传感器网络的时间同步算法研究

论文总字数：22573字

摘 要

时间同步是无线传感器网络应用的一项支撑技术^[1]，它对于无线传感器网络的设计和应用都影响巨大。由于无线传感器网络具有多跳性、可扩展性、能量和带宽受限等等性质，传统的时间同步算法如NTP技术和GPS技术并不适用于无线传感器，因此新的时间同步算法在最近几年得到了大量的研究，许多适合中小规模无线传感器网络的时间同步算法如雨后春笋般涌现。

本课题结合无线传感器网络的实际应用特点，分析了无线传感器网络时间同步的必要性、时间同步存在的技术挑战以及时间同步算法的性能评价指标，概括了无线传感器网络时间同步技术现阶段的研究状况，对经典的无线传感器时间同步算法RBS算法、TPSN算法和FTSP算法，以及一种改进的RBS算法——IRBS算法等几种时间同步算法的原理进行了解析，并利用MATLAB平台对几种时间同步的算法进行仿真，最后利用本课题实验仿真的结果和前人实验仿真的结果进行比较，总结几种算法的性能表现和优、缺点，得出本课题的结论，并对无线传感器网络时间同步技术未来的发展方向进行展望。

关键词：无线传感器网络 时间同步 RBS算法 TPSN算法 性能比较

The Study on Time Synchronization Algorithm

for Wireless Sensor Networks

Abstract

As an enabling technology for wireless sensor network, Time synchronization is critical to wireless sensor network designs and applications^[1].Traditional algorithms such as NTP time synchronization technology and GPS technology are not suitable for wireless sensor, so the new time synchronization algorithm researches have been popular,a lot of time synchronization algorithms appear.

This paper analyzes the necessity of wireless sensor network time synchronization, existing challenges and algorithm performance, summarizes the research status of the wireless sensor network time synchronization technology now, explains classical RBS algorithm,TPSN algorithm and FTSP algorithm, as well as Improved RBS algorithm.At last the paper shows simulations of those algorithms by MATLAB , and uses the simulation results to compare the performances with other researches’ and discuss advantages and disadvantages of them.

Key Word: wireless sensor network time synchronization RBS TPSN

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………………… 1

Abstract ………………………………………………………………………………………… 2

1. 绪论 ……………………………………………………………………………………4

1.1 WSN时间同步技术概述 ………………………………………………………………4

1.2 WSN时间同步的必要性 ………………………………………………………………4

1.3 WSN时间同步存在的挑战 ……………………………………………………………5

1.4 WSM时间同步技术研究现状 …………………………………………………………5

1.5 WSM时间同步算法的评价指标 ………………………………………………………6

1.6 本课题的主要工作与内容安排………………………………………………………7

第二章 WSN时间同步算法理论研究 …………………………………………………………8

2.1 传统网络时间同步技术NTP和GPS…………………………………………………8

2.1.1 NTP网络时间协议……………………………………………………………8

2.1.2 GPS时间同步技术……………………………………………………………9

2.2 经典的WSN时间同步算法原理………………………………………………………9

2.2.1 WSN节点时钟数学模型………………………………………………………9

2.2.2 WSN同步信息传输时间延迟分析……………………………………………10

2.2.3 RBS时间同步算法原理……………………………………………………12

2.2.4 TPSN时间同步算法原理……………………………………………………14

2.2.5 FTSP时间同步算法原理……………………………………………………15

2.3 一种改进的参考广播同步算法——IRBS算法 ……………………………………16

第三章 WSN时间同步算法程序仿真和性能比较……………………………………………19

3.1 WSN时间同步算法在MATLAB平台上的仿真过程……………………………………19

3.1.1 RBS时间同步算法的仿真…………………………………………………19

3.1.2 TPSN时间同步算法的仿真…………………………………………………21

3.2 WSN时间同步算法仿真结果误差分析……………………………………………23

3.3 WSN时间同步算法的性能比较……………………………………………………24

3.3.1 同步算法时间精度的比较…………………………………………………24

3.3.2 同步算法其它性能的比较…………………………………………………25

第四章 总结 ……………………………………………………………………………………26

致谢 ………………………………………………………………………………………………27

参考文献（References） ………………………………………………………………………28

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