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LOGO 传感器网络时间同步 1/20 主要内容 WSN时间同步的要求 1 NTP协议 2 RBS同步机制 3 TPSN同步协议 4 DMTS同步机制 5 LTS同步机制 6 其他同步机制 7 小结 8 2/20 1.WSN时间同步的要求 物理时间：用来表示人类社会使用的绝对时间。 逻辑时间：表达事件发生的顺序关系，是一个相对概念。 分布式系统通常需要一个表示整个系统的全局时间，全局时间根据需要可以是物理时间或逻辑时间。 3/20 1.WSN时间同步的要求 传感器网络时间同步的重要约束： 价格 体积 能量 为什么要时间同步？ 估计目标的运行速度和方向 数据融合需要时间同步 用户交互性需要 4/20 2.NTP协议 客户端 服务器 T1 T2 T3 T4 δ 1 δ 2 T1：客户端发送时间请求消息的时间 T3：服务器发送时间应答消息的时间 T2：服务器收到时间请求消息的时间 T4：客户端收到时间应答消息的时间 δ 1和δ2分别表示时间请求和时间应答消息网络传播时间 Θ：客户端比服务器时钟快的时间量 NTP协议原理 5/20 2.NTP协议 NTP协议层次型树形结构 UTC时间源 一级时间基准服务器 二级时间基准服务器 客户端 一级时间基准服务器 二级时间基准服务器 二级时间基准服务器 一级时间基准服务器 二级时间基准服务器 客户端 6/20 2.NTP协议 消息传输延迟分为四个部分 发送时间 访问时间 传输时间 接收时间 7/20 3.RBS同步机制 RBS机制的基本原理 发送节点 发送节点 接收节点 接收节点 信标分组 信标分组 接收节点 接收节点 接收信标分组本地时间 接收信标分组本地时间 调整时间 8/20 3.RBS同步机制 RBS机制应用于多跳网络 A B 1 4 3 2 7 6 5 发生在节点1和节点7附近的两个事件，分别记为E1和E7 假设节点A和节点B分别在Pa和Pb时间点发送信标分组 节点1在收到节点A发送的分组后2秒观察到事件E1 节点7在观察到事件E7后4秒收到节点B发送的分组 其他节点从节点4知道节点A发送分组比节点B晚10秒 Pa=Pb+10 E1=E7+4+10+2=E7+16 9/20 3.RBS同步机制 RBS同步机制总结： RBS机制利用信道的广播特性来同步接收节点时间，去除了时间同步误差中所有发送节点引入的部分。 通过多次广播分组获取平均值，能够提高RBS的时间同步精度。 对于单个广播域内的n个节点和m个广播消息，RBS机制的复杂度为O（mn）。 用于多跳网络的RBS机制需要依赖有效的分簇方法，保证簇之间有共同节点以便进行簇间时间同步 10/20 3.RBS同步机制 后同步思想： 通常情况下节点的时间不用同步，只有监测到一个事件发生时，节点才首先用它的本地时间记录事件发生的时间，然后采用RBS机制，一个“第三方”节点广播信标消息给区域内的所有节点，接收节点利用这个同步消息作为一个瞬时的时间参考点，同步它们监测到的事件发生时间。 后同步机制能够实现瞬时的节点间时间同步，但是受限于广播信标分组的传输范围，它不适应于长距离或长时间通信的时间同步。 后同步机制能够提供精确的局部空间范围的时间同步。 11/20 4.TPSN时间同步协议 根节点 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 层次发现阶段 （广播级别发现分组） 根节点 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 同步阶段 （广播时间同步分组） 12/20 4.TPSN时间同步协议 TPSN时间同步协议总结： 类似于传统的NTP时间同步协议，目的是提供传感器网络全网范围内节点间的时间同步。 如果需要长时间的全网节点时间同步，可周期性执行TPSN时间同步协议进行重同步。 缺点： 消息开销大，需要传递的消息多。 新的传感器节点加入网络时，需要初始化层次发现阶段，级别的静态特性降低了算法的鲁棒性。 未考虑根节点的失效问题。 13/20 5.DMTS同步机制 两个节点间分组传输延迟分为五个部分 发送端的处理延迟 介质访问延迟 发送延迟 无线传输延迟 接收延迟 14/20 5.DMTS同步机制 发送者： 接收者： 同步消息 MAC 延迟 发送 前导码 起始字符 发送 数据 接收 ACK 加上 时标t0 接收 前导码 接收 数据 发送 ACK 接收 处理 时标t1 时标t2 n=发送信息位个数 t=发送每比特位需要的时间 前导码和起始字符的发送时间=nt 接收处理延迟=t2-t1 忽略无线信号的传播延迟 接收节点时钟为t0+nt+（t2-t1） 15/20 5.DMTS同步机制 DMTS机制在多跳网络中采用层次型分级结构实现全网内所有节点的时间同步 DMTS同步机制总结： DMTS是一种灵活的、轻量的和能量高