用层的基础性技术是支撑传感器网络完成任务 的关键，包括时间同步机制、定位技术、能量管理、数据 融合和安全机制等。 一、时钟同步机制 WSN时间同步技术背景  集中式系统与分布式系统  集中式：事件间有着明确的时间先后关系，不存在同步 问题  分布式：同步是必需的，只是对同步的要求程度不同  无线传感器网络时间同步  典型的分布式系统同步  需要解决的问题  同步精度  功耗  可扩展性 时间同步技术的应用场合  多传感器数据压缩与融合  低功耗MAC协议、路由协议  测距、定位（位置相关报务，LBS ）  分布式系统的传统要求  协作传输、处理的要求  ... ... 时钟模型 硬件时钟模型  软件时钟模型 硬件时钟模型 硬件时钟由电池+硬件电路来实现 硬件时钟是独立运行的，通常比较精确 不适应环境变化剧烈的场合  温度漂移 软件时钟模型  它是由PC硬件产生的周期性的定时器中断来工作的  如果系统运行了太多的进程，它就需要较长的时间来执 行定时器中断程序，并且软件时钟就会漏掉一些中断。 传统同步：NTP与GPS  NTP ：网络时间协议  GPS ：全球定位系统 NTP （Network Time Protocol ） 体系结构（网络） NTP  时钟信息逐层传播  标准的时钟信息通过TCP/IP 网络传输 NTP使用UDP传输，使用固定端口号123和37  精度：LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒 GPS （Global Position System ）  从根本上解决了人类在地球上的导航与定位问题。  每颗卫星上配备有高精度的铷、铯原子钟，并不断发射其 时间信息 地面接收装置同时接收到4颗卫星的时间信息，采用伪距测 量定位方法可计算出时间和位置信息 缺点（成本、功耗、室内、安全性、分布式） 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 传输延迟的不确定性 Send Access Transmission Sender time time time Propagation time Receiver Reception Receive time time 传输延迟的进一步细化 时间 典型值 特性 不确定，依赖处理器负载、操作 Send time Receive time 0~100ms 系统系统调用开销 Access time 10~500ms 不确定，依赖信道负载 Transmission time