无线传感器网络时间同步的研究

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1、辽宁科技大学硕士学位论文无线传感器网络时间同步的研究姓名：孙佳伟申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：曾子维20080322摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)通常包含大量的自组织、多跳无线网络的分布式节点，集数据采集、融合处理和通信为一体的网络，其具有组网快捷、灵活，且不受有线网络约束的优点，在国防军事、环境监测、医疗卫生、家庭护理等领域都显示了广阔的应用前景。无线传感器网络作为一个全新的领域，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，成为当前备受关注的研究热点。时间同步是任何分布式系统的重要组成

2、部分，也是无线传感器网络的一项重要支撑技术，对于无线传感器网络的设计和应用都是关键的。而传统的同步方法NTP和GPS因复杂度、能量问题、代价等因素都不适合传感器网络使用。由于传感器节点受到成本、能量和体积的限制，因此就需要研究适合传感器网络的时间同步方法。本文是围绕无线传感器网络时间同步算法展开研究的。首先研究了无线传感器网络的节点结构和特点，以及在实际中的应用：然后详细分析了无线传感器网络的必要性、同步原理、存在的挑战性、算法的评价指标以及设计要素。对现有的各种同步技术进行了分类，并深入研究了一些有代表性的算法，对其优缺点进行了分析评价和比较。在

3、此基础上，本文结合已存在的一种算法RBS(ReferenceBroadcastSynchronization)，对其在多跳网络中的同步进行了优化，得到一种新的时间同步算法——BETS算法。该算法是针对RBS算法在无线传感器网络多跳时间同步过程中，节点时钟的不稳定性，以及节点间消息交换延迟所引起的同步误差，利用概率论中贝叶斯估计的先验知识和后验分布来减少同步误差。通过使用OPNET仿真软件进行实验，分别在小规模和中规模网络进行了仿真实验，结果显示BETS算法在多跳网络中比RBS算法的同步精度有了显著的提高；并对RBS算法和BETS算法在各种同步应用中

4、做了详细研究，并得出了两种算法适合的应用：对BETS算法的安全性做了深入研究。无线传感器网络时间同步涉及多方面的因素，利用仿真软件只能对算法在理论上进行验证，应该在实际的硬件平台上对其进行验证，最终的目标是将这个方法应用到实际环境监测中。关键词：无线传感器网络，时间同步，参考广播同步，同步误差，贝叶斯估计辽宁科技大学硕士论文ABSTRACTWirelesssensornetworksusuallycontainalotofself-organization,distributemulti-hopwirelessnetworknodes．Thenet

5、worknodeshaveintegratedcollecting,processingandcommunicationall—in-one，anditiSnetworkfast．flexible．freefromtheconstraintsofwirednetworks．AhugesurgeofinterestinthisfiledhasbeentriggeredbylargepotentialinawiderangeofapplicatiOIlSsuchas：militarysurveillance；environmentalmonitorin

6、g；medicalsanitation；physiologicalmonitoringandSOOn．Asanewresearchfield,WSNhasbeenhighlyvaluedbyacademicandind删alfields，andhasbecometheresearchhotspotthatattraceisawideattention．nmesynchronizationiSacriticalpieceofinfrastructureforanydistributedsystemsanda180isanimportantsuppor

7、ttechniqueofWSN．whichiSavitalforbothdesignandapplication．However,thecomplexity,energy,costbetweentraditionalalgorithmsuchasNTPandGPSandWSNprohibittheiruseinWSN．BecauseoftheCOSTS，powerandsizeconstraintsoftheindividualnodes。thetimesynchronizationthatadapttoWSNaleneeded．Theresear

8、chofthisthesisiStimesynchronizationinwirelesssensornetworks．F